Способ газотермического нанесения антифрикционных покрытий

 

Изобретение касается получения антифрикционных покрытий газотермическим напылением при восстановлении и упрочнении деталей, работающих в условиях трения. Целью изобретения является сокращение периода приработки и уменьшение износа покрытий в условиях ограниченной смазки. Способ формирования газотермических покрытий по изобретению включает нанесение адгезионного слоя толщиной 50-100 мкм при установке сопла аппарата на 50-100 мм от подложки, нанесение основного слоя толщиной, по крайней мере в 4 раза большей толщины адгезионного слоя, с пористостью 10-13% и напыление приработочногослоя толщиной 150-250 мкм, при этом пористость приработочного слоя составляет 16-20%. В результате при нанесении покрытий на поршневые кольца дизеля период приработки составил 2,2-2,5 ч при изменении зазора в замке кольца 0,28-0,34 мм/100 ч. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<я)я С 23 С 4/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4656798/02 (22) 28.02.89 (46) 07.12.91. Бюл. ¹ 45 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (72)-С,И.Клещев, Ю.Г,Редькин, Г,К.Сидоров и К.Р.Чайковский (53) 621.793.7 (088.8) (56) ЕП ¹ 123952, кл. С 23 С 7/00, опублик. 1984.

Патент США ¹ 4232056, кл. 427 — 37, 1980. (54) СПОСОБ ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО НАНЕСЕНИЯ АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение касается получения антифрикционных покрытий газотермическим напылением при восстановлении и упрочнеИзобретение относится к получению антифрикционных покрытий газотермическим напылением при восстановлении изношенных и упрочнении новых деталей цилиндропоршневой группы дизелей, например поршневых колец, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для нанесения покрытий на рабочие поверхности деталей, работающих в условиях трения.

Целью изобретения является сокращение периода приработки и уменьшение износа покрытия в условиях ограниченной смазки, По изобретению для формирования газотермических покрытий наносят адгезионный слой толщиной 50 — 100 мкм при установке сопла аппарата на 50-100 мм от подложки, наносят основной слой толщиной, по крайней мере в четыре раза большей

„, Ы„„1696570 А1 нии деталей, работающих в условиях трения, Целью изобретения является сокращение периода приработки и уменьшение износа покрытий в условиях ограниченной смазки, Способ формирования газотермических покрытий по изобретению включает нанесение адгезионного слоя толщиной 50-100 мкм при установке сопла аппарата на 50-100 мм от подложки, нанесение основного слоя толщиной, по крайней мере в 4 раза большей толщины адгезионного слоя, с пористостью, 10-13% и. напыление приработочного слоя толщиной 150-250 мкм, при этом пористость приработочного слоя составляет 16-20%. В результате при нанесении покрытий на поршневые кольца дизеля период прирабоТки составил 2,2 — 2,5 ч при изменении зазора в замке кольца 0,28 — 0,34 мм/100 ч. 1 табл, толщины адгезионного слоя, и на основной слой пористостью 10-13% нап ыля ют и риработочный слой толщиной 150 — 250 мкм, при этом пористость приработочного слоя дагана быть 16-20%, и все слои напыляют из стали.

Способ осуществляют следующим образом.

После дробеструйной обработки поверхности закрепляют оправку с поршневыми кольцами в патроне вращателя, Устанавливают сопло аппарата на расстоянии 50-100 мм от поверхности подложки, Напыляют адгезионный слой толщиной 50-100 мкм. 3атем устанавливают сопло на расстояние

100-250 мм и напыляют основной слой толщиной, по крайней мере в четыре раза большей толщины адгеэионного слоя, пористостью 10-13%. Пористость 10-13% обеспечивает поры достаточно большие для удержания смазки в покрытии и достаточно малые для предотвращения улавливания крупных частиц, которые могли бы вызвать сильный износ поршневого кольца и гильзы цилиндра дизеля. Увеличение пористости 5 основного слоя более 13;4 приводит к когезионным разрушениям и интенсивному износу при использовании обкаточных присадок в дизельном топливе (АЛП-4Д) и масла (ОМД-14), Уменьшение пористости 10 менее 10% при толщине слоя более 200 мкм приводит к отслоению покрытия.

Далее устанавливают сопло аппарата на определенное расстояние (да 350 мм) от поверхности подложки M I43rtbtljяют IlpNp3- f5 боточный слой толщиной 150-250 мкм, пористостью 16-20;ь, Толщина прирабаточного слоя определяется припуском на последующую механическую обработку (шлифование) 0,1 — 0,2 мм, При увеличении 20 пористости более 20% покрытие из различных применяемых материалов разрушается при установке колец в верхних канавках поршней дизеля, Уменьшение пористости менее 16;Д связано с увеличением периода 25 приработки покрытия из различных матерлалов и при значительных геометрических погрешностях внутренней поверхности втулки цилиндра (обычно 30-50 мкм) потерей работоспособности узла в целом. Рас- 30 стояние между соплом и подложкой до 350 мм обеспечивает необходимую пористость приработочного слоя.

В результате предотвращается разрушение покрытия в период приработки пор- 35 шневого кольца и втулки цилиндра, сокращается период приработки, за один и тот же период работы основного слоя зазс р в замке кольца увеличивается на меньшую величину, т,е, повышается работо- 40 способность антифрикционного покрытия поршневых колец.

Пример 1. Нанесение антифрикционных покрытий осуществляют электродуговой металлизацией уплотнительных 45 поршневых колец дизеля 1ОД100. В качестве металлизатора используют аппарат ЗМ12, источник питания "Тимез-500" (КДМ-2).

Материал кольца — высокопрочный чугун (ВЧХНМД). Для напыления используют вы- 50 соколегированную стальную проволоку марки 10Х16Н25АМ6 диаметром 2,0 мм.

Предварительно экспериментальным путем определяют: давление воздуха 0,55

МПа, расход воздуха 2,5 м /мин, рабочий 55 ток дуги 240 А, напряжение на дуге 30 8, число оборотов вращения оправки ":20 об/мин, скорость подачи проволоки 3,8 м/мин.

После обеэжиривания поршневые кольца собирают на отправки по 20 штук, протачивают канавки под покрытие. Проводят дробеструйную подготовку поверхности (расхоу воздуха 1,5 м /мин, расход дроби.

0,5 дм /мин),После дробеструйной обработки поверхность обдувак)т сжатым воздухом, Осуществляют металлизацию поршневых колец.

Устанавливают сопло аппарата на 100 мм or поверхности подложки и наносят адгезионн ый слой толщиной 100 мкм. Устанавливают сопла аппарата на 170 мм и наносят основной слой толщиной 500 мкм, пористостью 11 — 12" „4. Затем устанавливают сопло аппарата на 300 мм и напыляют приработочный слой толщиной 200 мкм и пористостью

20 о

Пример 2. Способ осуществляют аналогично примеру 1, при этом наносят основной слой пористостью 13 Я„толщиной

450 мкм при установке сопла на расстояние

190 мм и приработочный слой пористостью

18%, толщиной 250 мкм пои установке сопла на расстояние 270 мм.

Пример 3. Способ осуществляют аналогичнс примеру 1, при этом наносят адгезионный слой тол циной 50 мкм, основной слой пористостью 10%, толщиной 600 мкм при установке сопла на расстояние 140 мм и приработочный слой пористостью

16 Д, толщиной 150 мкм при установке сопла на расстояние 240 мм.

Пример 4. Способ осуществляют аналогичнс примеру 1, при этом наносят адгезионный слой толщиной 50 мкм, основной слой пористостью 14 — 157ь, толщиной

500 мкм при установке сопла на расстояние

220 мм и приработочный слой пористостью

14-15%, толщиной 250 мкм при установке сопла нг расстояние 220 мм.

Пример 5, Способ осуществляют аналогично примеру 1, при этом наносят основной слой пористостью 8 — 97, толщиной 600 мкм при установке сопла на расстояние 120 мм и приработочный слой пористостью 21 — 220, толщиной 100 мкм при установке сопла на расстояние 330 мм, После металлизации покрытие шлифуют до номинального размера (припуск на обработку 0,1-0,2 мм1, при этом толщину приработочного слоя выдерживают равной

30 — 50 мкм, В примере 5 после механической обработки верхний слой отсутствует, что приводит к разрушению покрытия.

После этого определяют период приработки и износа покрытия поршневых колец, 1696570

Период приработки покрытия определяют временем работы кольца до стабилизации износа сопряженных поверхностей кольца и втулки, т.е. до того момента, когда скорость изменения зазора в замке кольца устанавливается постоянной. B начальный период работы кольца замеры заза ра в замке производят через "àæäûå 30 мин, Износ покрытия колец оценивают изменением зазора в замке кольца путем измерения зазора после стабилизации процесса износа сопряженных поверхностей, т.е. при постоянной скорости изменения зазора в зоьОч

Составитель Л.Казакова

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Муска

Редактор И,Горная

Заказ 4281 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР, 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Испытания покрытий колец проводят на экспериментальном кольце ВНИИЖТ на дизеле 10Д100. Используют дизельное топ.,ливо Л, Испытания проводят при форсированном рабочем режиме дизеля (прй повышенном расходе топлива), характеризующемся температурой поршня в области поршневых колец 300 — 350 С и давлением газов р до 130 кг/см, что резко ухудшает условия трения поверхностей кольца и втулки цилиндра, связанные с вынужденным ограничением(а в некоторых случаях прекращением) подачи масла М14Б в зону контакта из-эа его интенсивного выгорания, Температуру 340 С и давление газов 120 кг/см

2 контролируют по приборам, Начальный зазор в замке поршневых колец после установки их во втулку цилиндра дизеля равен 1,5 мм. замке, Производят измерение зазора после

100 ч работы дизеля (мм/100 ч), Полученные данные представлены в таблице (д,, дз — толщина соответст5 венно адгеэионного, основного и приработочного слоев; Рг, Рз — пористость соответственно основного и приработочного слоев).

Как видно иэ данных таблицы, предла10 гаемый способ значительно сокращает период приработки и износ колец при отсутствии приработочного слоя в соответствии с .известным решением. Период приработки составляет 3,2 ч при изменении зазора в

15 замке 0,47.

Формула изобретения

Способ газотермического нанесения антифрикционных покрытий, преимущественно на поршневые кольца дизелей желез20 нодорожного транспорта, включающий нанесение адгезионного слоя толщиной 50100 мкм при установке сопла аппарата на.

50 — 100 мм от подложки, нанесение основного слоя толщиной, по крайней мере в че25 тыре раза большей толщины адгеэионного слоя, отличающийся тем, что, с целью сокращения периода приработки и уменьшения износа покрытия в условиях ограниченной смазки, оба слоя напыляют из стали, 30 причем основной слой имеет пористость

10-13% и на него дополнительно наносят приработочный слой из стали пористостью

16 — 20% и толщиной 150 — 250 мкм.