CS251899B1 - Způsob vytváření tenkých otěruvzdorných povlaků na kovových součástkách - Google Patents

Abstract

Způsob vytvoření tenké otěruvzdorné vrstvy na kovových součástkách, který používá kombinace povlaku vytvořeného s použitím iontové nitridace a následného nanesení tenké otěruvzdorné vrstvy typu TiN za použití metody fyzikální vakuové depozice. Využívá se tak výhodných užitných vlastností iontové nitridace, kdy velmi tvrdá a otěruvzdorná vrstva je podpírána difúzní vrstvou, vytvořenou pomOcí iontové nitridace.

Description

Vynález se týká způsobu vytváření tenkých otěruvzdorných povlaků na kovových součástkách.

V současné době existuje mnoho způsobů povrchového zpevnění součástí, které jsou různě účinné. K nejúčinnějším a mejmoderinějším způsobům patří iontová nitridace nebo povlakování povrchu tenkou vrstvou tvrdé otěruvzdorné látky, např. TiN. Při iontové nitridaci se vytváří inia povrchu předmětu tenká tvrdá vrstva nitridů a pod ní tlustší tzv. difúzni vrstva (několik desetin mm). Zvláštním způsobem provádění procesu iontové nitridace je možné dosáhnout u řady ocelí toho, že dostaneme pouze difúzni vrstvu, bez povrchové vrstvy nitridů. Iontovou nitridací je možné dosáhnout značného· zpevnění pioiměrně tlusté povrchové vrstvy (povrchová mikrotvrdost u řady ocelí je HV 1000], pro některé účely však je povrchová tvrdost a otěruvzdorniost nedostatečná. Při povlakovánl součásti tenkou otěruvzdornou vrstvou fyzikálními metodami (metodou PVD — „physioal vapicr despositioin“ — fyzikální vakové depozice) jsou dosahovány povrchové mikriotvrdostl i otěruvzdOrnost podstatně vyšší než při iontové nitridaci, vrstva je však velmi tenká (zpravidla do 10 um), což silně omezuje její použitelnost především na některých silně namáhaných součástkách, kde může dojít lehce k jejímu proboření. Přitom výrobci zařízení pro fyzikální vakuovou depozici tenkých vrstev přímo předpisují, že pod tenkou vrstvou inesmí být použito, žádné jiné povrchové zpevnění pro nebezpečí zhoršení adheze vrstvy.

Uvedené nedostatky odstraňuje způsob vytváření tenkých otěruvzdormých vrstev na kotvových součástkách, podle kterého se součásti nejprve iontově nitridují, za· použití směsi dusíku a vodíku v poměru 1 : 3 až 1 : 60, při tlaku 50 až 1 000 Pa a při teplotě 350 až 650 °C po dobu 1 až 120 minut, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že po iontové nitridaci se nanese tenká otěruvzdorná vrstva typu TIN za použití metody fyzikální vakuio.vé depozice ve směsi nosného plynu argonu a reaktivního plynu dusíku při tlaku 0,05 až 10 Pa a při teplotě 250 až 550 ^CC po dobu 5 až 120 minut.

Vyšší účinek při využití způsobu podle vynálezu lze spatřovat v tom, že se zkombinují výhodné vlastnosti iOintioyé nitridace a tenké otěruvzdorné vrstvy. Na iontově nitridovaném povrchu je tenká vrstva tvrdší a otěruvzdiornější než iontově nitridovaná vrstva (např. u TiN tvrdosti HV 2 500 až 3 000 a tloušťky 1 až 10 ,«m), takže užitné vlastnosti povrchu jsou daleko, lepší. Tenká otěruvzdorná vrstva je pak zesplodu podpírána poměrně tlustou Iontově nitridovanou vrstvou, tloušťky až 0,1 mm O· tvrdosti

HV 800 až 1 500, takže nedojde tak lehce k proboření tenké povrchové vrstvy TiN.

Jsou možné dvě alternativy procesu. Podle prvé je iontová nitridace provedena v jednom zařízení, v němž jsou součásti ochlazeny až na pokojovou teplotu ve vakuu nebo- v ochranné atmosféře a pak bez znečištění přeneseny do druhého· zařízení, v němž je vytvořena tenká otěruvzdorná vrstva. Ve druhé alternativě je iontová nitridace i nanesení tenké otěruvzdorné vrstvy provedeno ve stejném zařízení, umožňujícím oba procesy bez narušení vakua.

Aby při první alternativě nebyla narušena adheze otěruvzdorné vrstvy k substrátu musí po iontové nitridaci proběhnout chlazení až na pokojovou teplotu ve vakuu nebo· v ochranné atmosféře a nitridované předměty musí být co nejrychleji pOvlakOvány, než dojde k většímu znečištění povrchu, nebo jeho zamaštění (výhodné je přenášet součásti v rukavicích).

Bylo experimentálně prověřeno, že například vrtáky zpevněné uvedeným způsobem mají zhruba dvojnásobnou životnost proti vrtákům pouze s tenkou oitěruvzdornou vrstvou TiN, jak jsou dnes používány. Příklady:

Příklad použití způsobu podle vynálezu — řezné nástroje byly iontově nitridovány v zařízení na iontovou nitridaci. Nitridační podmínky byly zvoleny tak, aby došlo na oceli 19 830, z níž byly vrtáky vyrobeny, ke vzniku difúzni vrstvy tloušťky asi 0,05 mm, tj. směs dusíku a vodíku v poměru 1 : 20, teplota 510 °C a doba nitridace 20 minut. Tvorba vrstvy nitridů byla potlačena. Po· iontové nitridaci byly vrtáky ochlazeny přímo v zařízení ve vakuu až na teplotu okolí. Po vyjmutí ze zařízení byly pak přemístěny do zařízení pro miagnetronové naprašování tenkých vrstev a v něm povlakiovány vrstvou TiN tloušťky 4 ,um. Povlakování bylo provedeno v zařízení s magnetroiny s titanovým targetem v atmosféře směsí argonu a dusíku při tlaku 0,1 Pa a teplotě 500 °C pio dobu 10 minut. Např. vrtáky· o průměru 10 bez iontové nitridace, pouze s vrstvou TiN měly při vrtání materiálu 19 550 v přírodním stavu trojnásobnou životnost proti standardním vrtákům. Vrtáky s Iontovou nitridací a vrstvou TiN pak měly 6násobnou životnost proti standartním.

Druhý příklad způsobu podle vynálezu — v zařízení vybaveném miagnetroinem i izolovanou katodou k provádění iontových procesů byla nejprve provedena iontová nitridace řezných destiček z oceli 19 830 při tlaku 200 Pa ve směsi dusíku s vodíkem v poměru 1 : 40 při teplotě 510 °C po dobu 15 minut. Po iontové nitridaci bylo přímo provedeno magnetropové naprašování v atmo251899 sféře směsi, argonu s dusíkem při flaku 0,1 Pa a teplotě 500 ^CC po, dobu 10 minut.

Vynález se dá využít u všech silně namáhaných strojních součástí, kde je výhodná kombinace užitých vlastností iontové nitridace a nanesení otěruvzdorné vrstvy, např. u nástrojů.

Claims (1)

1. PREDMET

   Způsob vytváření tenkých otěruvzdiorných povlaků na kovových součástkách, podle kterého se součásti nejprve iontově nitridují, za použití směsi dusíku a vodíku v poměru 1 : 3 až 1 : 60, při tlaku 50 až 1 000 Pa a při teplotě 350 až 650 °C po dloibu 1 až 120 minut,, vyznačující se tím, že po· iointoVYNÁLEZU vé nitridaci se nanáší tenká otěruvzdiorná vrstva typu TIN za použití metody fyzikální vakuové deploizice ve směsi nosného plynu argonu a reaktivního, plynu dusíku při tlaku 0,05 až 10 Pia a při teplotě 250 až 550 °C pio dobu 5 ,až 120 minut.