CS249917B1 - Spósob priamej tvorby vrstvy TiAb v povrchovej vrstvě titánu a jeho zliatin - Google Patents

Description

249917

Vynález sa týká spósobu tvorby povrcho-vé] vrstvy odolné] proti korózii a otěru zavysokých teplot. V súčasnosti používané materiály z titá-nu a jeho zliatin nevyhovujú požiadavkámv celom rozsahu použitia na koróznu odol-nost pri vysokých teplotách, preto sa ichužitkové vlastnosti upravujú dodatočnýmipovrchovými úpravami, například galvanic-kými alebo žiarovými povlakmi z AI, nitri-dáciou a podobné. Pre dosiahnutie přilna-vosti a vytvárania difúzne] vrstvy sa mu-sia takto upravené súčiastky dodatočne spra-covať a žíhat, čo má nepriaznivý vplyv namechanické vlastnosti základného materi-álu. Mimo toho proces je zdíhavý, energe-ticky náročný a nákladný.

Další spósob ochrany titánu a jeho zlia-tin pri vysokých teplotách je vo vytvořeníhliníkovej vrstvy na ich povrchu vo vákuuniektorým zo známých sposobov vytváraniapovlakov a následného' difuzneho žíhaniamimo vákuovú komoru v klasických peciachpre tepelné spracovanie v ochrannej atmo-sféře. Týmto spósobom je možné na povrchutitánového substrátu vytvořit intermetalic-kú žiaruvzdornú a oteruvzdornú vrstvuT1AI3. Nevýhodou tohto sposobu je skuteč-nost, že po vytvoření hliníkovej vrstvy natitánovom substráte je potřebné tento sub-strát vystavit už spomenutému dodatočné-mu difúznemu žíhaniu mimo vákuovú ko-moru, čo vedie jednak k zvýšeniu energe-tickej náročnosti procesu ako aj k tomu,že pri difúznom žíhaní sa celá hliníkovávrstva přetvoří na TiAh a je obtiažne mo-difikovat rožne zloženie žiaruvzdornej vrst-vy po jej priereze.

Uvedené nevýhody odstraňuje sposob pria-mej tvorby TiAl3 vrstvy na titáne a jeho zlia-tinách podlá vynálezu, ktorého· podstatouje, že sa substrát z titánu alebo jeho zliatins vrstvou AI ohřeje v iónovo plátovacomzariadení na teplotu z intervalu 600 až 660stupňov Celsia, a to tak, že na substrát povytvoření AI vrstvy sa ďalej pósobí iónmi vtlejivom výboji inertného plynu, pričom sub-strát je katodou tohto tlejivého výboja pritlaku argonu z intervalu 10_2 až 102 Pa podobu minimálně 1 hodiny. Týmto spósobom sa vytvára na substrátedifúzna vrstva TiAl3, ktorej štruktúrne vlast-nosti možno ovplyvňovať změnou parciálne-ho tlaku inertného plynu, prúdovou husto-tou na substráte a rýchlosťou odparovaniahliníka. Přednost tohto sposobu oproti už spome-nutému sposobu, v ktorom k premene AI naTiAh dochádza po dodatočnom difúznom ží-haní mimo vákuovú komoru, je v tom, že kvzniku TiAh dochádza pri jednom procesepriamo vo vákuovej komoře bez nutnostipřerušit proces, čo je z híadiska časovéhoi energetického výhodné ako aj to, že da-ným spósobom móžme modifikovat zlože-nie vrstvy po jej priereze, například TiAl3 ++ AI. Ďalej, ako je to uvedené v 2. příklade,proces vytvárania TÍAI3 vrstvy móžme viesťaj tak, že sa najprv vytvoří TiAh vrstva ourčitej hrúbke, na ktorú sa v ďalšom vo vá-kuu vytvára AI vrstva. Keďže tento dej pre-bieha pri jednom procese, bez zavzdušne-nia vákuovej komory, neexistuje možnostvytvorenia protidifúznej bariéry na povrchusubstrátu. Táto skutečnost spolu s experi-mentálně overenou vlastnosťou TiAh a to,že koeficient AI v TiAh je ne ©vela vyššínež AI v Ti, poskytuje možnost vytváraťTiAh vrstvu aj pri nižších teplotách než600 °C za kratší čas.

Spósobom pódia vynálezu sa na titánea jeho zliatinách vytvárajú difúzne vrstvyz intermetalickej zlúčeniny TiAh, připadneTiAh + AI, ktorých mikrotvrdosť je 11 000až 15 000 N . mm'‘z. Takto vytvořené vrstvyznižujú koeficient trenia v porovnaní so zlia-tinami z titánu o 400 % a opotrebenie zis-ťované metodou merania hmotnostného úbyt-ku až o 800 °/o. Koróznymi skúškami za vy-sokých teplót bolo zistené, že vrstva TiAhdlhodobe odolává oxidácii na vzduchu priteplotách do 900 °C. Příklady prevedenia Příklad 1

Sposob vytvárania TiAh vrstvy na titánealebo jeho zliatinách podlá vynálezu je cha-rakterizovaný vytvořením AI vrstvy na sub-stráte v iónovo plátovacom zariadení pritlaku 1. 10“1 Pa, pričom substrát tvoří ka-todu. Před samotným odpařováním AI po-mocou elektronového lúča pri jeho výkone2 kW, prebieha takzvané čistenie ako aj o-hrev substrátu v Ar výboji, ktorý prebiehanasledujúco. Cez napúšťací ventil do váku-ovej komory je pripúšťaný Ar na tlak 3 Pa.Po dosiahnutí tohto tlaku je v nasledujú-com kroku nastavené na substráte zápornénapatie 2,5 kV, oproti uzemnenej vákuovejkomoře. Prostredníctvom regulácie napatiana substráte sa pri daných parametroch vy-tvoria také podmienky výboja v Ar (prúdo-vá hodnota 0,1 až 3,0 mA.cnr2), aby sapočas 30 minút povrch substrátu odplynil,ďalej z jeho povrchu sa odstránili tenké 0-xidické filmy a zároveň sa substrát ohrialna teplotu přibližné 600 °C. Vzhfadom naspósob predúpravy povrchu substrátu vo vá-kuovej komoře před odpařením AI a tiežto, že jeho povrch je počas rastu AI vrstvybombardovaný ionizovanými časticami Ar,sú vytvořené podmienky pre mikrodifúziuAI do substrátu, čím vzniká vrstva tvořenáintermetalickou zlúčeninou TiAh a AI. Běž-ně požadovaná hrúbka takto vytvorenej vrst-vy je přibližné 10 μΐη, pričom hrúbka TiAhvrstvy činí přibližné 3 ^m, zbytok je AI. Příklad 2 V druhom příklade sú uvedené podmien-

Claims (1)

1. 249917 ky vytvorenia TiAb vrstvy na titáne alebojeho zliatinách. Proces čistenia substrátuv Ar výboji je zhodný s podmienkami uve-denými v příklade 1. Rozdiel je v tom, žesa najprv na takýto očištěný povrch sub-strátu odpaří pomocou elektronového lúčapři jeho výkone 2 kW AI vrstva o hrúbkepřibližné 3 ^m. V ďalšom sa povrch substrá-tu s AI vrstvou vystaví bombardovaniu io-nizovanými časticami Ar vo vákuovej ko-moře pri tlaku 3 Pa a zápornom napatí nasubstráte 2,5 kV po dobu minimálně 20 mi-nút. Týmto dochádza jednak k odprašova-niu AI vrstvy z povrchu substrátu a záro-veň aj k ohřevu substrátu na teplotu vyš-šiu než 600 °C, čím sú vytvořené podmienky,aby zbytok AI vrstvy nadifundoval do po-vrchu substrátu za vzniku T1AI3 vrstvy. Vďalšom kroku je cpal odpařovaný AI po-mocou elektronového lúča pri jeho výkone2 kW a pri tlaku 1.10'1 Pa, pričom dochá-dza k následnej difúzii AI cez vrstvu TiAlsdo povrchu substrátu, kde reaguje s Ti naTiAls. Vyššie uvedené vlastnosti vrstiev T1AI3predurčujú použitie predmetov z Ti alebojeho zliatin povrchovo' upravených podlávynálezu, například v prostředí floridov,morskej vody a tiež na konstrukčně spojev kombinácii s AI bez nebezpečia vznikutakzvaného titánového zvaru pri zvýšenýchprevádzkových teplotách a tiež na pohybo-vé mechanizmy. Ako příklad možno uviesťčlnok textilného stroja. Z důvodu zrýchlu-júcej, respektive brzdiacej sily záleží natom, aby hmotnost činku bola čo najnižšia.Preto na výrobu čínkov sa používajú AI ale-bo Mg zliatiny. Tieto zliatiny v niektorýchprípadoch nemajú dostatočnú pevnost a pre-to ako další konštrukčný materiál prichá-dza do úvahy Ti a jeho zliatiny. Ti sa alevyznačuje velkou náchylnosťou k zadiera-niu a preto jeho povrch je potřebné upra-vit. Jednou z ciest zníženia náchylnosti Tia jeho zliatin k zadieraniu je jeho povrcho-vá úprava podlá vynálezu. PREDMET Sposob priamej tvorby vrstvy TiAb v po-vrchovej vrstvě titánu a jeho zliatin vyzna-čený tým, že na substrát z titánu alebo ti-tánovej zliatiny a hlinikovú vrstvu, ktorábola na povrchu tohto substrátu připrave-ná v iónovo plátovacom systéme za zniče-ného tlaku z intervalu 10~2 až 102 Pa, sa bezprostredne po príprave hliníkovej vrstvypůsobí plazmou tvořenou inertným plynompri tlaku z intervalu 10-2 až 102 Pa v ióno-vo plátovacom zariadení po dobu minimál-ně 1 hodiny pri teplote substrátu v interva-le 600 až 660 °C.