[go: up one dir, main page]

RU2513496C2 - Chromium-based wearproof metal coating and method of its application - Google Patents

Chromium-based wearproof metal coating and method of its application Download PDF

Info

Publication number
RU2513496C2
RU2513496C2 RU2012122543/02A RU2012122543A RU2513496C2 RU 2513496 C2 RU2513496 C2 RU 2513496C2 RU 2012122543/02 A RU2012122543/02 A RU 2012122543/02A RU 2012122543 A RU2012122543 A RU 2012122543A RU 2513496 C2 RU2513496 C2 RU 2513496C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
chromium
tin
coatings
carbon
layers
Prior art date
Application number
RU2012122543/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012122543A (en
Inventor
Александр Иванович Костылев
Юрий Германович Покровский
Борис Давидович Брыскин
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина"
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 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение "Радиевый институт имени В.Г. Хлопина"
Priority to RU2012122543/02A priority Critical patent/RU2513496C2/en
Publication of RU2012122543A publication Critical patent/RU2012122543A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2513496C2 publication Critical patent/RU2513496C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Chemical Vapour Deposition (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to obtaining coatings by method of chemical sedimentation from gas phase, namely to obtaining protective coatings from chromium and its alloys. Method of application of chromium-based wearproof metal coating includes supply of steam-gas mixture, which contains bis-arene compound of chromium and volatile compound of tin to the surface of heated product in vacuum, as volatile compound of tin applied is 0.1-1.0% tin tetrachloride, and process is carried out at temperature of heated product from 350 to 400 °C. Wearproof chromium-based metal coating contains modifying tin additive, has multi-layer structure from sequentially placed layers based on chromium with modifying tin additive, enriched and depleted of carbon. In depleted of carbon layers content of carbon is 0.5-5.0%, and in enriched with carbon layers - 6.0-12.0%.
EFFECT: increased wear stability of coatings is ensured, which makes it possible to improve tribological characteristics of engine details.
3 cl, 3 dwg, 2 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области получения металлических покрытий на основе хрома методом химического осаждения из газовой фазы (CVD - метод) и может быть использовано для повышения износостойкости и улучшения трибологических характеристик (снижения коэффициента трения) деталей двигателей, например элементов цилиндропоршневой группы.The invention relates to the field of production of chromium-based metal coatings by chemical vapor deposition (CVD method) and can be used to increase wear resistance and improve tribological characteristics (reduce friction coefficient) of engine parts, for example, piston-cylinder elements.

Известны методы нанесения защитных металлических покрытий на основе хрома с использованием бис-ареновых соединений хрома [Б.Г. Грибов, Г.А. Домрачев, Б.В. Жук и др., Осаждение пленок и покрытий разложением металлоорганических соединений. М.; Наука, 1981]. Процесс проводят путем подачи паров бис-ареновых соединений хрома к поверхности изделия при температуре 350-600°C при постоянном удалении газообразных продуктов распада из зоны осаждения. Покрытия сочетают ценные качества: высокую твердость, коррозионную стойкость и используются для защиты деталей машин от износа, химической коррозии и снижения коэффициента трения. Основная проблема при практическом применении данных покрытий - высокий уровень напряжений в покрытии, в связи с чем при определенной толщине покрытия может происходить отслаивание или растрескивание покрытия. Известно техническое решение, направленное на снижение уровня внутренних напряжений покрытий, путем применения добавок соединений галогенов и серы [US Patent 3372055, May 18, 1965]. При этом, однако, снижается содержание углерода в покрытии, что приводит к снижению коррозионной стойкости и микротвердости. Также известен метод нанесения покрытий, основанный на импульсной подаче раствора бис-аренового соединения хрома в органическом растворителе [US Patent Application 20090324822, July 19, 2007]. Его недостатком является низкая производительность и большой расход органических растворителей. Известен способ нанесения покрытия при температуре изделия 200-300°C в вакууме с использованием бис-аренового соединения хрома, которое дополнительно содержит от 1 до 15% летучего тетраалкильного соединения олова [Патент России 1453950, 16.06.1993]. Получаемые при этом покрытия содержат в своем составе от 1 до 15% олова и характеризуются высокой коррозионной стойкостью. Скорость нанесения покрытия согласно патенту может составлять при этом до 1,5 мкм/мин Данное изобретение является наиболее близким к заявляемому и выбрано нами в качестве прототипа. Недостатками покрытия является сравнительно невысокая микротвердость (10-13 ГПа) и низкая адгезия покрытия (25-30 МПа). Кроме того, в процессе используются токсичные и взрывоопасные алкильные соединения олова.Known methods for applying protective metal coatings based on chromium using bis-arene compounds of chromium [B. G. Gribov, G.A. Domrachev, B.V. Beetle et al., Precipitation of films and coatings by decomposition of organometallic compounds. M .; Science, 1981]. The process is carried out by supplying vapor of bis-arene compounds of chromium to the surface of the product at a temperature of 350-600 ° C with the constant removal of gaseous decomposition products from the deposition zone. Coatings combine valuable qualities: high hardness, corrosion resistance and are used to protect machine parts from wear, chemical corrosion and reduce friction. The main problem in the practical application of these coatings is a high level of stress in the coating, and therefore, peeling or cracking of the coating can occur at a certain coating thickness. A technical solution is known to reduce the level of internal stresses of coatings by using additives of halogen and sulfur compounds [US Patent 3372055, May 18, 1965]. However, the carbon content in the coating is reduced, which leads to a decrease in corrosion resistance and microhardness. Also known is a coating method based on a pulsed feed of a solution of a bis-arene chromium compound in an organic solvent [US Patent Application 20090324822, July 19, 2007]. Its disadvantage is low productivity and high consumption of organic solvents. A known method of coating at a product temperature of 200-300 ° C in vacuum using a bis-arene chromium compound, which additionally contains from 1 to 15% volatile tetraalkyl tin compound [Russian Patent 1453950, 06/16/1993]. The resulting coatings contain from 1 to 15% tin and are characterized by high corrosion resistance. The speed of the coating according to the patent can be up to 1.5 μm / min. This invention is the closest to the claimed and we have chosen as a prototype. The disadvantages of the coating is a relatively low microhardness (10-13 GPa) and low adhesion of the coating (25-30 MPa). In addition, toxic and explosive tin alkyl compounds are used in the process.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, и, прежде всего, повышение адгезии и микротвердости покрытия при сохранении низкого уровня внутренних напряжений.The objective of the present invention is to remedy these disadvantages, and, above all, to increase the adhesion and microhardness of the coating while maintaining a low level of internal stresses.

Техническим результатом изобретения является повышение качества покрытий за счет увеличения их износостойкости.The technical result of the invention is to improve the quality of coatings by increasing their wear resistance.

Технический результат достигается тем, что в известном способе нанесения износостойкого металлического покрытия на основе хрома, включающем подачу парогазовой смеси, содержащей бис-ареновое соединение хрома и летучее соединение олова, к поверхности нагретого изделия в вакууме, парогазовая смесь в качестве летучего соединения олова содержит тетрахлорид олова с содержанием его в смеси 0,1-1,0%, причем процесс проводят при температуре нагретого изделия от 350° до 400°C.The technical result is achieved by the fact that in the known method of applying a wear-resistant chromium-based metal coating, comprising supplying a vapor-gas mixture containing a bis-arene chromium compound and a volatile tin compound to the surface of a heated product in vacuum, the gas-vapor mixture contains tin tetrachloride as a volatile compound with its content in the mixture of 0.1-1.0%, and the process is carried out at a temperature of the heated product from 350 ° to 400 ° C.

Покрытие, образующееся в этих условиях, имеет многослойную структуру, состоящую из последовательных слоев на основе хрома с модифицирующей добавкой олова, причем содержание углерода составляет 0,5-5% в обедненных углеродом слоях и 6,0-12,0% в обогащенных углеродом слоях. Толщина последовательных слоев составляет от 0,05 до 1,5 мкм.The coating formed under these conditions has a multilayer structure consisting of successive chromium-based layers with tin modifying additive, with a carbon content of 0.5-5% in carbon-depleted layers and 6.0-12.0% in carbon-enriched layers . The thickness of successive layers is from 0.05 to 1.5 microns.

В качестве бис-аренового соединения хрома используют соединения хрома общей формулы: {[C6H6-x(CnH2n+1)x][C6H6-y(CmH2m+1)y]}Cr, где x, y=0, 1, 2, а n, m=1, 2, 3 или их смеси, которые могут быть синтезированы известными способами [Брауэр Г. (ред.) Руководство по неорганическому синтезу. Том 5. М.: Мир, 1985. 360 с.] или аналогичный технический продукт «Бархос» [ТУ 6-01-1149-78, ТУ 2436-020-52470175-2003].As a bis-arene chromium compound, chromium compounds of the general formula are used: {[C 6 H 6-x (CnH 2 n +1 ) x ] [C 6 H 6-y (C m H 2 m +1 ) y ]} Cr , where x, y = 0, 1, 2, and n, m = 1, 2, 3 or their mixtures, which can be synthesized by known methods [Brauer G. (ed.) Guide to inorganic synthesis. Volume 5. M .: Mir, 1985. 360 pp.] Or a similar technical product “Barchos” [TU 6-01-1149-78, TU 2436-020-52470175-2003].

Парогазовую смесь готовят растворением при комнатной температуре безводного хлорида олова с химической чистотой не менее 95% в бис-ареновом соединении хрома в требуемом соотношении и последующем испарении полученной смеси путем ее подачи в испаритель, нагретый до температуры 150-250°C.A gas-vapor mixture is prepared by dissolving at room temperature anhydrous tin chloride with a chemical purity of at least 95% in a bis-arene chromium compound in the required ratio and then evaporating the resulting mixture by feeding it to an evaporator heated to a temperature of 150-250 ° C.

Процесс может быть осуществлен в установке, схема которой представлена на фиг.1. На данной схеме опытно-промышленной установки указано: 1 - реакционная камера, 2 - изделия (кольца на оправке), 3 - зона осаждения, 4 - дозатор, 5 - питатель, 6 - испаритель, 7 - механический вакуумный насос, 8 - паромасляный бустерный насос, 9 - азотная ловушка, 10 - водоохлаждаемая ловушка, 11, 12 -емкости для слива органических отходов, 13 - электропривод. Основным рабочим узлом установки является реакционная камера 1 горизонтального типа. Процесс осаждения покрытия осуществляется следующим образом. Покрываемые изделия крепят в держателе 2. Камеру закрывают и вакуумируют. Включают нагрев и прогревают изделие до рабочей температуры. Включают электропривод 13 и проводят изделия через зону осаждения во вращательном и поступательном движении. Одновременно начинают подачу рабочей смеси бис-аренового соединения хрома и тетрахлорида олова из дозатора 4 в испаритель 6, располагаемый над изделиями. Парогазовая смесь из испарителя 6 поступает к поверхности изделий и разлагается с образованием твердой фазы покрытия и газообразных продуктов реакции. Газообразные продукты удаляются из камеры с помощью вакуумных насосов 7 и 8. Контроль вакуума в камере осуществляют с помощью вакуумметра ВТ-3, температура нагрева контролируется термопарным датчиком и поддерживается в заданном режиме системой управления.The process can be carried out in the installation, the diagram of which is presented in figure 1. On this scheme of the pilot plant it is indicated: 1 - reaction chamber, 2 - products (rings on the mandrel), 3 - deposition zone, 4 - dispenser, 5 - feeder, 6 - evaporator, 7 - mechanical vacuum pump, 8 - steam-oil booster a pump, 9 - a nitrogen trap, 10 - a water-cooled trap, 11, 12 - containers for discharging organic waste, 13 - an electric drive. The main working unit of the installation is a horizontal reaction chamber 1. The deposition process of the coating is as follows. Covered products are fixed in the holder 2. The chamber is closed and vacuum. Turn on the heating and warm the product to operating temperature. The drive 13 is turned on and the products are passed through the deposition zone in rotational and translational motion. At the same time, the supply of the working mixture of the bis-arene compound of chromium and tin tetrachloride from dispenser 4 to the evaporator 6 located above the products begins. The vapor-gas mixture from the evaporator 6 enters the surface of the products and decomposes with the formation of a solid phase of the coating and gaseous reaction products. Gaseous products are removed from the chamber using vacuum pumps 7 and 8. The vacuum in the chamber is monitored using a VT-3 vacuum gauge, the heating temperature is controlled by a thermocouple sensor and maintained in a predetermined mode by the control system.

В результате получается износостойкое металлическое покрытие на основе хрома, содержащее модифицирующую добавку олова. Полученное покрытие имеет многослойную структуру, содержащую последовательные слои, обогащенные и обедненные углеродом. Содержание углерода в последовательных слоях составляет от 0,5 до 5% в обедненных углеродом слоях и от 6 до 12% в обогащенных углеродом слоях, причем толщина последовательных слоев составляет от 0,05 до 1,5 мкм. Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Пример 1. В качестве исходного бис-аренового соединения хрома использовалась хроморганическая жидкость «Бархос» (ТУ 6-01-1149-78). Для приготовления рабочей смеси использовано четыреххлористое олово марки х.ч. Рабочая смесь готовилась растворением 2 мл (~5 г) четыреххлористого олова в 450 мл (~530 г) хроморганической жидкости «Бархос». В качестве образцов для нанесения покрытий использовали плоские имитаторы из чугуна марки СЧХН, нержавеющей стали 08ХН10Т и инструментальной стали 15X с размерами 30×20×1 мм и с чистотой поверхности в пределах Ra=0,15-l,25 мкм. Подготовка изделий к покрытию включала обезжиривание в в аммиачном растворе в ультразвуковой ванне, промывку и сушку. Высушенные изделия закрепляются в держателе (2, рисунок 1). Держатель с изделиями через шлюзовое устройство загружается в камеру металлизации. Камера вакуумируется до остаточного давления ~5 Па. Изделия в зоне нагрева нагреваются до температуры 380±5°C. Рабочая смесь хромо-органической жидкости "БАРХОС" и тетрахлорида олова (содержание в смеси - 0,94%) из специальной емкости поступает с помощью дозирующего устройства в реакционную камеру со скоростью 80±5 мл/час. Происходит ее испарение. Парогазовая смесь поступает к поверхности нагретых изделий, где происходит термическое разложение с выделением хром - углеродного покрытия. Рабочее давление - 25±10 Па. Летучие органические продукты разложения удаляются вакуумной системой, где конденсируются в охлаждаемых ловушках. Время осаждения - 15 минут. Для прекращения процесса выключают нагрев и после охлаждения камеры производят выгрузку. Гравиметрическим методом установлено, что толщина покрытия составила 20±2 мкм. Скорость нанесения покрытия составила примерно 1,3 мкм/мин.The result is a wear-resistant chromium-based metal coating containing a tin modifying additive. The resulting coating has a multilayer structure containing successive layers enriched and depleted in carbon. The carbon content in successive layers is from 0.5 to 5% in carbon depleted layers and from 6 to 12% in carbon-rich layers, and the thickness of successive layers is from 0.05 to 1.5 μm. The invention is illustrated by the following examples. Example 1. As an initial bis-arene compound of chromium, the Barchos organochromic liquid was used (TU 6-01-1149-78). For the preparation of the working mixture used tin tetrachloride brand h.ch. The working mixture was prepared by dissolving 2 ml (~ 5 g) of tin tetrachloride in 450 ml (~ 530 g) of Barchos organochromic liquid. As simulators for coating, we used flat simulators made of cast iron of the СЧХН brand, 08ХН10Т stainless steel, and 15X tool steel with dimensions of 30 × 20 × 1 mm and with surface cleanliness in the range Ra = 0.15-l, 25 μm. Preparation of the products for coating included degreasing in an ammonia solution in an ultrasonic bath, washing and drying. Dried items are fixed in the holder (2, Figure 1). The holder with products through a lock device is loaded into the metallization chamber. The chamber is evacuated to a residual pressure of ~ 5 Pa. Products in the heating zone are heated to a temperature of 380 ± 5 ° C. The working mixture of chromium-organic liquid “BARCHOS” and tin tetrachloride (the content in the mixture is 0.94%) from a special container enters the reaction chamber with a dosing device at a rate of 80 ± 5 ml / hour. It evaporates. The gas-vapor mixture enters the surface of the heated products, where thermal decomposition occurs with the release of chromium-carbon coating. Working pressure is 25 ± 10 Pa. Volatile organic decomposition products are removed by a vacuum system where they condense in refrigerated traps. Precipitation time is 15 minutes. To stop the process, turn off the heating and after cooling the chamber produce unloading. The gravimetric method found that the coating thickness was 20 ± 2 μm. The coating rate was about 1.3 μm / min.

Полученные покрытия имеют зеркальный металлический вид, являются «рентгеноаморфными» и на металлографических шлифах (без травления) показывают горизонтально-слоистую структуру. Слои располагаются параллельно подложке. Типичная морфология поверхности и микроструктура покрытия представлены на фигуре 2. Рельеф поверхности покрытия - куполообразный, гладкий, с отдельными сфероидальными глобулами. На поперечных шлифах оптически различаются два типа слоев: белые и темные. Максимальной толщиной обладают светлые слои, а темные слои представляют собой более тонкие прослойки. Послойный анализ (электронно-зондовый микроанализатору КАМЕБАКС) содержания хрома в слоях показал, что в белых слоях содержание углерода составляет от 0,5 до 5%, в темных слоях - от 6 до 12%.The resulting coatings have a mirror metallic appearance, are “X-ray amorphous” and show horizontally layered structure on metallographic thin sections (without etching). The layers are parallel to the substrate. Typical surface morphology and microstructure of the coating are presented in figure 2. The relief of the coating surface is domed, smooth, with individual spheroidal globules. On transverse sections, two types of layers are optically distinguished: white and dark. Light layers have maximum thickness, while dark layers are thinner layers. Layer-by-layer analysis (KAMEBAX electron probe microanalyzer) of the chromium content in the layers showed that in the white layers the carbon content is from 0.5 to 5%, in the dark layers from 6 to 12%.

Микротвердость ПКХП на чугунной подложке составляла 16,5±2 ГПа (Микротвердомер ПМТ-3, нагрузка 50 г). Исследования по определению адгезии покрытий проведены методом нормального отрыва. Полученные данные представлены в таблице 1.The microhardness of PCCP on a cast iron substrate was 16.5 ± 2 GPa (PMT-3 microhardness tester, load 50 g). Studies to determine the adhesion of coatings were carried out by the normal separation method. The data obtained are presented in table 1.

Таблица 1.Table 1. Результаты определения адгезии методом нормального отрыва.The results of determination of adhesion by the method of normal separation. Материал подложкиBacking material Толщина ПКХП, мкмPCHP thickness, microns Адгезия ПКХП, МПаAdhesion PKHP, MPa Характер разрушенияNature of destruction Чугун СЧНХCast iron 12±212 ± 2 Более 100More than 100 Отрыв по клеевому соединениюAdhesive Tear Сталь 15ХSteel 15X 12±212 ± 2 Более 100More than 100 Отрыв по клеевому соединениюAdhesive Tear Нержавеющая сталь 08ХН10ТStainless steel 08XH10T 20±220 ± 2 80-10080-100 Отрыв покрытияTear Off Кварцевая пластина(диск)50 ммQuartz plate (disk) 50 mm 15±215 ± 2 80-10080-100 Отрыв покрытияTear Off

Пример 2. Рабочая смесь готовилась растворением 5 мл (~12 г) четыреххлористого олова в 2 л (~2,3 кг) хроморганической жидкости «Бархос». В качестве образцов изделий использовались компрессионные и маслосъемные кольца к тепловозным двигателям 10Д100 диаметром 215 мм (Д100.04-018; Д100.04-016-2; Д100.04-017-2). Одновременно с поршневыми кольцами хромировали цилиндрические имитаторы из материала колец (чугун СЧХН) с размерами: диаметр 12 мм, длина 45 мм. Подготовка изделий к покрытию включала обезжиривание в в аммиачном растворе в ультразвуковой ванне, промывку и сушку. Условия осаждения покрытия:Example 2. The working mixture was prepared by dissolving 5 ml (~ 12 g) of tin tetrachloride in 2 l (~ 2.3 kg) of the Barchos organochromic liquid. Compression and oil scraper rings for 10D100 diesel engines with a diameter of 215 mm (D100.04-018; D100.04-016-2; D100.04-017-2) were used as product samples. Simultaneously with the piston rings, cylindrical imitators made of ring material (cast iron SCHHN) were chrome plated with dimensions: diameter 12 mm, length 45 mm. Preparation of the products for coating included degreasing in an ammonia solution in an ultrasonic bath, washing and drying. Coating Deposition Conditions:

- предварительное разрежение (давление в реакционной камере), Па - 1-5;- preliminary rarefaction (pressure in the reaction chamber), Pa - 1-5;

- температура изделий в зоне нагрева,°C-375±5;- temperature of products in the heating zone, ° C-375 ± 5;

- температура изделий в зоне осаждения, конечная,°C-350±5;- temperature of products in the deposition zone, final, ° C-350 ± 5;

- рабочее давление. Па - 50±10;- operating pressure. Pa - 50 ± 10;

- скорость подачи МОС «Бархос», мл/час - 50±5;- feed rate of the MOS "Barhos", ml / hour - 50 ± 5;

- время осаждения, мин - 10.- deposition time, min - 10.

В указанных условиях на изделиях были получены покрытия толщиной 5±0,5 мкм. Рельеф поверхности гладкий. Покрытия имели матово-зеркальный вид с отдельными светло-золотистыми областями на торцевой поверхности колец. При этом средняя скорость роста покрытия составила ~0,50-0,6 мкм/мин.Under these conditions, coatings with a thickness of 5 ± 0.5 μm were obtained on the products. The surface relief is smooth. The coatings had a matte-mirror appearance with separate light golden areas on the end surface of the rings. The average coating growth rate was ~ 0.50-0.6 μm / min.

Микротвердость покрытий на чугунных имитаторах составляла 14-16 ГПа.The microhardness of the coatings on cast iron simulators was 14–16 GPa.

Внешний вид изделий с покрытием представлен на фигуре 3.The appearance of the coated products is shown in figure 3.

Трибологические исследования фрикционных свойств покрытий проведены на машине трения СМТ-1 с нагрузкой 2 МПа при скорости скольжения 1-6 м/с. Коэффициент трения скольжения покрытий в паре с чугуном СЧХНМД (подготовка -шлифование) составил 0,04-0,06.Tribological studies of the frictional properties of the coatings were carried out on an SMT-1 friction machine with a load of 2 MPa at a sliding speed of 1-6 m / s. Coefficient of sliding friction of coatings paired with cast iron SCHHNMD (preparation-grinding) was 0.04-0.06.

Конкретные режимы процесса и некоторые достигаемые результаты представлены в таблице 2.Specific process conditions and some achieved results are presented in table 2.

Из приведенных данных следует, что уменьшение содержания тетрахлорида олова в рабочей смеси ниже заявленного предела (0,1%) сопровождается резким падением скорости процесса (см. строка 4 и 6 таблицы 2). Увеличение его концентрации выше 1% приводит к снижению микротвердости покрытий (см. строка 7 таблицы 2). Проведение процесса при температуре изделия выше 400°C приводит к резкому снижению адгезии: покрытие растрескивается и отслаивается при незначительном отрывающем усилии (см. строка 8 таблицы 2). Получаемые согласно изобретению покрытия имеют высокую механическую прочность и значительную микротвердость (14-18 ГПа вместо 10-13 ГПа по прототипу). Адгезия покрытий составляет величину более 100 МПА вместо 25-30 по прототипу. Получаемые покрытия имеют высокую коррозионную стойкость: скорость их растворения в 12 н соляной кислоте не превышает 0,003 мг/см2·ч, а в 12 н серной кислоте - менее 0,001 мг/см2·ч. По этим характеристикам покрытия не уступают характеристикам покрытия по прототипу.From the above data it follows that a decrease in the content of tin tetrachloride in the working mixture below the declared limit (0.1%) is accompanied by a sharp drop in the process speed (see lines 4 and 6 of table 2). An increase in its concentration above 1% leads to a decrease in the microhardness of the coatings (see row 7 of table 2). Carrying out the process at a product temperature above 400 ° C leads to a sharp decrease in adhesion: the coating cracks and peels off with a slight tearing force (see line 8 of table 2). Obtained according to the invention, the coatings have high mechanical strength and significant microhardness (14-18 GPa instead of 10-13 GPa according to the prototype). The adhesion of the coatings is more than 100 MPA instead of 25-30 for the prototype. The resulting coatings have high corrosion resistance: their dissolution rate in 12 N hydrochloric acid does not exceed 0.003 mg / cm 2 · h, and in 12 N sulfuric acid less than 0.001 mg / cm 2 · h. According to these characteristics of the coating are not inferior to the characteristics of the coating of the prototype.

Покрытия, полученные согласно данного изобретения, не обнаруживают отслоения и растрескивания, в том числе, и в условиях термоудара, трения и абразивного износа.The coatings obtained according to this invention do not exhibit peeling and cracking, including under conditions of thermal shock, friction and abrasive wear.

Таким образом, полученные многослойные хром - углеродные покрытия согласно данного изобретения обладают преимуществами в сравнении с покрытиями по прототипу и другими известными техническим решениями по комплексу эксплуатационных характеристик: микротвердости, механической прочности, адгезии и коэффициенту трения. Поэтому они могут успешно использоваться в различных областях машиностроения, прежде всего, для повышения износостойкости и снижения затрат на трения в двигателях. Простота и экономичность технологического процесса свидетельствует о технико-экономических преимуществах предлагаемой парогазовой смеси по сравнению с известными решениями той же задачи.Thus, the obtained multilayer chromium-carbon coatings according to this invention have advantages in comparison with coatings of the prototype and other known technical solutions for a range of operational characteristics: microhardness, mechanical strength, adhesion and friction coefficient. Therefore, they can be successfully used in various fields of engineering, primarily to increase wear resistance and reduce the cost of friction in engines. The simplicity and efficiency of the process indicates the technical and economic advantages of the proposed gas mixture in comparison with the known solutions of the same problem.

Примеры выполненияExecution examples

№№ п/п№№ Условия проведения процессаProcess conditions Свойства покрытийCoating Properties Материал изделияProduct Material Температура изделия,°CProduct temperature, ° C Давление в системе при осаждении, ПаSystem pressure during deposition, Pa Бис-ареновое соединение хромаChrome bis arene compound Содержание тетрахлорида олова, %The content of tin tetrachloride,% Скорость подачи смеси, мл/чThe feed rate of the mixture, ml / h Продолжительность осаждения, минThe duration of deposition, min Толщина, мкмThickness, microns Микротвердость, ГПаMicrohardness, GPa Адгезия, МПаAdhesion, MPa Содержание олова, %The content of tin,% Содержание углерода в обогащ./обе днен. слое, %Carbon content in enrichment / both days. layer,% 1one Пример 1, вышеExample 1 above 380380 2525 «Бархос»Barhos 0,940.94 8080 15fifteen 20twenty 16,516.5 80-10080-100 0,70.7 2/102/10 22 Пример 2, вышеExample 2 above 375375 50fifty «Бархос»Barhos 0,520.52 50fifty 1010 55 14-1614-16 00 0,30.3 4/104/10 33 Сталь 15ХSteel 15X 320320 50fifty (C2H5-C6H5)2Cr(C 2 H 5 -C 6 H 5 ) 2 Cr 1,01,0 6060 20twenty ~0,05~ 0.05 -- -- -- -- 4four Чугун СЧХНCast iron 350350 50fifty -«-- "- 0,060.06 5555 15fifteen ~0,5~ 0.5 -- -- -- -- 55 Нерж. Сталь 08Х10ТStainless Steel 08X10T 350350 2525 «Бархос»Barhos 55 7575 55 1010 1010 30thirty ~3~ 3 0,5/50,5 / 5 66 Чугун СЧХНCast iron 380380 2525 -«-- "- 0,060.06 6060 20twenty ~0,5~ 0.5 -- -- -- -- 77 Нерж. Сталь 08ХН10ТStainless Steel 08XH10T 380380 50fifty -«-- "- 1,51,5 50fifty 1010 15fifteen 1313 50fifty 1one 1/81/8 88 Сталь 15ХSteel 15X 450450 50fifty -«-- "- 0,50.5 5555 55 1010 20twenty <5<5 0,20.2 2/122/12 99 Чугун СЧХНCast iron 400400 50fifty -«-- "- 0,50.5 9090 55 1717 18eighteen >> 0,30.3 5/125/12 1010 Чугун СЧХНCast iron 320320 50fifty -«-- "- 0,90.9 5555 1010 ~1~ 1 -- -- -- -- 11eleven Чугун СЧХНCast iron 390390 50fifty -«-- "- 0,70.7 6060 1010 1212 18eighteen >100> 100 0,50.5 2/102/10

Claims (3)

1. Способ нанесения износостойкого металлического покрытия на основе хрома, включающий подачу парогазовой смеси, содержащей бис-ареновое соединение хрома и летучее соединение олова к поверхности нагретого изделия в вакууме, отличающийся тем, что в качестве летучего соединения олова используют тетрахлорид олова с содержанием его в смеси 0,1-1,0%, причем процесс проводят при температуре нагретого изделия от 350 до 400°С.1. The method of applying a wear-resistant chromium-based metal coating, comprising supplying a vapor-gas mixture containing a bis-arene chromium compound and a volatile tin compound to the surface of a heated product in a vacuum, characterized in that tin tetrachloride with its content in the mixture is used as a volatile tin compound 0.1-1.0%, and the process is carried out at a temperature of the heated product from 350 to 400 ° C. 2. Износостойкое металлическое покрытие на основе хрома, содержащее модифицирующую добавку олова, отличающееся тем, что оно нанесено способом по п.1 и имеет многослойную структуру из последовательно расположенных слоев на основе хрома с модифицирующей добавкой олова, обогащенных и обедненных углеродом, причем в обедненных слоях содержится 0,5-5,0% углерода, а в обогащенных слоях - 6,0-12,0%.2. A wear-resistant chromium-based metal coating containing a tin modifying additive, characterized in that it is deposited by the method according to claim 1 and has a multilayer structure of successive layers based on chromium with a tin modifying additive, enriched and depleted in carbon, and in depleted layers contains 0.5-5.0% carbon, and in the enriched layers - 6.0-12.0%. 3. Износостойкое металлическое покрытие по п.2, отличающееся тем, что толщина последовательных слоев составляет от 0,05 до 1,5 мкм. 3. The wear-resistant metal coating according to claim 2, characterized in that the thickness of the successive layers is from 0.05 to 1.5 microns.
RU2012122543/02A 2012-05-31 2012-05-31 Chromium-based wearproof metal coating and method of its application RU2513496C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012122543/02A RU2513496C2 (en) 2012-05-31 2012-05-31 Chromium-based wearproof metal coating and method of its application

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012122543/02A RU2513496C2 (en) 2012-05-31 2012-05-31 Chromium-based wearproof metal coating and method of its application

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012122543A RU2012122543A (en) 2013-12-10
RU2513496C2 true RU2513496C2 (en) 2014-04-20

Family

ID=49682676

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012122543/02A RU2513496C2 (en) 2012-05-31 2012-05-31 Chromium-based wearproof metal coating and method of its application

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2513496C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2699126C1 (en) * 2015-12-18 2019-09-03 Коммиссариа А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив Method of coating deposition using dli-mocvd with repeated use of precursor compound

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1759958A1 (en) * 1990-04-19 1992-09-07 Дзержинский филиал Ленинградского научно-исследовательского и конструкторского института химического машиностроения Pyrolytic method of depositing chromium carbide coat on metal surfaces
SU1453950A1 (en) * 1987-01-07 1994-06-30 А.И. Костылев Steam-gaseous mixture for pyrolytic application of protective coatings made of on the chrome-base
RU2212283C2 (en) * 2000-01-28 2003-09-20 СК Корпорейшн Method of coating inner walls of reactor tubes in hydrocarbon pyrolysis reactor
US7513961B2 (en) * 2000-11-02 2009-04-07 Holzl Robert A High strength alloys and methods for making same
EP1466035B1 (en) * 2002-01-18 2009-12-16 Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Method for depositing inorganic/organic films

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1453950A1 (en) * 1987-01-07 1994-06-30 А.И. Костылев Steam-gaseous mixture for pyrolytic application of protective coatings made of on the chrome-base
SU1759958A1 (en) * 1990-04-19 1992-09-07 Дзержинский филиал Ленинградского научно-исследовательского и конструкторского института химического машиностроения Pyrolytic method of depositing chromium carbide coat on metal surfaces
RU2212283C2 (en) * 2000-01-28 2003-09-20 СК Корпорейшн Method of coating inner walls of reactor tubes in hydrocarbon pyrolysis reactor
US7513961B2 (en) * 2000-11-02 2009-04-07 Holzl Robert A High strength alloys and methods for making same
EP1466035B1 (en) * 2002-01-18 2009-12-16 Nederlandse Organisatie voor toegepast-natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO Method for depositing inorganic/organic films

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2699126C1 (en) * 2015-12-18 2019-09-03 Коммиссариа А Л'Энержи Атомик Э Оз Энержи Альтернатив Method of coating deposition using dli-mocvd with repeated use of precursor compound
US11142822B2 (en) 2015-12-18 2021-10-12 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Method for depositing a coating by DLI-MOCVD with direct recycling of the precursor compound

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012122543A (en) 2013-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8431190B2 (en) Method for depositing hard metallic coatings
FR2493348A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR PHYSICAL VAPOR DEPOSITION OF HARD COATING PRODUCTS, IN PARTICULAR FOR TOOLS
US11142822B2 (en) Method for depositing a coating by DLI-MOCVD with direct recycling of the precursor compound
Murakawa et al. Chemical vapour deposition of a diamond coating onto a tungsten carbide tool using ethanol
Ozgit-Akgun et al. Fabrication of flexible polymer–GaN core–shell nanofibers by the combination of electrospinning and hollow cathode plasma-assisted atomic layer deposition
RU2513496C2 (en) Chromium-based wearproof metal coating and method of its application
Ning et al. Structure and properties of different elements doped diamond-like carbon on micro-arc oxidation coated AZ31B Mg alloy
Xue et al. Microstructure evolution of a Zn-Al coating co-deposited on low-carbon steel by pack cementation
Wang et al. Effects of nitrogen gas ratio on magnetron sputtering deposited boron nitride films
US20050064211A1 (en) Metallization of substrate(s) by a liquid/vapor deposition process
Taktak et al. Effect of N2+ H2 gas mixtures in plasma nitriding on tribological properties of duplex surface treated steels
RU2437963C1 (en) Procedure for application of nano-composite coating on surface of steel item
Veselovsky et al. Determination of parts tolerances in friction knots of grey and nodular cast iron with thermal diffusion platings vanadium and chrome
Klimek et al. Duplex-PACVD coating of surfaces for die casting tools
JPH04224683A (en) Method for optimizing corrosion resistance of coated substrate
RU2428516C2 (en) Procedure for production of nano structured gradient oxide coating of catalytic material by method of magnetron sputtering
Kostylev et al. Advanced Chromium Carbide Coatings on Piston Rings by CVD: A Highly Adaptable new method with relatively low cost
RU97731U1 (en) COMPOSITE COATING FOR PROTECTING THE SURFACE OF STEEL PRODUCTS FROM WEAR
RU188450U1 (en) Steel product with composite wear-resistant coating
Wang et al. The tribological behaviors between fullerene-like hydrogenated carbon films produced on Si substrates, steel and Si3N4 balls
CN106566591B (en) Method for preparing solid lubricating film by gas-phase in-situ polymerization
JP5825169B2 (en) Method for producing cobalt-containing thin film
Li et al. Competitive graphitization and diamond growth on hot-dip aluminized carbon steel substrate
RU2249633C1 (en) Chrome-carbide coating manufacture method
RU2169793C1 (en) Method of application of protective coat on external surfaces of long-cut metal articles

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200601