Оксид титана покрытие металла

Обновлено: 07.01.2025

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Павлова С.С., Котванова М.К., Сологубова И.А., Блинова Н.Н.

Работа посвящена способам получения наноматериалов из сложных оксидов титана и созданию на их основе защитных покрытий . Изучены химические и физико-механические характеристики покрытия, такие как химическая стойкость, адгезия, сила трения, сплошность.

Technologies for obtaining chemically resistant coatings of titanium oxide nanoparti-cles

The work is dedicated to methods for producing nano-materials of complex oxides of titanium and creation on their basis of protective coatings. The chemical and physico-mechanical properties of the coating, such as chemical resistance, adhesion, friction force, continuity.

Текст научной работы на тему «Технологии получения химически стойких покрытий из наночастиц оксида титана»

ВЕСТНИК ЮГОРСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА

_2015 г. Выпуск 3 (38). С. 7-9_

УДК 66.022.51 + 54.055

ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ХИМИЧЕСКИ СТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ ИЗ НАНОЧАСТИЦ ОКСИДА ТИТАНА

С. С. Павлова, М. К. Котванова, И. А. Сологубова, Н. Н. Блинова

Стремительное развитие современной техники требует повышения физико-механических и эксплуатационных свойств материалов. При увеличении количества легирующих элементов физико-механические характеристики, такие как прочность, твердость, износостойкость возрастают, но вероятность хрупкого разрушения так же увеличивается. В настоящее время, это объясняет все возрастающий интерес к покрытиям. Современные технологии получения покрытий имеют ряд ограничений, поэтому всегда актуальной является задача разработки новых энергосберегающих, простых способов получения покрытий.

Перспективными веществами в качестве защитных покрытий являются сложные оксиды d-элементов, обладающие высокой химической устойчивостью к агрессивным средам [1]. Использование наноразмерных частиц позволяет сократить расход веществ при получении покрытия, а также позволяет сохранить химические и эксплуатационные свойства покрытия.

В качестве сложных оксидов d-элементов были выбраны оксиды титана вида KxTiO2, которые так же имеют название оксидные калий титановые бронзы.

Наночастицы калий титановых бронз получали двумя методами: механосинтезом (МС) и самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВ-синтез).

МА проводили в планетарной мельнице АГО-3, с числом оборотов барабана - 1780 в минуту. В качестве измельчающих тел использовали стальные шарики, диаметром 8 мм. Соотношение реакционная смесь: мелющие тела = 10:220 по массе. Состав реакционной смеси рассчитывали по уравнению TiO2+xKI = KxTiO2+x/2I2. Время синтеза составило 400 с. Продукт синтеза очищали концентрированной азотной кислотой от примеси железа, которое попадает в реакционную смесь с поверхности мелющих тел.

В основу СВ-синтеза была положена следующая реакция: xKI + 0.5Ti02 + 0.5Ti + CuO = KxTi02 + x/2I2 + Cu, так как смесь йодида калия с оксидом титана является эндотермичной, в систему вводили экзотермическую смесь - оксид меди (II) и металлический титан. Формировали таблетку, в качестве связующего использовали этанол, инициацию синтеза проводили с помощью газовой горелки в токе инертного газа. Продукт очищали концентрированной азотной кислотой от выделяющейся в ходе реакции металлической меди.

Данными методами получены продукты темно-синего цвета с металлическим блеском.

Идентификацию продуктов проводили методом рентгенофазового анализа на дифракто-метре фирмы Philips с монохроматическим Cu-Ka-излучением. Рентгенограммы полученных веществ представлены на рисунке 1.

Данные рентгенограммы соответствуют сложному оксиду состава K006TiO2. В смеси, полученной СВ-синтезом, присутствует примесь металлической меди, методом МС - диоксида титана.

Размеры частиц определяли по электронным фотографиям. Микрофотографию частиц, полученных методом СВ-синтеза получали на микроскопе Zeiss Axiovert 200 MAT, на СЭМ на электронном микроскопе «VEGA II LMU» фирмы «TESCAN» (программный комплекс «Vega TC») изображение частиц МС (рисунок 2).

Материалы, полученные СВ-синтезом и МС, имеют размеры частиц в пределах 60 нм.

Химическую инертность полученных материалов оценивали по действию на них концентрированных кислот. В таблице 1 приведены результаты исследования.

Сложные оксиды титана имеют очень низкую степень адгезии к металлу. Для повышения адгезии готовили водно-силикатную суспензию в соотношении H20:Na2SiO3:K006TiO2=1:0,1:0,1.

Полученную суспензию наносили ровным слоем на металлическую подложку и высушивали в течение суток, затем подвергали термической обработке при температуре 1000-1200°С.

Рисунок 1 - Рентгенограммы продуктов синтеза сложных оксидов титана: а - СВ-синтез; б - МС.

Рисунок 2 - Микрофотографии наноматериалов на основе К006ТЮ2: а - МС; б - СВ-синтез.

Визуальный эффект после воздействия реагента в течение 168 часов*

Реагент К0.0бТЮ2 (СВ-синтез) К0.06ТЮ2 (МС) ТЮ2

H2SO4, р= 1.83 г/см3 Изменений нет Изменений нет Полное растворение

HNO3, р= 1.48 г/см3 Изменений нет Изменений нет Частичное растворение

HCl, р= 1.19 г/см3 Изменений нет Изменений нет Частичное растворение

* - данные приведены на 0,1 г вещества

Изображение поверхности покрытия снимали на сканирующем зондовом микроскопе КАКОЕБИСАТОЯ фирмы Ж-МБТ (рисунок 3).

Рисунок 3 - Рельеф поверхности защитного покрытия

Из полученных данных видно, что покрытие получается сплошным и равномерным. Химическую стойкость полученных покрытий оценивали по скорости коррозии образцов. Результаты представлены в таблице 2.

Химические свойства исследуемых образцов

Реакционная среда Скорость коррозии образца, г/мин

Без покрытия С покрытием

HNO3, р=1,48 г/см3 0,037 0,015

H2SO4, р=1,83 г/см3 0,044 0,018

HCl, р=1,19 г/см3 0,236 0,113

Полученное защитное покрытие подвергали испытаниям на адгезию методом отрыва о=120 Н/м2; отслаивание покрытия происходит при изгибе металлической подложки на 20°. Также проводили определение силы трения покоя Етр=0,70 Н (для покрытия) и = 0,38 Н (для подложки); силы трения скольжения Бтр=0,59 Н (для покрытия) и Бтр = 0,32 Н (для подложки).

Предложенная технология позволяет получить качественное защитное покрытие на металле. Данная технология проста в исполнении, не требует дорогостоящего оборудования.

1. Коррозионная стойкость оксидных щелочных бронз вольфрама, молибдена в растворах сильных электролитов.

Покрытия TiN, ZrN, TiCN, TiC, CrN, AlTiN, ZrAlN, ZrCN, TiO.

Наша компания оказывает услуги по нанесению упрочняющих покрытий на различные материалы с использованием вакуумного оборудования ионно-плазменного напыления. В производстве мы используем одни из самых современных вакуумных методов получения высокотехнологичных тонких плёнок для покрытия микро-нано-электроники, зубных протезов, режущего инструмента.

TiN — Нитрид титана – Золотой цвет;
ZrN — Нитрид циркония – Белое золото;
TiCN — Карбо нитрид титана – Серо-голубой цвет;
TiC — Карбид титана – Светло-серый цвет;
CrN — Нитрид хрома – Тёмно-серый цвет;
AlTiN — Нитрид титана алюминия – Фиолетовый тёмный цвет (ближе к черному);
ZrAlN — Нитрид циркония алюминия — Серый цвет ;
ZrCN — Карбонитрид циркония – Бледно-золотой цвет;
TiO — Оксид титана — Бесцветный.

Нитрид титана – TiN.

Нитрид титана TiN – химическое соединение, которое получают при температуре 1200°С путем азотирования титана. Кубическая алмазоподобная структура покрытия обеспечивает ему высокую твердость, низкий коэффициент трения и оптимальную химическую стойкость. Благодаря таким качествам, TiN активно используется для упрочнения режущих инструментов, подшипников и штампов, предотвращает налипание обрабатываемого материала на инструмент.

Нержавеющая сталь после обработки нитридом титаном приобретает следующие свойства :

устойчивость к негативным внешним влияниям;
устойчивый к воздействию сильных кислот – серной и соляной;
однородность цвета, долговечность;
оптимальная отражающая способность;
инертность к высоким температурам и агрессивным веществам;
повышается твердость и тугоплавкость.

Кроме этого нитрид титана имеет золотой оттенок, что выгодно отличает покрытие от прочих. На сегодняшний день TiN – это самое похожее на золото соединение. Поэтому его часто используют в декоративных целях, когда необходимо добиться максимально натурального золотого цвета.

Если при напылении нитрида титана использовать большое содержания азота – получится медный цвет.

Нитрид циркония — ZrN.

Нитрид циркония ZrN представляет собой бинарное соединение неорганического типа, полученное в результате симбиоза азота и металла циркония. Имеет цвет белого золота.

Покрытие не заменимо в стоматологии – напыление нитрида циркония на элементы имплантов – абатменты, зубные коронки, зубные протезы.

Нитрид циркония успешно используется для обработки крепежных элементов. В результате значительно повышается износостойкость изделия (в 3-5 раз), а также его декоративные свойства. Состав хорошо защищает металл от коррозии, повышает эксплуатационный ресурс.

керамика высокотемпературного типа;
покрытия антифракционные, декоративные или защитные;
обработка цветных металлов;
обработка пластика.

Состав обладает высокой химической стойкостью, а также оптимальным уровнем микротвердости. Нитрид циркония активно используют в качестве декоративного покрытия для аксессуаров — бижутерия и наручные часы.

Карбонитрид титана – TiCN.

Карбонитрид титана TiCN — получают практически так же, как и нитрид титана, только в качестве реакционного газа используется смесь азота с ацетиленом или пропаном, а не чистый азот. Покрытие применяется для сверл, которые подвергаются сильным термодинамическим нагрузкам, на инструменте резьбонарезного типа.

стальные трубы нержавеющие;
конструкционная, швеллерная и толстолистовая сталь;
чугунное литье;
стальной прокат;
сверление внахлест.

Карбонитрид титана TiCN — тугоплавкое соединение обладает высокими физико-механическими свойствами и имеет низкий коэффициент трения покрытия, благодаря чему обработанные инструменты могут полноценно работать в режиме фрезерования, ударном режиме, при нарезании резьбы.

Нитрид хрома – CrN.

Нитрид хрома CrN представляет собой неорганическое соединение азота и металла хрома. Покрытие обладает высокой адгезией, сопротивляемостью коррозийным процессам, высоким уровнем вязкости. CrN используется для повышения стойкости режущих инструментов и оснастки.

высокая твердость;
термостабильность;
устойчивость к воздействию кислот (в том числе и царской водки);
устойчивость к щелочной среде;
низкая изнашиваемость контртела.

Инструменты с покрытием из нитрида хрома применяются для обработки цветных металлов, пластика. CrN не поддается воздействию воды как на холоде, так и при нагревании, нитрид хрома применяется для нанесения на штампы, пресс-формы, детали машин.

Комплексный нитрид титана алюминия – AlTiN.

Нитрид титана алюминия AlTiN – универсальное высокопроизводительное покрытие, применяется для обработки режущего инструмента, повышая его износостойкость, прочность и работоспособность в несколько раз. Покрытый инструмент используется при точении, сверлении, фрезеровке, развертке.

Наиболее эффективны покрытия при обработке материалов с низким уровнем теплопроводности – никелевые сплавы, нержавеющая сталь, титановые сплавы. AlTiN оптимально подходит для сухой высокоскоростной обработки, обработки закаленных сталей.

высокая нанотвердость;
оптимальный коэффициент трения;
стойкость к окислению;
низкий коэффициент теплопроводности.

Комплексный нитрид циркония алюминия — ZrAlN.

Нитрида циркония алюминия ZrAlN используется для обработки инструментов с целью увеличить их производительность и работоспособность, защитить изделия от негативных внешних факторов, продлить срок эксплуатации.

высокий уровень микротвердости;
стойкость к окислительным процессам;
низкий коэффициент теплопроводности;
устойчивость к высоким температурам.

Покрытие из нитрида циркония алюминия используется для обработки сплавов титана, алюминия, пластика. Состав оказывает на сталь микролегирующее и модифицирующее свойство, повышая ее прочностные характеристики. Также цирконий применяется для получения высокотвердой керамики. Из такого материала изготавливаются матрицы и фильеры для экструзии металлов, головки режущего типа, детали насосов и автомобильных двигателей.

Карбид титана — TiC.

Карбид титана TiC – порошок светло-серого цвета, полученный в результате соединения металлического титана и углерода. Покрытие используется для повышения эксплуатационных характеристик целого ряда инструментов.

высокий уровень прочности;
стойкость к серной, соляной и фосфорной кислотам;
стойкость к щелочной среде;
хорошая теплопроводимость;
устойчивость к абразивному воздействию;
жаропрочность;
устойчивость к коррозийным процессам.

Обработанные карбидом титана инструменты значительно повышают свои прочностные характеристики, лучше справляются с обработкой цветных металлов и прочих материалов.

Также покрытие TiC используется для покрытия высокоскоростных буров, и при производстве деталей реактивного двигателя, и шлифовально-абразивного инструмента. Карбид титана используют не только для нанесения износостойких покрытий, но для изготовления чехлов термопар, тиглей, для футеровки печей вакуумного высокотемпературного типа.

Карбонитрид циркония – ZrCN.

Карбонитрид циркония ZrCN известен своими уникальными эксплуатационными характеристиками, активно используют для обработки цветных металлов и алюминиевых сплавов. Покрытие препятствует налипанию обрабатываемого материала к поверхности инструмента. Состав рекомендуется также для обработки стекловолокна, нейлона, большинства полимерных материалов. Применяется ZrCN для защиты от коррозии.

стойкость к абразивному износу и к коррозийным процессам;
высокий уровень твердости;
ударная вязкость;
низкий коэффициент трения;
трибологические свойства;
инертность ко многим видам кислот;

Покрытие ZrCN применяется для обработки режущих инструментов, которые предназначены для работы с цветными металлами, а также для приспособлений для полировки. Карбонитрид циркония чрезвычайно устойчив к высоким температурам.

Оксид титана – TiO. Радужное напыление «Хамелеон».

Особенностью покрытий из оксида титана TiO является цветовой эффект «хамелеона». Поэтому такие покрытия в основном применяются в качестве декоративных и защитно-декоративных для изделий из различных материалов — сталей, алюминиевых сплавов, меди, пластмасс, стекла, керамики и т.д.

Покрытия TiO имеют небольшую толщину, обладая при этом достаточно высокой износостойкостью. При обработке поверхности твердосплавных инструментов диоксидом титана можно повысить их стойкость. Кроме того, покрытия на основе оксида титана известны как обладающие высокой фотокаталитической активностью: они эффективно используют свет для ускорения химических реакций.

Покрытие карбонитрид титана

Существует множество способов придать изделиям благородный вид, блеск. Одним из них является напыление на поверхность изделий из черного и цветного металла карбонитрид титана. Этот материал является соединением углерода, азота и титана. Он применяется во многих областях современной жизни – от медицины, до космической промышленности. Спектр цветов, получаемый при покрытии довольно широк, но особой популярностью сегодня пользуется медный с розоватым оттенком (цвет свежей меди).

Наше напыление карбонитрид титана – красота и качество на долгие времена

Уникальность и прочность
Уникальные свойства титанового напыления позволяют декорировать различные изделия. Листы нержавеющей стали, покрытые тонким слоем оксид титана, имеют большой спрос на рынке. Такие изделия, изготовленные на нашем предприятии, широко применяются в строительстве, дизайне. Покрытие карбонитрид титана отличает высокая износостойкость, экологическая чистота, возможность изготовления чеканки, приемлемая цена. Несмотря на тонкий слой, покрытие имеет полувековую гарантию от коррозии и выгорания.

Мы производим напыление карбонитрид титана в широком цветовом спектре, но основным остается оттенок свежей меди (матового золота с красноватым оттенком ). Изделия из нержавеющей стали от нашей компании имеют большую область применения в строительстве, дизайне.

Прежде всего, стоит рассказать о наиболее популярных образцах продукции. Это, в первую очередь, кровли крыш коттеджей, загородных домов, купола храмов, детали внешней и внутренней рекламы. Во многих случаях они применяются в отделке стен, потолков душевых комнат.

Покрытие карбонитрид титана от нашей компании – это экологическая чистота, повышенная износостойкость, доступная цена.

Напыление карбонитрид титана на предметы из нержавеющей стали – еще один способ разнообразить и украсить привычный интерьер, придать привычным предметам новые акценты. Серая, невзрачная крыша, будет выглядеть празднично и радовать взгляд в течение многих лет, если ее покрыть листами с напылением оксида титана.

Карбонитрид титана – покрытие, несущее стиль и новый взгляд на вещи

Наше предприятие дорожит каждым заказчиком, поэтому все изделия, изготовленные нами, имеют отличное качество и долгий срок службы. Неважно, что это будет за деталь – покрытие купола, или небольшая ручка двери, ее блеск не потускнеет и через пятьдесят лет. Обращаясь к нам, любой заказчик получает изделие мирового уровня качества.

Доступная роскошь
Наша компания имеет все необходимые инструменты и станки для изготовления эксклюзивных изделий из металла. Мы предлагаем клиентам только лучшие образцы, способные стать истинным украшением их офисов, загородных домов, магазинов. За все время своего существования коллектив сделал множество дел, чтобы столица превратилась в самый прекрасный город на земле.

Качественное покрытие оксид титаном в Москве

Напыление карбонитрид титана в нашем регионе производят очень ограниченное число организаций из-за сложности процесса, дороговизны установок, и высокого профессионализма сотрудников, наше предприятие одно из ведущих в Москве и области. Мы всегда ведем честную политику по отношению к клиентам, создавая им самые комфортные условия.

Наше предприятие обладает собственными мощностями для производства, что позволяет полностью контролировать процесс изготовления. Можно многое написать в рекламе, но нельзя обмануть человека. Обращайтесь к нам, и вы увидите, что мы предлагаем только честные и прозрачные условия сотрудничества!

Читайте также: