Способ получения многослойных порошковых покрытий и устройство для его осуществления

 

Способ получения многослойных покрытий включает послойное нанесение порошков на поверхность детали, выравнивание и уплотнение каждого слоя. Одновременно с нанесением каждого последующего слоя производят выравнивание и уплотнение предыдущего слоя. Уплотнение производят тангенциальным пульсирующим усилием одновременно в двух направлениях: предварительное в направлении от 45 до 70^o к слою порошка и pабочее в напpавлении от 15 до 40^o к слою поpошка. Пульсирующее усилие создают с частотой колебаний от 180 до 360 рад/с и амплитудой от 6,0·10^-4 м до 1,4·10^-3 м. В устройстве для получения многослойных порошковых покрытий узел нанесения порошка на движущуюся деталь 1 выполнен в виде вибрационного конвейера 2, разделенного горизонтальными перегородками 3 на секции 4 по числу слоев покрытия. Входной участок 5 каждой секции 4 совмещен с соответствующим дозатором 6, а концевой участок снабжен уплотняющей лапой 7, нижняя поверхность которой размещена на заданной высоте слоя порошка, уложенного с предыдущей секции. Вибрационный конвейер 2 имеет привод с кривошипным механизмом 9 и установлен на упругих стойках 10. При работе устройства порошок поступает из выходного отверстия каждой секции 4 на поверхность детали 1 и проходя под уплотняющую лапу 7, расположенную на перегородке 3 следующей по высоте секции выравнивается и уплотняется. 2 с. и 2 з. п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при изготовлении и ремонте деталей с многослойными порошковыми покрытиями.

Известен способ получения на изделии покрытия из порошка, включающий нанесение последнего на поверхность перемещающейся детали и последующее уплотнение тангенциально действующим усилием [1] Известен способ получения многослойных покрытий, включающий послойное нанесение порошка на поверхность детали, разделение слоев прокладками из легкоплавкого органического материала и последующее одновременное уплотнение всех слоев одновременно [2] Для исключения перемешивания слоев порошков необходимо уплотнять каждый слой перед нанесением следующего или устанавливать прокладки между слоями. В первом случае снижается производительность процесса, во втором наличие прокладок из легкоплавкого органического материала приводит к изменению структуры зоны сплавления слоев и ухудшению качества покрытия.

Известно устройство для нанесения порошковых покрытий, включающее дозатор, связанный с вибрационным механизмом нанесения порошка на движущуюся деталь, при этом каждый вибрационный механизм выполнен в виде блоков сит, которые обеспечивают равномерность толщины наносимого слоя [3] Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает промежуточного уплотнения слоев порошка.

Цель изобретения повышение производительности процесса и улучшении качества зоны соединения различных слоев порошка.

Цель достигается тем, что в способе получения многослойных покрытий, включающем послойное нанесение порошков на поверхность детали, выравнивание и уплотнение каждого слоя, согласно изобретению, одновременно с нанесением каждого последующего слоя производят выравнивание и уплотнение предыдущего слоя.

Уплотнение производят тангенциальным пульсирующим усилием одновременно в двух встречных движению детали направлениях: предварительное в направлении 45 70^o к слою порошка и рабочее в направлении 15 40^o к слою порошка.

Пульсирующее усилие создают с частотой колебаний от 180 до 380 рад/с и амплитудой от 6,0·10^-4 м до 1,4·10^-3 м.

Зону предварительного уплотнения L определяют по следующему соотношению L=6,7·10^-2·A·S·ω²·sinβ/sinα, м где А амплитуда колебаний, м; S толщина слоя порошка, м; ω частота колебаний, рад/c; a угол между направлением действия уплотняющей силы и поверхностью порошка в зоне предварительного уплотнения, град.

b угол между направлением действия уплотняющей силы и горизонталью, град.

Цель изобретения достигается также тем, что в устройстве для нанесения многослойных порошковых покрытий, содержащем дозатор, соединенный с вибрационным механизмом нанесения порошка на движущуюся деталь, согласно изобретению снабженным дозаторами, вибрационный механизм выполнен в виде конвейера, разделенного горизонтальными перегородками на секции по числу слоев покрытия, причем входной участок каждой секции совмещен с соответствующим дозатором, а концевой участок имеет уплотняющую лапу.

Исполнение узла нанесения порошка в виде многосекционного вибрационного конвейера, где каждая секция наносит заданный слой порошка и снабжена уплотняющей лапой для слоя порошка, уложенного с предыдущей секции, обеспечивает согласно способу одновременно с нанесением каждого последующего слоя выравнивание и уплотнение предыдущего слоя. Этим подтверждается достижение цели изобретения и связь предлагаемого единым изобретательским замыслом.

Сравнение предлагаемого с прототипом [2 и 3] позволило установить соответствие предлагаемого изобретения критерию "новизна".

Аналог [1] содержит признак использования тангенциально действующего усилия для уплотнения порошка. Однако в известном решении это усилие действует одновременно с нормальным, причем в самом конце обжатия тангенциальная составляющая отсутствует, поскольку согласно известному решению обжатие производят роликом. В заявленном решении действует только тангенциальное усилие, причем в строго заданном направлении, тем самым эффективность обжатия повышается. Это свойство известного признака, проявляемое в предлагаемом решении, обеспечивает последнему соответствие критерию "изобретательский уровень".

Реализация способа и устройства для его осуществления поясняется с помощью схематического изображения этого устройства на чертеже.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства с продольным разрезом вибрационного конвейера; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - выносное сечение 1 на фиг. 1 в увеличенном виде.

Узел нанесения порошка на движущуюся деталь 1 выполнен в виде вибрационного конвейера 2, разделенного горизонтальными перегородками 3 на секции 4 по числу слоев покрытия. Входной участок 5 каждой секции 4 совмещен с соответствующим дозатором 6, а концевой участок снабжен уплотняющей лапой 7, нижняя поверхность которой размещена на заданной высоте слоя порошка, уложенного с предыдущей секции. Положение лап 7 устанавливается с помощью винтов 8. Вибрационный конвейер 2 имеет привод с кривошипным механизмом 9 и установлен на упругих стойках 10, которые закреплены на основании 11 под углом b к вертикали.

Предлагаемый способ с помощью этого устройства реализуется следующим образом.

Подготовленную к нанесению многослойного покрытия деталь 1 устанавливают перед концевым участком нижней секции 4 вибрационного конвейера 2. Затем включают рабочее перемещение детали 1 (на чертеже слева направо) и привод 9 вибрационного конвейера 2. При этом порошок поступает из концевого участка нижней секции 4 на поверхность детали 1 и проходя под уплотняющую лапу 7, расположенную на перегородке 3 следующей по высоте секции, выравнивается и уплотняется. Одновременно с верхней поверхности той же лапы 7 на поверхность первого слоя порошка поступает второй слой порошка из следующей по высоте секции 3, который уплотняется второй лапой 7, закрепленной на перегородке 3 третьей снизу секции 4.

Таким образом одновременно с нанесением каждого последующего слоя производят выравнивание и уплотнение предыдущего слоя порошка. Уплотнение производят тангенциальным пульсирующим усилием в направлении встречном движению детали, причем, одновременно в двух направлениях: предварительное в направлении угла a (фиг. 3) от 45 к 70^o к слою порошка в наклонной части уплотняющих лап 7; рабочее в направлении угла b от 15 до 40^o к слою порошка горизонтальной частью уплотняющих лап 7. Частота колебаний пульсирующего усилия составляет от 180 рад./с до 380 рад./с, а амплитуда колебаний от 6·10^-4 м до 1,4·10^-3м. Зону предварительного уплотнения (L на фиг. 3), которая расположена между концом рабочей поверхности одной уплотняющей лапы и началом рабочей поверхности следующей за ней уплотняющей лапы, определяют по следующему соотношению L=6,7·10^-2·A·S·ω²·sinβ/sinα, м
где А амплитуда колебаний, м;
S толщина слоя порошка, укладываемого между этими лапами, м;
ω частота колебаний, рад./c;
a угол между направлением действия уплотняющей силы и поверхностью порошка в зоне предварительного уплотнения, град.

b угол между направлением действия уплотняющей силы и горизонталью, град.

В таблице приведены примеры выполнения способа при получении двухслойного покрытия из порошков: ПГ-С27 верхний слой толщиной 3·10^-3 м; ПЖО нижний слой толщиной 3·10⁼³ м. Эффективность предлагаемого способа и качество полученного покрытия определяли по трем показателям:
увеличение плотности каждого слоя по формуле

ρ, ρ_н соответственно плотность после уплотнения и плотность насыпная порошка;
равномерность распределения плотности по глубине слоя по формуле ρ₁/ρ₂;
где ρ₁,ρ₂ соответственно средняя плотность нижней и верхней половины каждого слоя;
появление дефектов в нижнем слое после нанесения верхнего.

Экспериментально установленная зона предварительного уплотнения в первых трех примерах соответствовала рассчитанной по предлагаемой формуле. В примерах 4 9, в которых часть параметров способа принималась за границей заявленных пределов, экспериментальное и расчетное значения расстояния не совпадали. В этих примерах в таблице показаны экспериментальные расстояния L. Приведенные в таблице обозначения углов α,β и расстояние L показаны на фиг. 3.

Уменьшение равномерности распределения плотности в примерах 4, 6 и 8 ниже 0,85 приводит к значительному снижению прочности покрытия после термической обработки. В примерах 5, 7 и 9 наблюдалось появление в нижнем слое трещин от 0,3 до 0,7 мм, что служило причиной сквозных трещин после термической обработки.

Использование предлагаемых решений позволяет сравнительно простым путем совместить операции и механизмы нанесения и уплотнения порошков во многослойных покрытиях и тем самым повысить производительность процесса, упростить устройство для нанесения многослойных порошковых покрытий и сократить его энергоемкость. Одновременно повышается качество покрытия за счет увеличения равномерности распределения плотности по толщине слоев.

Формула изобретения

1. Способ получения многослойных порошковых покрытий, включающий послойное нанесение порошков на поверхность детали, выравнивание и уплотнение каждого слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса, одновременно с нанесением каждого последующего слоя производят выравнивание и уплотнение предыдущего слоя, причем уплотнение производят тангенциальным пульсирующим усилием одновременно в двух, встречных движению детали, направлениях предварительном и рабочем, при этом создают пульсирующее усилие с частотой колебаний от 180 до 380 рад/с и амплитудой от 6,10 · 10^-4 до 1,4 · 10^-3 м.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что предварительное уплотнение осуществляют под углом 40 70^o, а рабочее 15 40^o к слою порошка.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зону предварительного уплотнения L определяют из следующего соотношения:
L=6,7·10^-3·A·S·ω²·sinβ/sinα м,
где A амплитуда колебаний, м;
S толщина слоя порошка, м;
ω частота колебаний, рад/с;
a угол между направлением действия уплотняющей силы и поверхностью порошка в зоне предварительного уплотнения, град.

b угол между направлением действия уплотняющей силы и горизонталью, град.

4. Устройство для нанесения многослойных порошковых покрытий, содержащее дозатор, соединенный с вибрационным механизмом нанесения порошка на движущуюся деталь, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности, оно снабжено дозаторами, вибрационный механизм выполнен в виде конвейера, разделенного горизонтальными перегородками на секции по числу слоев покрытия, причем входной участок каждой секции совмещен с соответствующим дозатором, а концевой участок имеет уплотняющую лапу.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4