CS249917B1 - A method of directly forming a TiAb layer in the titanium surface layer and its alloys - Google Patents

A method of directly forming a TiAb layer in the titanium surface layer and its alloys Download PDF

Info

Publication number
CS249917B1
CS249917B1 CS843383A CS843383A CS249917B1 CS 249917 B1 CS249917 B1 CS 249917B1 CS 843383 A CS843383 A CS 843383A CS 843383 A CS843383 A CS 843383A CS 249917 B1 CS249917 B1 CS 249917B1
Authority
CS
Czechoslovakia
Prior art keywords
layer
substrate
alloys
titanium
tiab
Prior art date
Application number
CS843383A
Other languages
Czech (cs)
Slovak (sk)
Inventor
Jozef Kral
Milan Ferdinandy
Dusan Liska
Original Assignee
Jozef Kral
Milan Ferdinandy
Dusan Liska
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jozef Kral, Milan Ferdinandy, Dusan Liska filed Critical Jozef Kral
Priority to CS843383A priority Critical patent/CS249917B1/en
Publication of CS249917B1 publication Critical patent/CS249917B1/en

Links

Landscapes

  • Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

Podstata spósobu vytvárania ochrannej difúznej vrstvy TiAb na titáne a jeho zliatinách vo vákuu, ktorá zvyšuje odolnost substrátu voči korózii a otěru za zvýšených teplot spočívá v tom, že sa subtrát z titánu alebo jeho zliatin s vrstvou Al ohřeje v iónovo plátovacom zariadení na teplotu z intervalu 600 až 660 °C, a to tak, že na substrát sa ďalej pósobí iónmi v tlejivom výboji inertného plynu, pričom substrát je katodou tohto tlejivého výboja pri tlaku argonu z intervalu 10'2 až 102 Pa po dobu minimálně 1 hodiny. Týmto spósobom je možné vytvárať difúznu vrstvu TiAb alebo TiAb + Al počas procesu vytvárania Al vrstvy na titánovom substráte bez nutnosti následného difúzneho žíhania mimo vákuovú komoru, čo je z hladiska úspory energie a možnosti regulácie zloženia difúznej vrstvy po jej priereze zvlášť výhodné.The essence of the method of forming a protective diffusion layer of TiAb on titanium and its alloys in a vacuum, which increases the resistance of the substrate to corrosion and abrasion at elevated temperatures, consists in heating a substrate of titanium or its alloys with an Al layer in an ion plating device to a temperature in the range of 600 to 660 °C, and in doing so, the substrate is further treated with ions in a glow discharge of an inert gas, the substrate being the cathode of this glow discharge at an argon pressure in the range of 10'2 to 102 Pa for at least 1 hour. This method makes it possible to form a diffusion layer of TiAb or TiAb + Al during the process of forming an Al layer on a titanium substrate without the need for subsequent diffusion annealing outside the vacuum chamber, which is particularly advantageous in terms of energy saving and the possibility of regulating the composition of the diffusion layer across its cross section.

Description

249917249917

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.The invention relates to a method of forming a surface-resistant layer resistant to corrosion and abrasion of high temperatures. The titanium and its alloys currently used do not meet the requirements for high temperature corrosion resistance in the entire application range, so their utility properties are adjusted by additional surface treatments such as galvanic or alumina coatings, nitriding and the like. In order to obtain adhesion and to form a diffusion layer, the treated components must be subsequently treated and annealed, which has an adverse effect on the mechanical properties of the base material. In addition, the process is burdensome, energy intensive and costly.

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.A further method of protecting titanium and its alloys at high temperatures is to form an aluminum layer on their surface in a vacuum of one of the known methods for forming coatings and subsequent diffusion annealing in a conventional furnace for heat treatment in a protective atmosphere. In this way, an intermetallic refractory and abrasion-resistant layer A1A3 can be formed on the surface of the substrate. A disadvantage of this method is that, after the aluminum layer has been formed with a nitrate substrate, it is necessary to subject the substrate to the above-mentioned additional diffusion annealing outside the vacuum chamber, which leads both to an increase in the energy intensity of the process and to that, in the case of diffusion annealing, the entire aluminum layer is formed into TiAh and it is difficult to diffuse the refractory layer composition after its cross-section.

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.These disadvantages are eliminated by the direct formation of TiAl3 layer on the titanium and its compounds according to the invention, the fact that the titanium substrate or its alloys is heated by the Al layer in the ion plating apparatus to a temperature of between 600 and 660 degrees Celsius, thus that the Al layer-forming substrate is further treated with ions in a more inert gas discharge, wherein the substrate is the cathode of this gaseous discharge of argon at a rate of 10 to 102 Pa for at least 1 hour. In this way, a TiAl3 substrate having a structural properties that can be influenced by changing the partial pressure of the inert gas is formed on the substrate by a current density on the substrate and at the rate of evaporation of the aluminum. The advantage of this method over the aforementioned method in which the conversion of Al to TiAh occurs after the additional diffusion annealing outside the vacuum chamber is that in one process, TiAh occurs in the vacuum chamber without the need to interrupt the process, which is time-consuming. energy advantageous as well as modifying the composition of the layer after its cross-section, for example TiAl 3 ++ A1. Further, as shown in Example 2, the process of forming the TiAl3 layer of the mosaic is such that a TiAh layer of thin thickness is first formed, to which the Al layer is formed in the vacuum. Since this process occurs in one process, without venting the vacuum chamber, there is no possibility of forming an anti-diffusion barrier on the surface substrate. This fact, together with the TiAh's proven property and the fact that the TiAh AI is not much higher than Ti in Ti, provides the ability to form a TiAh layer even at lower temperatures than 600 ° C in less time.

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 1According to the invention, diffusion layers are formed on the titanium and its alloys from the TiAh intermetallic compound, optionally TiAh + Al, whose microhardness is 11,000 to 15,000 N. mm'‘z. The layers thus formed reduce the coefficient of friction by 400% and titanium wear by up to 800% by comparison with titanium compounds. Corrosion tests at high temperatures have revealed that the TiAh layer long-term resists oxidation in air at temperatures up to 900 ° C. EXAMPLES Example 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-The method of forming a TiAh layer on the titanium or its alloys according to the invention is characterized by the formation of an Al layer on the sublayer in an ionic cladding device of 10 < 10 > Pa, the substrate forming a base. Prior to the evaporation of Al by the electron beam at its power of 2 kW, so-called as well as o-heating of the substrate in the Ar discharge occurs. Ar is admitted through the inlet valve to the vacuum chamber at a pressure of 3 Pa. After reaching this pressure, a negative voltage of 2.5 kV is set to the negative substrate in the next step, compared to a grounded vacuum chamber. Through the regulation of napatiana substrate, the given parameters produce such discharge conditions in Ar (current value 0.1 to 3.0 mA.cnr2) to degas the substrate surface for 30 minutes, then remove thin layers from the surface of the substrate. xid films, while the substrate is heated to about 600 ° C. Due to the method of pre-treatment of the substrate surface in the vacuum chamber prior to evaporation of Al and also that its surface is bombarded with ionized Ar particles during the growth of Al, the conditions for microdiffusion of AI into the substrate are formed, thereby forming a Ti-Al and Al intermetallic compound layer. The commonly required thickness of the layer thus formed is approximately 10 μΐη, with a TiA layer thickness of approximately 3 μm, the remainder being Al. Example 2 In the second example, conditions

Claims (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.249917 ky forming a TiAb layer on titanium or its alloys. The process of purifying the substrate in Ar discharge is consistent with the conditions set forth in Example 1. The difference is that initially 2 kW of Al layer of approximately 3 µm thickness is vaporized with an electron beam to such a cleaned surface of the substrate. Next, the Al-layer substrate surface is exposed to bombarded Ar particles in a vacuum coil at a pressure of 3 Pa and a negative tension of 2.5 kV for at least 20 minutes. This results in the dedusting of the Al layer from the surface of the substrate and at the same time the heating of the substrate to a temperature above 600 ° C, thereby creating conditions for the Al layer remaining to diffuse into the surface of the substrate to form a T1A3 layer. In the next step, the vaporized Al is electron beam assisted at its power of 2 kW and at a pressure of 10 mbar, followed by diffusion of Al through the TiAl4 layer to the substrate surface where it reacts with Ti to TiAlS. The above-mentioned properties of the T1A1 layers predetermine the use of Ti-based or surface-treated alloys, for example in Florida, seawater and also structurally bonding with Al without the risk of a so-called titanium weld at elevated operating temperatures as well as moving mechanisms. An example of a textile machine may be mentioned. Because of the accelerating or braking force, it is important that the weight of the barbell is as low as possible. Therefore, Al or Mg alloys are used to produce the Chinese. In some cases, these alloys do not have sufficient strength and, as an additional construction material, Ti and its alloys are considered. However, they are highly susceptible to seizure and therefore their surface needs to be adjusted. One of the ways to reduce the susceptibility of Ti and its alloys is its surface treatment according to the invention. SUBSTITUTE A method of directly forming a TiAb layer in the titanium surface layer and its alloys, characterized in that a titanium or tantane alloy substrate and an aluminum layer which has been prepared on the surface of the substrate in an ionic cladding system are destroyed. pressure from 10-2 to 102 Pa, immediately after the preparation of the aluminum layer, a plasma formed by an inert gas pressure ranging from 10-2 to 10 2 Pa in the ionic cladding device for at least 1 hour at the substrate temperature of 600 to 660 ° C.
CS843383A 1983-11-14 1983-11-14 A method of directly forming a TiAb layer in the titanium surface layer and its alloys CS249917B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS843383A CS249917B1 (en) 1983-11-14 1983-11-14 A method of directly forming a TiAb layer in the titanium surface layer and its alloys

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CS843383A CS249917B1 (en) 1983-11-14 1983-11-14 A method of directly forming a TiAb layer in the titanium surface layer and its alloys

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CS249917B1 true CS249917B1 (en) 1987-04-16

Family

ID=5434837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CS843383A CS249917B1 (en) 1983-11-14 1983-11-14 A method of directly forming a TiAb layer in the titanium surface layer and its alloys

Country Status (1)

Country Link
CS (1) CS249917B1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0386386B1 (en) Process for producing Yttrium enriched aluminide coated superalloys
CA1128820A (en) Method for altering the composition and structure of aluminum bearing overlay alloy coatings during deposition from metallic vapor
US4897315A (en) Yttrium enriched aluminide coating for superalloys
US5834070A (en) Method of producing protective coatings with chemical composition and structure gradient across the thickness
Parameswaran et al. Titanium nitride coating for aero engine compressor gas path components
KR20200075778A (en) Alloy-coated steel sheet and manufacturing method of the same
MXPA06001802A (en) A method and apparatus for the production of metal coated steel products.
US5556713A (en) Diffusion barrier for protective coatings
CN105793463B (en) Magnalium coated steel sheet and its manufacturing method
CA1324928C (en) Corrosion-resistant and heat-resistant aluminum-based alloy thin film and process for producing the same
JPS6378740A (en) Layer composite material with diffusion preventive layer particularly for sliding bearing and manufacture thereof
RU2213802C2 (en) Method of applying coating on alloys
US6143141A (en) Method of forming a diffusion barrier for overlay coatings
JPS62222057A (en) Production of laminated working material or laminated working material piece by applying vapor deposition treatment of at least metal material to metal substrate
RU2212473C1 (en) Method for depositing of coatings on alloys
CN1103676A (en) Gradient Ni, Co, Cr, Al, Si Hf, Yt/Al cladding and double-target sputtering technology
GB2213840A (en) Aluminium diffusion coating
US5098540A (en) Method for depositing chromium coatings for titanium oxidation protection
UA78487C2 (en) Method for application of ceramic covering and device for realization the same
CS249917B1 (en) A method of directly forming a TiAb layer in the titanium surface layer and its alloys
US12492463B2 (en) Method for forming a layer of alumina at the surface of a metallic substrate
US4289544A (en) Inhibition of fretting corrosion of metals
JPS63166957A (en) surface coated steel products
KR102948018B1 (en) galvannealed steel sheet and manufacturing method thereof
JP2000054114A (en) Film structure with excellent heat resistance and wear resistance