Материал для напыления покрытий

 

Изобретение относится к газотермическому напылению износостойких покрытий, которые могут быть использованы в узлах трения, работающих в условиях трения скольжения (со смазкой). Цель изобретения - повышение адгезионной и когезионной стойкости покрытий. По изобретению состав доли напыления содержит 25-50 мас.% самофлюсующегодя сплава системы Nl-Cr- B-SI, 30-50 мас.% порошка железа и 20-25 мас.% порои ка никель-алюминий с содержанием алюминия 5-20 мас.%. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з С 23 С 4/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4642392/02 (22) 27.01.89 (46) 30.05.92, Бюл, М 20 (71) Всесоюзное научно-производственное объединение восстановления деталей "Ремдеталь" (72) Б.M. Соловьев, А.А. Ковалевский, Д.}0.

Терехов, В.И. Семенов, М.А. Егоров и M.M.

Баранкевич (53) 621,793.7(088.8) (56) Порошки металлические легированные для защитных покрытий (инф. 2.1) Тула: Hl10

Тулачермет, 1983.

Патент США В 3305326, кл . 29-192, 1967.

Изобретение относится к машиностроению и преимущественно используется в области плазменного напыления порошковых покрытий на детали работающие в условиях трения скольжения при их восстановлении и упрочнении.

Известен порошок для напыления износостойких покрытий, представляющий собой самофлюсующийся сплав системы

Nl-Сг-В-Sl, содержащий 80% никеля (основа), 13 хрома, 3% кремния, 2 бора, 2% железа — порошок марки ПР-Н80Х13С2Р.

Наиболее близким к предлагаемому является механическая смесь порошков для напыления покрытий, содержащая 10-20% термореагирующего порошка (никелевая частица, покрытая алюминиевой пудрой) и остальное — самофлюсующийся сплав системы NI-Cr-В-SI.

Недостатком данного материала является то, что с точки зрения теории трения скольжения данный материал не может

„„5LJ 1737017 А1 (54) МАТЕРИАЛ ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится к газотермическому напылению износостойких покрытий, которые могут быть использованы в узлах трения, работающих в условиях трения скольжения (со смазкой). Цель изобретения— повышение адгезионной и когезионной стойкости покрытий. По изобретению состав доли напыления содержит 25-50 мас.% самофлюсующегося сплава системы Nl-Cr—

В-Si, 30 — 50 мас.% порошка железа и 20-25 мас.% поройка никель-алюминий с содержанием алюминия 5-20 мас, 1 табл. быть признан оптимальным по двум причинам: — материал основанный на комбинации твердого сплава на основе никеля с добавкой интерметаллидов типа Й!гА!з и NiAI склонен к задиру при контакте с большинст: вом контртел(сплавы алюминия, бронзы, ста- ли и чугуйы), но особенно со сплавами на 4 основе алюминия, составляющими основ- C) ную часть антифрикционных подшипниковых сплавов. Химическая модификация такого материала с образованием вторичных структур трения 1 или 2-ro рода резко затруднена; — отсутствие в составе композиции пластифицирующей железной фазы на практике ведет к появлению микротрещин в .. покрытии при отсутствии операции оплавления покрытия.

Цель изобретения — увеличение адгезионной и когеэионной прочности покрытий и

1737017 повышение их износостойкости при одновременном сохранении обрабатываемости.

Данная цель достигается тем, что композиционная механическая порошковая смесь для напыления, содержащая порошок самофлюсующегося сплава на никелевой основе системы Ni-Cr —  — Si и порошок никель — алюминия дополнительно содержит порошок железа прй содержании алюминия в порошке никель-алюминия 5 — 20 мас.% и следующем соотношении компонентов, мас.%:

Самофлюсующийся сплав системы 25-50

Порошок железа 30 — 50

Порошок никель — алюмийия 20-25

Такая реализация состава порошковой композиции позволяет добиться эффективного сплавления основного износостойкого покрытияс промежуточным слоем, получить плотную и пластичную структуру с высокими антифрикционными характеристиками, достаточным уровнем твердости и достаточно легко обрабатываемую. Таким образом, появляется возможность повысить долговечность восстановленных или упрочненных деталей, работающих в условиях трения, скольжения со смазкой и при этом снизить потери на трения в механизмах и, следовательно, сократить расход горючего.

Железная составляющая в предлагаемой композиции способствует увеличению модификационной способности поверхности трения в условиях контакта с поверхностно-активными веществами смазочной среды и, кроме того, выполняет пластифицирующую функцию, снижая остаточные напряжения и разницу коэффициентов термического расширения самофлюсующегося сплава и интерметаллидов NiAI u

NlzAlz. Железная составляющая также способствует улучшению диффузионного взаимодействия составляющих композиционного покрытия и их лучшему сплавлению.

Основной компонент композиционной смеси — самофлюсующийся сплав системы

Ni-Cr-В-Si — предназначен для формирования износостойкой матрицы покрытия, хорошо противостоящей износу в условиях сухого, граничного, полусухого и жидкого трения. Однако данный сплав сам по себе не обеспечивает приемлемую эадиростойкость и склонен к усталостному фрагментарному выкрашиванию при отсутствии операции оплавления покрытия.

Никель-алюминий, входящий в состав композиции, предназначен для создания антизадирной фазы в покрытии и формирования пластичных прослоек, скрепляющих самофлюсующийся сплав в плотную когеэионную структуру, хорошо противостоящую усталостному выкрашиванию. Эту функцию порошок никель — алюминия выполняет в том случае, когда процентное содержание алюминия в порошке наблюдалось превалирующее образование интерметаллидов системы NlzAlaи NlAl,:èìåþùèõ повышенную твердость, но одновременно высокохрупких

10 и склонных к выкрашиванию. При количестве алюминия менее 5 мас.% в покрытии присутствовала только никелевая фаза, склонная к схватыванию, что снижало зади15 ростойкость покрытия, Структура частиц никель — алюминия может быть различной.

Процентное соотношение всех трех компонентов в композиционной механической смеси определено на основе экспериментальных данных. Основная компонента— самофлюсующийся сплав системы Nl — Cr—

 — Sl, обеспечивающий приемлемую твердость и износостойкость, оказывает

25 влияние на данные характеристики только в случае, когда его процентное содержание не менее 25 мас.%. При меньшем содержании данной компоненты теряется связь между частицами твердого сплава и покрытие начинает формироваться по правилу

Шарпи. При этом резко снижается макротвердость, хотя микротвердость частиц твердого сплава не меняется. При превышении самофлюсующимся сплавом уровня 50 мас,% в покрытии при любых добавочных компонентах повышается хрупкость и склонность к выкрашиванию частиц покры35

I тия, что влияет на износостойкость

Оптимальное процентное содержание никель — алюминия определяется необходимостью обеспечить устойчивое подплавление самофлюсующегося сплава, сплавления покрытия и приемлемую задиростойкость.

При менее 20 мас.% не обеспечивается необходимая износостойкость и нагрузочная способность покрытия. При более чем 25%ном содержании никель-алюминия наблюдается существенное увеличение уровня остаточных напряжений в покрытии.

Процентное содержание железного по- . рошка определяется повышением уровня остаточных напряжений при снижении его количества ниже уровня 30 мас.%.

П р и м.е р. Практическая реализация предложенного изобретения проверялась применительно к случаю восстановления коленчатых валов из чугуна ВЧ-50, --1,5 двигателя 3M3 — 53 методом напыления композиционных порошковых покрытий на установке УПУ-ЗД при следующих режимах

5 алюминия в порошке находится в пределах 5-20%. При превышении уровня 20 мас,%

173 (01 /

Параметры сравнения

Компози ия

П е агаемая

Известная

0,30

0.09

0,0095

0,6

0,028

1,3

205

274

902

579

14,5

1,7 10"

4,2 10

Составитель Д,Терехов

Редактор M.Íåäîëóæåíêî Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор М.Пожо

Заказ 1871 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 напыления: рабочий ток 320-350 А, напряжение 70-75 В.

Испытания триботехнических характе-. ристик покрытий проводились на машинах трения СМТ-1 по схеме "ролик-колодка". В 5 качестве контртела служил фрагметн вкладыша. коленвала двигателя 3М3-53 из антифрикционного сплава АО-20-1. Когеэионная и адгезионная прочность замерялась по известной методике. Результаты 10 сравнения вариантов покрытий, напыленных предлагаемой и известной механическими смесями, приведены в таблице.

Формула изобретения

Материал для напыления покрытий, со- 15 держащий механическую смесь порошков

Коэффициент трения в условиях схватывания (Р = 18-20 кг) без смазки

Коэффициент трения покрытия при нормальном трении со смазкой

Износ при схватывании, r 10

Когезионная прочность при толщине слоя 0,4 мм

Адгезионная прочность (величина нагрузки разрывной машины при отрыве пояска), кг

Нагрузка задира Р щ, (МПа)

Интенсивность изнашивания сопряжения самофлюсующегося сплава на никелевой основе системы Nl-Cr-В-$! и никель-алюминия, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения адгезионной и когезионной прочности покрытий и повышения их износостойкости при одновременном сохранении обрабатываемости, он дополнительно содержит порошок железа при содержании алюминия в порошке никель-алюминий 520 мас. и следующем соотношении, компонентов, мас. :

Самофильтрующийся сплав системы Ni-Cr-В-$1 25-50

Порошок железа 30-50

Порошок никель — алюминий 20 — 25