Способ обработки деталей магнитных систем

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к ваккумному отжигу конструкторских деталей типа тонкостенных катушек, магнитопроводов, полюсов, и может найти применение при изготовлении технологических источников плазмы, стационарных плазменных двигателей малой тяги, а также в приборостроении. Способ обработки деталей магнитных систем из магнитомягкой стали 10880 предусматривает следующие операции: механическую обработку, последовательное нанесение слоя химического никеля толщиной 5 - 40 мкм и слоя оксида алюминия толщиной 150 - 400 мкм и ваккумный отжиг при температуре 880 - 920^o в течение 1,5 - 3,5 ч со степенью вакуума 10^-3 - 10^-5 мм рт. ст. с охлаждением с регламентированной скоростью (100 - 120^oC/ч) до температуры на 30 - 40^oС ниже температуры точки Кюри. Нагрев до температуры ваккумного отжига ведут со скоростью 350 - 600^oС/ч при установке деталей на керамических подставках. Напыление оксида алюминия при необходимости проводят через подслой порошка марки ППНХ или ППНХЮ толщиной 5 - 20 мкм. 5 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к вакуумному отжигу конструкторских деталей типа тонкостенных катушек, магнитопроводов, полюсов, и может найти применение при изготовлении технологических источников плазмы, стационарных плазменных двигателей малой тяги, а также в приборостроении.

Наиболее близким к заявленному является способ термической обработки деталей из электротехнической стали а. с. N 1073305, C 21 D 8/12, 1982, включающей ступенчатый вакуумный отжиг с регламентированными скоростями охлаждения и нагрева.

Предложенный способ для достижения более высокого качества поверхности, прочности напыленного керамического покрытия при снижении трудоемкости обработки и сохранении высоких магнитных свойств предусматривает на поверхность деталей химического никеля Ni₃P толщиной 5 40 мкм и плазменное напыление слоя А1₂O₃ толщиной мкм 150 400 мкм и проведение вакуумного отжига при 880 920^oC в течение 1,5 3,5 ч в вакууме 10^-3 10^-5 мм рт. ст. с охлаждением с регламентированной скоростью до температуры на 30 40^oС ниже точки Кюри.

Одновременно нагрев для отжига ведут со скоростью 350 600^oС/ч, охлаждение со скоростью 100 120^oС/ч, а напыление керамики проводят через подслои интерметаллидных порошков никель хром, никель алюминий толщиной 5 - 20 мкм.

Практическое осуществление способ получил при изготовлении полюсов и магнитопроводов технологических источников плазмы серии М 100М и СПД МТ серии М 70, М 100Н.

Для изготовления тонкостенных деталей магнитных систем применяли прутки горячекатанной стали 10880, а также поковки и штамповки этой же стали, полученные высокоскоростной штамповкой на прессах.

Детали изготовляли в окончательный размер с классом чистоты R_a 0,32 0,85 мкм или R_a 1,0 1,25 мкм. При этом сталь 10880 по ТУ 14 1 1029 74 химически никелировали в ваннах, содержавших гипофосфат натрия, никель сернокислый и никель хлористый по ОСТ 92 1010 77г.

Пример 1.

Полюса наружные стационарного плазменного двигателя малой тяги изготовляли из прутка диаметром 60 мм стали 10880 и обрабатывали по предложенной технологии. Для напыления и вакуумного отжига использовали серийные установки УПН 1, УПН-2 с несущим газом аргоном и колпаковые печи СГВ-2.4/15М, на всех этапах измерения толщину покрытий магнитным отрывным толщиномером, а также токовихревым методом, магнитные свойства измеряли по ГОСТ 10160 75.

Вначале проводили химическое никелирование в щелочном фосфорнокислом растворе, осаждая слой химического никеля Ni₃P толщиной 20 мкм, затем проводили плазменное напыление алюмооксидной керамики через подслой порошка ППНХ-70 толщиной 5 мкм. Детали с напыленной окисью алюминия слоем 150 мкм отжигали в печи СГВ-2.4/15 в вакууме 10^-4 мм. рт. ст. в течение 1,5 ч при температуре 920^oC с охлаждением со скоростью 100^oC/ч до 720^oC, далее с печью.

Как показали исследования, обработка по предложенной схеме позволила при сокращении трудоемкости в 2,7 раза получить поверхностный износостойкий в ионной плазме космического микродвигателя слой с оптимальными прочностными характеристиками и терморадиационными свойствами при высоких магнитных свойствах стали 10880.

Так прочность соединения слоя с основой была 450 490 МПА, степень черноты Е 0,93 0,96 при коэффициенте поглощения солнечной радиации А 0,22 0,27, при коэрцитивной силе Н_c 46 52 А/м, магнитной индукции В₁₀ 1,74 1,78 Тл, что лучше, чем при известных способах обработки напыляемых керамикой магнитомягкой стали 10880. Газоотделение в высоком вакууме, определенное по ОСТ 92 9566 82 методом испытания на потерю массы при температурах до 350 400^oC, составило менее 0,02% при суммарном уносе менее 0,45% В результате улучшились тепловые характеристики узла в целом и на 30% повысился ресурс работы полюсов в составе двигателя.

Пример 2.

Катушки магнитной системы электрореактивного двигателя малой тяги из стали 10880 обрабатывали по предложенной технологии с использованием исходной заготовки прутков горячекатанных диаметром 60 мм.

Механическую обработку вели с формированием поверхности классом чистоты Р_A 0,80 мкм, затем вели химникелирование толщиной слоя 40 мкм по всем поверхностям и последующее плазменное напыление керамики на торцевую поверхность, подвергшуюся контактному износу в ионной плазме.

После напыления слоя A1₂O₃ толщиной 400 мкм проводили отжиг в вакууме при температуре 880^oC в течение 3,5 ч, вакуум в печи был 10^-5 мм рт.ст. Охлаждение проводили со скоростью 120^oC/ч до 730^oC, затем произвольно с печью и выгружали детали при 80^oC на воздух. При обработке получена минимальная деформация, лучшие чем в прототипе прочностные и адгезионные свойства покрытия к основному металлу. Так величина деформации была не выше 2 3 мкм, микротвердость слоя составила H_0,49 1840 1880, эррозионная стойкость в потоке плазмы составила 4920 ч или 1,5 раза выше, чем при обработке по известному режиму.

Способ технологичен. прост в осуществлении на серийном оборудовании, эффективен для нескольких наименований деталей из стали 10880. В таблице приведены сравнительные характеристики полюсов технологического источника плазмы при обработке по предложенному и известному способам.

Пример 3.

Вставки кольцевые из стали 10880 после механической обработки подвергали химникелированию слоем 25 мкм, затем напылению керамического порошка окиси алюминия через подслой порошка интерметаллида никель хром. Толщина напыленного слоя 300 мкм, подслоя 20 мкм. Вакуумный отжиг в печи СГВ-2.4./15М1 проводили при скорости нагрева 600^oC/ч при температуре 880^oC и выдержке в вакууме 10^-4 мм. рт. ст. в течение 3 ч. Охлаждение проводили со скоростью 120^oC до температуры 730^oC, далее с печью до 80^oC.

Обработка позволила получить детали с высокими магнитными характеристиками при сокращении трудоемкости в 2,1 раза в сравнении с прототипом. Износостойкость вставок в потоке электронов повысилась в 1,7 раза. Практически исключено чвыкрашивание покрытия при статистических и динамических нагрузках, деформация деталей отсутствовала. Износостойкость, измеренная эффективным сроком работы при ресурсных испытаниях, составила 5350 ч против 2970 ч при отжиге по прототипу с последующим стандартным напылением окиси алюминия.

При обработке по режимам за пределами заявляемых параметров технологического процесса получены менее стабильные магнитные характеристики - магнитная индукция и коэрцитивная сила, многослойное покрытие имело пониженную термостойкость и худшие прочностные характеристики.

Формула изобретения

1. Способ обработки деталей магнитных систем из магнитомягкой стали 10880, включающий механическую обработку и вакуумный отжиг с регламентированной скоростью охлаждения, отличающийся тем, что перед вакуумным отжигом на детали последовательно наносят слой химического никеля толщиной 5 - 40 мкм и слой оксида алюминия толщиной 150 400 мкм, вакуумный отжиг проводят при 880 920^oС в течение 1,5 3,5 ч со степенью вакуума 10^-3 10^-5 мм рт. ст. а охлаждение ведут до температуры на 30 40^oС ниже температуры точки Кюри.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев до температуры вакуумного отжига ведут со скоростью 350 600^oС/ч при установке деталей на керамические подставки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение на 30 40^oС ниже температуры точки Кюри ведут со скоростью 100 120^oС/ч.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение до температуры выгрузки деталей проводят произвольно с печью.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после охлаждения до температуры на 30 40^oС ниже температуры точки Кюри проводят дополнительный окислительный нагрев путем помещения деталей в предварительно разогретую печь до 660 770^oС на 2 3 мин.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что напыление оксида алюминия проводят через подслой порошка марки ППНХ или ППНХЮ толщиной 5 20 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1