PL202435B1 - Technologiczna warstwa wierzchnia o właściwościach przeciwzużyciowych - Google Patents

Abstract

Technologiczna warstwa wierzchnia o właściwościach przeciwzużyciowych zawierająca pierwiastki niklu i fosforu oraz cząstki tlenku glinu, znamienna tym, że cząstki tlenku glinu posiadają granulację 2 - 4 nm i stanowią od 0,1 do 20% masy napełniacza.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest technologiczna warstwa wierzchnia o właściwościach przeciwzużyciowych stosowana zwłaszcza na powierzchniach elementów metalowych, pracujących w systemach tribologicznych.

Znane są warstwy wierzchnie wytwarzane na powierzchniach elementów metalowych, których głównymi składnikami są nikiel, fosfor oraz tlenek glinu. Warstwę wytwarza się na powierzchniach przedmiotów poprzez zanurzenie ich w kąpieli zawierającej sole niklu, rozpuszczalne związki fosforu oraz tlenek glinu i dodatki modyfikujące. Proces nakładania powłoki prowadzi się autokatalitycznie.

Autokatalityczne, bezprądowe osadzanie amorficznych powłok stopowych Ni-P znalazły szerokie zastosowania przemysłowe, ze względu na ich paramagnetyczne właściwości, doskonały opór, odporność korozyjną oraz wysoką twardość. Współosadzanie powłok niklowo - fosforowych z innym metalem lub niemetalem, cząstkami ceramicznymi odpowiedzialnymi za zużycie ścierne i adhezyjne, albo pełniącymi funkcję powłok samosmarujących mogą dodatkowo poprawiać te właściwości. Ostatnio niklowe warstwy kompozytowe osadzane bezprądowo zyskały większe uznanie wśród badaczy niż warstwy stopowe. Stało się tak z powodu lepszych właściwości przeciwtarciowych, przeciwzużyciowych i możliwości stosowania w nich wspomnianych wcześniej smarów stałych. Wśród nich do najczęściej wbudowywanych cząstek w niklowo - fosforową osnowę należą: SiC, B4C, Si3N4, CeO2, TiO2, AI₂O₃ i PTFE. Należy tutaj podkreślić, iż ich wielkość wynosi powyżej 1 μm. Współosadzanie tych cząstek w niklowo - fosforowej osnowie zależy od ich wielkości, kształtu, gęstości, koncentracji i metody zawieszenia w kąpieli. Ponadto bardzo dużą rolę odgrywa ich ładunek elektryczny, szczególnie istotny w technologii formowania warstw wierzchnich.

C. Y. Wang wraz ze współpracownikami otrzymywał warstwy Ni-P z wtrąceniami TiO2 o wielkości ziarna około 10 nm. Warstwy Ni-P zawierające AI2O3 o wielkości ziaren AI2O3 50 nm otrzymali J. N. Balaraju, Kalavati i K.S. Rajam. Uzyskana w ten sposób warstwa zawiera wbudowane cząstki tlenku glinu o granulacji od 50 nm do około 100 μm. Zatem minimalna grubość warstwy wynosi nie mniej niż 60 nm. Warstwę tę charakteryzują następujące parametry: współczynnik tarcia w skali makro μ = 0,12; twardość HV0,02 = 610 oraz współczynnik tarcia w skali nano μ = 0,010.

Istota rozwiązania polega na tym, że składnikiem warstwy jest tlenek glinu w postaci cząstek o granulacji 2 - 4 nm stanowiący od 0,1 do 20% masy napełniacza. Przez zastosowanie cząstek o takiej granulacji uzyskuje się warstwę wierzchnią o dużej efektywności przeciwzużyciowej, małej chropowatości powierzchni, wysokiej twardości, a także o podwyższonej odporności termicznej, antykorozyjnej oraz wysokiej adhezji do podłoża.

Warstwa według wynalazku znajduje szczególne zastosowanie do nakładania na przedmioty od których wymagana jest niezawodność funkcjonowania związana z odpornością o charakterze tribologicznym i odpornością na korozję. Elementami konstrukcyjnymi w których znajduje zastosowanie powłoki według wynalazku są w szczególności popychacze rolkowe, wałki rozrządu czy pompy wtryskowe.

Przykład wykonania

Wytwarzanie heterogenicznych kompozytowych powłok Ni-P-Al2O3 o właściwościach przeciwzużyciowych realizowano metodą chemiczną na podłożach stalowych. Proces otrzymywania powłok kompozytowych Ni-P-Al2O3 polegał na jednoczesnym nakładaniu powłoki stopowej Ni-P, stanowiącej osnowę materiału kompozytowego i zabudowywaniu przez nią cząstek AI2O3, o granulacji 2 - 4 nm, stanowiącego zbrojenie tego kompozytu. Powierzchnię podkładową stanowiły podłoża ze stali C45 i 100Cr6. Powierzchnie materiałów podkładowych przygotowano poprzez odtłuszczanie wstępne polarnym rozpuszczalnikiem organicznym oraz odtłuszczanie chemiczne.

Nanodyspersyjne cząstki tlenku glinu, zawieszone w kąpieli, grawitacyjnie współosadzały się ze stopową powłoką niklowo - fosforową. Efektywność kąpieli chemicznej wynosiła 15 um na godzinę. Udział masowy fosforu wynosił 15% masowych powłoki. Wytworzona znanym sposobem technologiczna warstwa wierzchnia zawierająca cząstki tlenku glinu o granulacji 2 - 4 nm posiada grubość rzędu 6 - 10 nm. Cząstki tlenku glinu otoczone są powłoką pierwiastków niklu i fosforu. Proces formowania, heterogenicznej przeciwzużyciowej warstwy powierzchniowej jest efektem samoorganizacji, występującej w układzie podczas tworzenia tych warstw w wyniku oddziaływań energii wewnętrznej składowych kąpieli, biorącej udział w tworzeniu powłoki.

Figura 1 przedstawia obraz struktury geometrycznej powierzchni warstwy Ni-P-Al2O3 z analizą przekroju wzdłuż linii skanowania, fig. 2 - topografię powierzchni kompozytowej warstwy Ni-P-AI2O3

PL 202 435 B1 z analizą skł adu chemicznego, a fig. 3 - widok przekroju poprzecznego kompozytowej warstwy Ni-P-Al2O3 oraz liniowy rozkład pierwiastków Al, P, Ni i Fe w warstwie.

Uzyskana warstwa wierzchnia odznacza się następującymi właściwościami:

• dużą równomiernoś cią pokrycia i rozmieszczenia w warstwie tlenku glinu;

• dobrymi właściwościami przeciwzużyciowymi, około dwukrotnie w stosunku do podstawowej powłoki NiP;

• dobrymi właściwościami przeciwtarciowymi: współczynnik tarcia w skali makro μ = 0,16, twardość 680 HV0,02 oraz twardość w skali nano μ = 0,006;

• dobrymi właś ciwościami antykorozyjnymi • małą chropowatoś cią powierzchni, • dobrą przyczepnością do podłoża.

Pomimo porównywalnej wartości współczynnika tarcia, w skali makro, warstw znanych oraz warstwy według wynalazku, warstwa według wynalazku posiada około dwukrotnie podwyższoną odporność na zużycie.

Claims (1)

1. Technologiczna warstwa wierzchnia o właściwościach przeciwzużyciowych zawierająca pierwiastki niklu i fosforu oraz cząstki tlenku glinu, znamienna tym, że cząstki tlenku glinu posiadają granulację 2 - 4 nm i stanowią od 0,1 do 20% masy napełniacza.