Способ получения покрытий

 

Сущность изобретения: на подложку из алюминия или его сплавов наносят никелевый слой детонационным методом, затем осуществляют электронно-лучевую обработку при ускоряющем напряжении 30 кВ. скорости сканирования 200 мм/мин, токе пучка 15 - 30 мА. 3 зп ф-лы, 1 табл.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации но патентам и товарным знакам (21) 4923857/02 (22) ог04.91 (46} 1511.93 Бюл N() 41-42 (71) Алтайский государственный университет (72) Плотников ВА; Демьянов Б.Ф. (73) Плотников Владимир Александрович (54 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ (is) КЦ (и) 20028Я4 Д (51) С 23 С 26 02 В 22 F 704 (57) Сущность изобретения: на подложку из алюминия или его сплавов наносят никелевый слой детонационным методом, затем осуществляют эпекòðîííî-лучевую обработку при ускоряющем напря. жении 30 кВ. скорости сканирования 200 мм/мин, токе пучка 15-30 мА 3 зл ф-лы,1 табл.

2002854

Изобретение относится к машиностроение. в частности к технологии получения защитных покрытий.

Известен способ электронно-лучевого наплавления износостойких порошков, предварительно нанесенных на поверхность подложки, например Nl — 15 ат.$ Al, Недостатком способа является невозможность регулирования фазового состава покрытия, существования напряжений 1 рода на границе раздела покрытие — подложка, приводящих к появлению трещин и отслоению проплавленного слоя.

Известен также споссб получения износостойких покрытий на подложках из чистого алюминия путем электронно-лучевой переплавки поверхности с предварительно нанесенными слоями меди, никеля, железа или кремния.

Этот способ, взятый за прототип, не позволяет регулировать фазовый состав покрытия из-за случайного выбора параметров электронно-лучевой обработки, определяемых лишь необходимостью переплава поверхности и насыщения расплава легирующими элементами.

Цель изобретейия — повышение качества синтеэируемого покрытия путем формирования заданного фазового состава, а значит и физико-механических свойств.

Поставленная цель достигается тем, что на подложку, материал которой является активной компонентой реакции, наносится детонационным способом вторая компонента, а синтез покрытия и формирования диффузной эоны осуществляется инициированием и поддержанием реакции термосинтеза с помощью электронно-лучевой обработки. Плотность энергии электронного луча должна быть достаточной для подплавления . подложки на глубину, определяемую количеством вещества подложки, необходимого для образования фаз соответствующего стехиометрического состава.

Способ осуществляется следующим образом.

Выбор порошковой компоненты, наносимой на подложку, осуществляется исходя из условия химического взаимодействия ее с материалом подложки с образованием продукта, обладающего необходимым набором физико-механических свойств, например низкой теплопроводностью и высокой жаропрочностью. Для подложки из алюминия и его сплавов такими компонентами могут быть порошок никеля, титана, железа и др., так как продукты реакции, например й!3А1. NIAI, TIAI и др. как раз и удовлетворя30

55 сплавов с предварительно нанесенным на поверхнОсть никелем можно сформировать покрытия с преимущественным содержанием одной иэ фаз NtgAI, NIAI, %3А!. Участие элементов подложки в реакции обязательно, так как приводит к образованию обширной диффузионной зоны, что улучшает адгезионные свойства покрытия.

Пример t, На поверхность алюмини евого сплава АК-21 с помощью детонационной пушки наносился слой никеля толщиной

0,45 мм. Затем поверхность образца была обработана электронным пучком, имеющим следующие параметры: ток пучка 50 мА, ускоряющее напряжение ЗО кВ. скорость сканирования 200 ммlмин. После электронно-лучевой обработки проводилось измерение толщины слоя покрытия, ширины диффузной зоны. фазового состава и микротвердости.

Микроструктура покрытия представляет смесь интерметаллических фаз NIAI, NIQAt3, а -твердого раствора В в Al. Наибольшая концентрация интерметаллидов наблюдается вблизи поверхности образца. по мере удаления от поверхности концентрация их падает. Четко выраженного слоя покрытия не обнаруживается. Это связано со значительным количеством алюминия, участвовавшего в реакции термосинтеза.

Твердость около поверхности равна Н-230, Результаты измерения приведены в таблице. ют заданным условиям эксплуатации покрытия, Нанесение выбранного порошка проводят детонационным методом с помощью детонационной пушки. Использование детонационного нанесения исходной комёоненты позволяет хорошо дозировать ее количество на поверхности детали (образца). Такое дозирование нанесения исходной

10 компоненты определяет энергетические параметры и последующей тепловой обработки поверхности с помощью электронного луча для инициирования и поддержания реакции термосинтеза.

15 В качестве теплового источника используется электронно-лучевая пушка, позволяющая получить пучок электронов нужной плотности энергии, легко регулировать параметры пучка (ток пучка, диаметр пучка).

20 Изменяя параметры пучка. проводят плавление обрабатываемой поверхности на такую глубину, чтобы в зависимости от количества предварительно нанесенной компоненты получить нужный стехиометри25 ческий состав синтезируемого покрытия.

Например, для подложки из алюминия и его

2002854

Пример 2. На поверхность алюминиевого сплава АК-21 детонационным методом нанесен слой никеля толщиной 0,45 мм.

Обработка поверхности проводилась электронным пучком 30 мА при ускоряющем напряжении 30 кВ. Скорость сканирования

200 мм/мин. После электронно-лучевой обработки проводилось измерение толщины слоя покрытия. ширина диффузной зоны, фазового состава и микротвердости. Результаты измерений приведены в таблице.

Основной фазой покрытия является фаза

М2А!з твердость покрытия Н р = 450 кг/мм .

Пример 3, После детонационного нанесения на поверхность сплава АК-21 слоя никеля толщиной 0,45 мм образец был обработан пучком электронов с параметрами: ток 20 мА, ускоряющее напряжение 30 кВ, скорость сканирования 200 мм/мин. Результаты измерения свойств покрытия приведены в таблице. Основной фазой покрытия является NIAI, микротвердость покрытия H p = 450 кг/мм .

Пример 4. Предварительное нанесение никеля осуществляется так же, как и в примерах 1-3. Обработку поверхности проводили электронным пучком с параметрами: ток пучка 15 мА, ускоряющее напряжение 30 кВ, скорость сканирования

200 ммlмин. Данные измерения структуры и свойств покрытия приведены в таблице, Основной фазой покрытия является фаза

NIgAI, микротвердость покрытия Н p - 950 кг/мм .

Пример 5. После предварительного нанесения никеля обработку поверхности проводят пучком с параметрами: ток пучка

10 мА, ускаря ащее напряжен.:пе 30 к8, скорость сканирования 200 мм/мин. 8 результате такой обработки происходит переплав только слоя никеля, при этом алюминий в

5 реакции не участвует.

Таким образам, для осуществления способа получения покрытий на алюминии и его сплавах требуется провести выбор наносимого порошка из условия вступления в

10 реакцию соединения с материалом подложки, нанести дозированное количество порошковой компоненты детонацианным путем на подложку (толщина около 0,4 мм), провести синтез материала покрытия путем

15 обработки электронным пучком с параметрами: для получения преимущественно фазы NizAla. U = 30 кВ, I = 30 мА. Чскан = 200 мм/мин; для получения преимущественна фазы NIAI - U = 30 кВ, I = 20 мА, VñKä, = 200 мм/мин; для получения преимущественно фазы NlaAI U = 30 кВ, I = 15 мА Чская = 200 ммl мин (толщина предварительно нанесенного никеля во всех случаях около 0,45 мм), При осуществлении операций. перечис25 ленных выше, формируются покрытия с обширной диффузионной зоной с преобладанием одной из фаз, обладающей нужными эксплуатационными свойствами, Полученные фазы характеризуются высокой

30 жарапрачностью, механической прочностью, высокой адг.:-зией и могут эксплуатироваться s сложных условиях термомеханическога нагружения двигателей внутреннего сгорания и др.

35 (56) Поболь И.Л. Электронно-лучевые термаобработки металлических материалов. — сб, "Итоги научи и техники", Металлаведение и термическая обработка. t980. т. 24, с. 154.

2002854

Составитель И. Пойменова

Техред М.Моргентал Корректор С. Юско

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3219

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

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, включающий нанесение на подложку из алюминия или его сплавов никелевого слоя и электронно-лучевую обработку, отличающийся тем, что. с целью повышения качества покрытий зэ счет получения элюминида никеля заданного состава, нанесение никелевого слоя проводят детонационным методом, а электронно-лучевую обработку осуществляют при ускоряющем напряжении 30 кВ, скорости сканирования

200 им/мин и таке пучка 15 -30 мА.

2. Способ по п.1, отличающийся тем. что, с целью получения покрытий с алюминидом никеля NIAI, электронно-лучевую . обработку проводят при токе пучка 20 мА.

3. Способ по п.1. отличающийся тем, что, с целью получения покрытия с алюминидом никеля Ntz Ala, электронно-лучевую обработку проводят при токе пучка 30 мА.

10 4. Способ по п.1. отличающийся тем, что, с целью получения покрытия с алюминидом никеля Nip At, электронно-лучевую обработку проводят при токе пучка 15 MA.