RU2617189C1 - Method of application of wear-resistant coating - Google Patents
Method of application of wear-resistant coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2617189C1 RU2617189C1 RU2016111536A RU2016111536A RU2617189C1 RU 2617189 C1 RU2617189 C1 RU 2617189C1 RU 2016111536 A RU2016111536 A RU 2016111536A RU 2016111536 A RU2016111536 A RU 2016111536A RU 2617189 C1 RU2617189 C1 RU 2617189C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- layer
- diamond
- ion
- product
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 21
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 13
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- -1 argon ions Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 claims abstract description 4
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical group [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 abstract description 5
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 239000010432 diamond Substances 0.000 abstract description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 15
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 14
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 13
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 10
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 2
- CYKMNKXPYXUVPR-UHFFFAOYSA-N [C].[Ti] Chemical compound [C].[Ti] CYKMNKXPYXUVPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910011208 Ti—N Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005513 bias potential Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000007888 film coating Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 239000005445 natural material Substances 0.000 description 1
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002843 nonmetals Chemical class 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005289 physical deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к ионно-плазменному способу нанесения износостойких покрытий на поверхности изделий из металлов и других материалов. Покрытия могут использоваться в промышленности для повышения износостойкости режущих и технологических инструментов.The invention relates to an ion-plasma method of applying wear-resistant coatings on the surface of metal products and other materials. Coatings can be used in industry to increase the wear resistance of cutting and technological tools.
Алмаз является самым твердым природным материалом, известным в настоящее время. Поликристаллический алмаз эффективен для повышения износостойкости, однако его осаждение требует очень высоких температур и давлений. В качестве покрытия для режущих инструментов за рубежом широко используются пленки diamondlikecarbon (DLC). DLC пленки имеют высокую твердость (выше 1500 HV), низкий коэффициент трения (менее 0,2) и термическую стабильность в диапазоне до 600°C. Основным недостатком DLC покрытий является недостаточная адгезия к материалу изделия.Diamond is the hardest natural material currently known. Polycrystalline diamond is effective for increasing wear resistance, however, its deposition requires very high temperatures and pressures. Diamondlikecarbon (DLC) films are widely used as a coating for cutting tools abroad. DLC films have high hardness (above 1500 HV), low coefficient of friction (less than 0.2) and thermal stability in the range up to 600 ° C. The main disadvantage of DLC coatings is insufficient adhesion to the product material.
Для предотвращения расслоения и повышения адгезии с подложкой применяется промежуточный слой металлов Ti, Zr, W, Cr и их нитридов между изделием и износостойким покрытием.To prevent delamination and increase adhesion to the substrate, an intermediate layer of Ti, Zr, W, Cr metals and their nitrides is used between the product and the wear-resistant coating.
Наиболее эффективным методом направленной модификации функциональных свойств поверхностей, подверженных износу, является нанесение пленочных покрытий. В настоящее время процессы физического осаждения покрытий (процессы PVD) на различные изделия, в том числе режущий инструмент, получают все большее применение из-за высокой надежности, универсальности, возможности получения покрытий практически любого состава и структуры с обеспечением экологической чистоты процессов при производстве инструмента в сравнении с методами и процессами плазмохимического осаждения покрытий (методы CVD) («Методы нанесения вакуумных PVD-покрытий». Курс лекций. Сост. Жданов А.В. Владимирский государственный университет. 2014): http://www.vlsu.m/fileadmin/Kadry_dlja_regiona/9/2014_nov/9-2-6-02_2014_Metody_nanesenija_vakuurnnyh_PVD_pokrytij.pdfThe most effective method of directed modification of the functional properties of surfaces subject to wear is the application of film coatings. Currently, the processes of physical deposition of coatings (PVD processes) on various products, including cutting tools, are increasingly used due to the high reliability, versatility, the ability to obtain coatings of almost any composition and structure, ensuring environmental cleanliness of the processes in the production of tools comparison with methods and processes of plasma-chemical coating deposition (CVD methods) (“Methods of applying vacuum PVD coatings.” Lecture course. Compiled by Zhdanov AV Vladimir State University Set. 2014): http: //www.vlsu.m/fileadmin/Kadry_dlja_regiona/9/2014_nov/9-2-6-02_2014_Metody_nanesenija_vakuurnnyh_PVD_pokrytij.pdf
Карбиды (TiC, SiC, WC, VC и т.д.) и нитриды (CrN, ZrN и др.) различных металлов и неметаллов нашли широкое применение за счет приемлемых значений микротвердости и адгезии, однако они характеризуются достаточно большими значениями коэффициента трения.Carbides (TiC, SiC, WC, VC, etc.) and nitrides (CrN, ZrN, etc.) of various metals and nonmetals are widely used due to acceptable values of microhardness and adhesion, but they are characterized by rather large values of the coefficient of friction.
Современные исследования направлены на получение многослойных покрытий, включающих два (TiC/TiN, TiC/Al2O3 и т.д.) или более слоев (TiN /TiCN/TiC или (TiAl)N/CrN). Также применяются градиентные многокомпонентные покрытия, в которых происходит непрерывное изменение концентрации компонентов.Modern research is aimed at obtaining multilayer coatings comprising two (TiC / TiN, TiC / Al 2 O 3 , etc.) or more layers (TiN / TiCN / TiC or (TiAl) N / CrN). Gradient multicomponent coatings are also used in which there is a continuous change in the concentration of components.
Нанокомпозитные покрытия являются новым поколением материалов, они состоят из нанокристаллической или аморфной структуры. Небольшие (до 10 нм) размеры частиц играют важную роль для пограничных зон нанокомпозитных материалов, что сказывается на улучшении адгезионных свойств покрытий и повышении рабочих температур (до 3000-3500°C) по сравнению с материалами, у которых размеры зерен превышают 100 нм.Nanocomposite coatings are a new generation of materials; they consist of a nanocrystalline or amorphous structure. Small (up to 10 nm) particle sizes play an important role for the boundary zones of nanocomposite materials, which affects the improvement of the adhesion properties of coatings and an increase in operating temperatures (up to 3000-3500 ° C) in comparison with materials whose grain sizes exceed 100 nm.
Фирма Platit (Швейцария) разработала способ получения двухфазных наноструктурированных покрытий с размерами зерен до 5 нм, у которых основную функцию по износостойкости выполняют зерна (Al, Cr)N или (Ti, Al)N (основная нанокристаллическая фаза), на границах которых располагается вторая нанокристаллическая (или аморфная) фаза Si3N4, сдерживающая коагуляцию зерен основной фазы как при осаждении покрытия (вакуумно-дуговая технология), так при эксплуатации инструмента. Аналогичные исследования по разработке наноструктурированных покрытий нового поколения проводят фирмы Balzers, Metaplas, Cimicon и др. (Верещака А.С., Верещака А.А. «Тенденции совершенствования и методология создания функциональных покрытий для режущего инструмента». Современные технологии в машиностроении: Сб. науч. статей) - http://www.kpi.kharkov.ua/archive/Наукова_перiодика/stm/2010/4/НЕКОТОРЫЕ%20МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ%20ПРИНЦИПЫ%20СОЗДАНИЯ%20 ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ%20ПОКРЫТИЙ%20ДЛЯ%20РЕЖУЩЕГО%20ИНСТРУМЕНТА.pdfThe company Platit (Switzerland) has developed a method for producing two-phase nanostructured coatings with grain sizes up to 5 nm, in which grains (Al, Cr) N or (Ti, Al) N (main nanocrystalline phase), the second nanocrystalline (or amorphous) Si 3 N 4 phase, which restrains the coagulation of the grains of the main phase both during deposition of the coating (vacuum-arc technology) and during tool operation. Similar research on the development of new-generation nanostructured coatings is carried out by Balzers, Metaplas, Cimicon and others (Vereshchaka A.S., Vereshchak A.A. “Improvement trends and methodology for creating functional coatings for cutting tools.” Modern technologies in mechanical engineering: Sat. scientific articles) - http://www.kpi.kharkov.ua/archive/Naukova_period/stm/2010/4/SOME%20METHODOLOGICAL%20PRINCIPLES%20CREATION%20 FUNCTIONAL% 20 COVERINGS% 20 FOR% 20 CUTTING% 20 INF
В научно-технической литературе имеется большое количество исследований, посвященных повышению эксплуатационных характеристик изделий за счет нанесения на их поверхность нитрида титана (TiN) или карбонитрид титана (TiCN) (В.В. Кунченко, А.А. Андреев, «КАРБОНИТРИДЫ ТИТАНА, ПОЛУЧЕННЫЕ ВАКУУМНО-ДУГОВЫМ ОСАЖДЕНИЕМ», ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2001. №2. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение (79), с. 116-120): http://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/VANT_2001_2/article_2001_2_116.р dfThere are a large number of studies in the scientific and technical literature devoted to improving the product performance by depositing titanium nitride (TiN) or titanium carbonitride (TiCN) on their surface (V.V. Kunchenko, A.A. Andreev, “TITANIUM CARBONITRIDES PRODUCED VACUUM-ARC DEPOSITION ", ISSUES OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2001. No. 2. Series: Physics of radiation damage and radiation materials science (79), pp. 116-120): http://vant.kipt.kharkov.ua/ARTICLE/ VANT_2001_2 / article_2001_2_116.р df
Однако данные покрытия, обладая хорошей адгезией к материалу подложки, имеют низкую твердость, либо высокую микротвердость, но недостаточную прочность сцепления. При нагреве (резка, трение) идет разрушение Ti-N связей, и покрытие быстро изнашивается за счет недостаточной твердости.However, these coatings, having good adhesion to the substrate material, have low hardness or high microhardness, but insufficient adhesion strength. When heated (cutting, friction), the Ti-N bonds are destroyed and the coating wears out quickly due to insufficient hardness.
В заявке США №2015093566 (B05D 1/10; B05D 1/12; B05D 1/36, опубл. 02.04.2015) приводится описание способа формирования износостойкого покрытия, включающего в себя нанесение на подложку мелкодисперсного порошка из инкапсулированных частиц различных материалов, таких как алмаз, карбид вольфрама, вольфрам, окись алюминия, карбид кремния и нитрид кремния, с последующей выдержкой при температуре 500°C и спеканием при температуре 850°C в течение 180 минут. Недостатком данного технического решения является сложность технологического процесса и энергозатратность (высокие температуры обработки).U.S. Patent Application No. 2015093566 (B05D 1/10; B05D 1/12; B05D 1/36, published 04/02/2015) describes a method of forming a wear-resistant coating, which involves applying finely divided powder to the substrate from encapsulated particles of various materials, such as diamond, tungsten carbide, tungsten, aluminum oxide, silicon carbide and silicon nitride, followed by exposure at a temperature of 500 ° C and sintering at a temperature of 850 ° C for 180 minutes. The disadvantage of this technical solution is the complexity of the process and energy consumption (high processing temperatures).
Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков (принятого за прототип) является способ нанесения покрытия (патент RU 2261936, C23C 14/24, C23C14/48, опубл. 10.10.2005), включающий вакуумно-плазменное нанесение износостойкого покрытия, состоящего из нижнего слоя карбонитрида титана TiCN и верхнего слоя нитрида титана TiN. К недостаткам этого способа относится то, что многослойное покрытие имеет низкую прочность сцепления слоев и формируется в течение нескольких технологических циклов (в отличие от заявляемого решения).The closest method of the same purpose to the claimed invention in terms of features (adopted as a prototype) is a coating method (patent RU 2261936, C23C 14/24, C23C14 / 48, publ. 10.10.2005), including vacuum-plasma deposition of a wear-resistant coating, consisting of a lower layer of titanium carbonitride TiCN and an upper layer of titanium nitride TiN. The disadvantages of this method include the fact that the multilayer coating has a low adhesive strength of the layers and is formed during several technological cycles (in contrast to the claimed solution).
Техническим результатом заявляемого решения является повышение износостойкости поверхности изделия за счет нанесения покрытия на основе нитрида углерода.The technical result of the proposed solution is to increase the wear resistance of the surface of the product due to the coating based on carbon nitride.
Технический результат достигается тем, что способ нанесения износостойкого покрытия включает ионно-плазменную очистку и нагрев поверхности изделия до 200-450°C, формирование ионно-плазменным осаждением в атмосфере аргона переходного слоя Ti, формирование ионно-плазменным осаждением в атмосфере азота переходного слоя TiN, ионно-плазменное осаждение алмазоподобной пленки CNx в атмосфере азота импульсным дуговым разрядом в виде кластеров углеродной плазмы плотностью 5⋅1012-1⋅1013 см-3 длительностью импульса 200-600 мкс и частотой следования 1-5 Гц. При формировании промежуточных слоев Ti, TiN и TiC осуществляют магнитную сепарацию плазменного потока. Слой углеродной алмазоподобной пленки покрытия наносят толщиной 0,2-2,0 мкм. Нанесение слоя алмазоподобного покрытия производят чередованием нанесения алмазоподобного покрытия и обработки слоя алмазоподобного покрытия ионами аргона. Во время ионно-плазменной очистки к изделию подводят импульсное отрицательное напряжение.The technical result is achieved by the fact that the method of applying a wear-resistant coating includes ion-plasma cleaning and heating the surface of the product to 200-450 ° C, the formation of a transition Ti layer by ion-plasma deposition in an argon atmosphere, the formation of a TiN transition layer by ion-plasma deposition in a nitrogen atmosphere, ion-plasma deposition of a diamond-like CN x film in a nitrogen atmosphere by a pulsed arc discharge in the form of carbon plasma clusters with a density of 5 × 10 12 -1 × 10 13 cm -3 pulse duration of 200-600 μs and a repetition rate of 1-5 Hz. In the formation of intermediate layers of Ti, TiN and TiC, magnetic separation of the plasma stream is carried out. A layer of a carbon diamond-like coating film is applied with a thickness of 0.2-2.0 microns. The diamond-like coating layer is applied by alternating the application of the diamond-like coating and processing of the diamond-like coating layer with argon ions. During ion-plasma cleaning, impulse negative voltage is applied to the product.
Нанесение износостойкого покрытия осуществляют следующим образом.The application of wear-resistant coatings is as follows.
Изделие или части изделия, на которые необходимо нанести покрытие, предварительно очищают от загрязнений, пыли и т.п. Далее изделие располагают в рабочем объеме вакуумной камеры на специальной оснастке, установленной с возможностью вращения.The product or parts of the product to be coated are pre-cleaned of contaminants, dust, etc. Next, the product is placed in the working volume of the vacuum chamber on a special tool installed with the possibility of rotation.
Вакуумная камера содержит электродуговой испаритель титана, электродуговой испаритель углеродной плазмы, источник ионов аргона, газовый натекатель аргона, газовый натекатель азота, вакуумметр, систему вращения специальной оснастки, систему сепарации плазменного потока, источник смещения потенциалов.The vacuum chamber contains an electric arc evaporator of titanium, an electric arc evaporator of carbon plasma, a source of argon ions, a gas leak of argon, a gas leak of nitrogen, a vacuum gauge, a system of rotation of special equipment, a system for separating the plasma flow, a source of bias potentials.
Вакуумирование камеры производят до достижения давления (1-2)*10-3 Па. Затем включением газового натекателя аргона обеспечивают рабочее давление аргона 10-2 Па и с помощью источника ионов аргона подвергают обработке поверхность изделия ионами аргона с энергиями 1-3 кэВ при температуре 200-450 градусов. Данная температура обеспечивает технологические условия для формирования последующих слоев покрытия.The chamber is evacuated until a pressure of (1-2) * 10 -3 Pa is reached. Then, by switching on the argon gas leak, the argon operating pressure of 10 -2 Pa is provided and, using a source of argon ions, the surface of the article is treated with argon ions with energies of 1-3 keV at a temperature of 200-450 degrees. This temperature provides technological conditions for the formation of subsequent coating layers.
Для обеспечения адгезии покрытия к поверхности изделия электродуговым осаждением с помощью электродугового испарителя наносят подслой Ti толщиной 0,04 мкм с использованием магнитной сепарации плазменного потока. Далее с помощью этого же электродугового испарителя и газового натекателя азота, обеспечивающего давление (2-5)* 10-2 Па в ваккумной камере, осуществляют ионно-плазменное осаждение титана, тем самым формируя переходной слой TiN толщиной 0,1 мкм между титановым подслоем и последующей алмазоподобной пленкой (углеродным покрытием).To ensure adhesion of the coating to the surface of the product by electric arc deposition using an electric arc evaporator, a sublayer Ti 0.04 μm thick is applied using magnetic separation of the plasma stream. Then, using the same electric arc evaporator and nitrogen gas leakage, providing a pressure of (2-5) * 10 -2 Pa in the vacuum chamber, ion-plasma deposition of titanium is carried out, thereby forming a transition layer of TiN with a thickness of 0.1 μm between the titanium sublayer and subsequent diamond-like film (carbon coating).
С помощью источника смещения потенциалов к изделию подводят отрицательное напряжение от 100 до 2500 Вт для качественного нанесения покрытия.Using a potential bias source, a negative voltage of 100 to 2500 W is applied to the product for high-quality coating.
Далее в этой же атмосфере азота осуществляют ионно-плазменное осаждение алмазоподобной пленки толщиной 1-10 мкм с помощью электродугового испарителя углеродной плазмы. Испарение углеродного материала, в качестве которого используют графит, осуществляют импульсным дуговым разрядом от электродугового испарителя углеродной плазмы.Then, in the same atmosphere of nitrogen, ion-plasma deposition of a diamond-like film 1–10 μm thick is carried out using an electric arc carbon plasma evaporator. The evaporation of carbon material, which is used as graphite, is carried out by a pulsed arc discharge from an electric arc evaporator of carbon plasma.
Плазму для осаждения углеродного материала создают вне области разрядного промежутка дугового разряда в виде кластеров углеродной плазмы плотностью 5⋅1012-1⋅1013 см-3 длительностью импульса 200-600 мкс и частотой следования 1-5 Гц. При этом скорость напыления АПП достигает 2 А/импульс.Plasma for the deposition of carbon material is created outside the region of the discharge gap of the arc discharge in the form of carbon plasma clusters with a density of 5 × 10 12 −1 × 10 13 cm -3 with a pulse duration of 200–600 μs and a repetition rate of 1–5 Hz. In this case, the APP spraying rate reaches 2 A / pulse.
Для повышения качества покрытия нанесения слоя алмазоподобной пленки производят чередованием нанесения алмазоподобного покрытия и обработки слоя алмазоподобного покрытия ионами аргона при давлении 10-2 Па.To improve the quality of the coating, the deposition of a layer of a diamond-like film is carried out by alternating the application of a diamond-like coating and processing the layer of a diamond-like coating with argon ions at a pressure of 10 -2 Pa.
Контроль за технологическими параметрами давления в вакуумной камере и его регулирование в процессе всего цикла нанесения покрытий осуществляют посредством вакуумметра.Monitoring of the technological parameters of the pressure in the vacuum chamber and its regulation during the entire coating cycle is carried out by means of a vacuum gauge.
Пример 1. В качестве изделия были выбраны образцы из стали марки 12Х18Н10Т. Нанесение алмазоподобного покрытия проводилось двумя способами. В первом случае нанесение покрытия проводилось известным способом: проводилась плазменная очистка изделия ионами аргона в течение 20 мин, далее наносился адгезионный слой титана толщиной 100 нм, наносимого электродуговым катодным распылением при одновременном приложении к изделию постоянного отрицательного напряжения 1000 В, нагревом изделия до температуры 450°C, далее методом импульсного электродугового катодного распыления графита при частоте 5 Гц наносилась алмазоподобная пленка толщиной 4 мкм. Во втором случае, в отличие от первого, на адгезионный слой титана наносился плазменным методом переходный слой смеси титан-углерод толщиной 200 нм с переменной возрастающей концентрацией углерода от 5 до 95 ат. % и далее наносилась алмазоподобная пленка тем же методом, что и в первом случае. Во втором случае толщина алмазоподобной пленки составляла также 2 мкм.Example 1. As a product, samples were selected from steel grade 12X18H10T. The diamond-like coating was applied in two ways. In the first case, the coating was carried out in a known manner: plasma cleaning of the product was carried out with argon ions for 20 minutes, then an adhesive layer of titanium with a thickness of 100 nm was applied, applied by cathodic arc spraying while applying a constant negative voltage of 1000 V to the product, heating the product to a temperature of 450 ° C, then, using a pulsed electric arc cathodic sputtering of graphite at a frequency of 5 Hz, a diamond-like film 4 μm thick was deposited. In the second case, unlike the first, a transition layer of a titanium-carbon mixture 200 nm thick with a variable increasing carbon concentration from 5 to 95 at. % and then a diamond-like film was applied by the same method as in the first case. In the second case, the thickness of the diamond-like film was also 2 μm.
Пример 2. В качестве изделия брали образцы из стали марки 08Х17Н2. На адгезионный слой титана при температуре не выше 400°C наносились плазменным методом переходные слои нитрида титана толщиной 100 нм и смеси титан-углерод толщиной 200 нм, и далее наносилась алмазоподобная пленка тем же методом, что и в первом случае, но с частотой не более 2 Гц и толщиной пленки 2 мкм.Example 2. As a product, samples were taken from steel grade 08X17H2. At a temperature of no higher than 400 ° C, the transition layers of titanium nitride with a thickness of 100 nm and titanium-carbon mixtures with a thickness of 200 nm were deposited on a titanium adhesive layer by a plasma method, and then a diamond-like film was deposited by the same method as in the first case, but with a frequency of no more 2 Hz and a film thickness of 2 μm.
Пример 3. В качестве изделия брали образец из керамики. Нанесение покрытия проводилось при температуре 200°C по следующей схеме: известным способом: проводилась плазменная очистка изделия ионами аргона в течение 20 мин, далее наносилась алмазоподобная пленка толщиной 0,2 мкм и далее наносилась алмазоподобная пленка в атмосфере азота. Толщина пленки составляла 2 мкм, которая затем активировалась ионами азота.Example 3. As a product, a ceramic sample was taken. The coating was carried out at a temperature of 200 ° C according to the following scheme: in a known manner: the product was plasma cleaned with argon ions for 20 minutes, then a diamond-like film 0.2 μm thick was applied, and then a diamond-like film was applied in a nitrogen atmosphere. The film thickness was 2 μm, which was then activated by nitrogen ions.
Таким образом, согласно предлагаемому способу за один технологический цикл происходит формирование многокомпонентных слоев TiN/ TiC/ CNx с применением метода ионно-плазменного нанесения покрытия в атмосфере азота, что придает поверхности изделия износостойкие свойства.Thus, according to the proposed method, multicomponent TiN / TiC / CN x layers are formed in one technological cycle using the method of ion-plasma coating in a nitrogen atmosphere, which gives the product surface wear-resistant properties.
Проведенные испытания доказали достижение заявленного технического результата: за счет нанесения покрытия на основе нитрида углерода повысилась износостойкость поверхности изделия, в результате чего ресурс работы изделия увеличился в 2,5 раза.The tests carried out proved the achievement of the claimed technical result: by applying a coating based on carbon nitride, the wear resistance of the surface of the product increased, as a result of which the service life of the product increased 2.5 times.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016111536A RU2617189C1 (en) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Method of application of wear-resistant coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016111536A RU2617189C1 (en) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Method of application of wear-resistant coating |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2617189C1 true RU2617189C1 (en) | 2017-04-21 |
Family
ID=58643339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016111536A RU2617189C1 (en) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Method of application of wear-resistant coating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2617189C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2761278C2 (en) * | 2017-07-26 | 2021-12-06 | Сэн-Гобэн Гласс Франс | Hardenable coatings with diamond-like carbon |
| CN113802087A (en) * | 2021-09-15 | 2021-12-17 | 科汇纳米技术（深圳）有限公司 | Method for plating diamond-like coating on surface of automobile transmission part and automobile transmission part |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1988010321A1 (en) * | 1987-06-25 | 1988-12-29 | University Of Houston-University Park | Process for the deposition of diamond films |
| RU2360032C1 (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальные технологии" | Method of obtaining wear-resisting ultra-hard coatings |
| EP2206800A1 (en) * | 2008-12-26 | 2010-07-14 | Hitachi Ltd. | Slide member |
| RU107496U1 (en) * | 2011-04-20 | 2011-08-20 | Учреждение Российской академии наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения РАН, (ИФМ УрО РАН) | METER WITH WEAR-RESISTANT COATING FROM SOLID AMORPHIC DIAMOND-LIKE CARBON |
| RU2470407C2 (en) * | 2006-08-03 | 2012-12-20 | Крипсервис Сарл | Method and device for surface modification |
-
2016
- 2016-03-28 RU RU2016111536A patent/RU2617189C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1988010321A1 (en) * | 1987-06-25 | 1988-12-29 | University Of Houston-University Park | Process for the deposition of diamond films |
| RU2470407C2 (en) * | 2006-08-03 | 2012-12-20 | Крипсервис Сарл | Method and device for surface modification |
| RU2360032C1 (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальные технологии" | Method of obtaining wear-resisting ultra-hard coatings |
| EP2206800A1 (en) * | 2008-12-26 | 2010-07-14 | Hitachi Ltd. | Slide member |
| RU107496U1 (en) * | 2011-04-20 | 2011-08-20 | Учреждение Российской академии наук Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения РАН, (ИФМ УрО РАН) | METER WITH WEAR-RESISTANT COATING FROM SOLID AMORPHIC DIAMOND-LIKE CARBON |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2761278C2 (en) * | 2017-07-26 | 2021-12-06 | Сэн-Гобэн Гласс Франс | Hardenable coatings with diamond-like carbon |
| US11401610B2 (en) | 2017-07-26 | 2022-08-02 | Saint-Gobain Glass France | Temperable coatings comprising diamond-like carbon |
| US11732363B2 (en) | 2017-07-26 | 2023-08-22 | Saint-Gobain Glass France | Temperable coatings comprising diamond-like carbon |
| CN113802087A (en) * | 2021-09-15 | 2021-12-17 | 科汇纳米技术（深圳）有限公司 | Method for plating diamond-like coating on surface of automobile transmission part and automobile transmission part |
| CN113802087B (en) * | 2021-09-15 | 2023-08-11 | 科汇纳米技术（深圳）有限公司 | Method for plating diamond-like carbon coating on surface of automobile transmission part and automobile transmission part |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104131250B (en) | A kind of nano combined cutter coat of gradient components design and preparation method thereof | |
| CN104131256B (en) | Multilayer nanometer composite cutting tool coating and preparation method thereof | |
| RU2360032C1 (en) | Method of obtaining wear-resisting ultra-hard coatings | |
| IL160411A (en) | Method for producing a nanostructured functional coating and a coating that can be produced according to said method | |
| CN105112858A (en) | Nano composite cutting tool coating of multilayer structure | |
| CN101426947A (en) | Coated body | |
| CN104928638A (en) | AlCrSiN-based multilayer nanometer composite cutter coating layer and preparation method thereof | |
| Zhao et al. | Tribological and mechanical properties of hardness-modulated TiAlSiN multilayer coatings fabricated by plasma immersion ion implantation and deposition | |
| Wei et al. | Effects of pulsed bias duty ratio on microstructure and mechanical properties of TiN/TiAlN multilayer coatings | |
| CN108884550A (en) | Hydrogen-free carbon coating with zirconium adhesion layer | |
| Ou et al. | Mechanical and tribological properties of CrN/TiN superlattice coatings deposited by a combination of arc-free deep oscillation magnetron sputtering with pulsed dc magnetron sputtering | |
| Bobzin et al. | Synthesis of aC coatings by HPPMS using Ar, Ne and He as process gases | |
| Liu et al. | Effect of duty cycle on microstructure and mechanical properties of AlCrN coatings deposited by HiPIMS | |
| Gaydaychuk et al. | Influence of Al-Si-N interlayer on residual stress of CVD diamond coatings | |
| Hirte et al. | Influence of composition on the wear properties of boron carbonitride (BCN) coatings deposited by high power impulse magnetron sputtering | |
| Cai et al. | Investigation of (Ti: N)-DLC coatings prepared by ion source assisted cathodic arc ion-plating with varying Ti target currents | |
| RU2617189C1 (en) | Method of application of wear-resistant coating | |
| Dyadyura et al. | Influence of roughness of the substrate on the structure and mechanical properties of TiAlN nanocoating condensed by DCMS | |
| Liu et al. | Improved interfacial adhesion between TiAlN/DLC multi-layered coatings by controlling the morphology via bias | |
| Zhang et al. | Effect of the filament discharge current on the microstructure and performance of plasma-enhanced magnetron sputtered TiN coatings | |
| Huang et al. | Wear-resistant multilayered diamond-like carbon coating prepared by pulse biased arc ion plating | |
| Debnárová et al. | Study of WBC thin films prepared by magnetron sputtering using a combinatorial approach | |
| Jelínek et al. | Hybrid laser—magnetron technology for carbon composite coating | |
| Zhang et al. | Effect of pulsed bias voltage on the structure and mechanical properties of Ti–C–N composite films by pulsed bias arc ion plating | |
| Krysina et al. | In situ X-ray diffraction investigation of nitride coatings at high-temperature oxidation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200329 |