Способ получения покрытий

 

Изобретение относится к формированию покрытий с открытой пористостью на поверхностях. Способ включает начальную стадию процесса напыления под углом соударения частиц с подложкой, большим 45°, и последующую стадию процесса напыления, которую проводят под углом соударения частиц с подложкой 0 - 45°. Способ позволяет получать пористые покрытия в виде гребней, имеющие прочное сцепление с подложкой.

Изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к формированию покрытий с открытой пористостью на поверхностях.

Известны два способа получения покрытий, (1) и (2). В первом способе напыляемые частицы необходимо направлять на напыляемую поверхность под углом, большим 45^o (1), а во втором способе напыляемые частицы необходимо направлять на напыляемую поверхность под углом 50 - 85^o (2).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, прототипом, является способ получения покрытий, в которых напыляемые частицы необходимо направлять на напыляемую поверхность под углом, большим 45^o (3).

Для ряда покрытий необходимо, чтобы открытая пористость покрытий достигала (20-60)%. В этом случае структура покрытия состоит из частиц с малой степенью деформации. При использовании способа получения покрытий, указанного в качестве прототипа, для формирования пористости такого уровня необходимо ограничить деформацию частиц вплоть до сохранения у частиц, формирующих покрытие, форму и размеры напыляемых частиц, которую они имели до момента соударения с подложкой (поверхностью изделия). Это достигается за счет уменьшения температуры и скорости напыленных частиц. При таком способе получения пористых покрытий уменьшается площадь контакта частиц друг с другом и как следствие снижается когезионная прочность покрытия. Например, с увеличением пористости алюминиевого покрытия с 10% до 42% прочность самого покрытия снижается с 70 МПа до 10 МПа.

При таком способе получения покрытий геометрия открытой пористости может быть представлена в виде пор разного диаметра, когда более крупные поры соединяются между собой посредством пор меньшего диаметра, а направления этих соединений имеют случайный характер.

Для ряда изделий с покрытиями, например протезов или теплообменников, необходимо чтобы пористое покрытие состояло из прочно соединенных между собой частиц. При низкой когезионной прочности частиц в покрытии, напыленных по способу прототипа, происходит выкрашивание отдельных частиц покрытия или разрушение покрытия протеза или теплообменника при их эксплуатации.

Для устранения указанных недостатков разработан способ получения покрытий, в котором процесс напыления проводят в две стадии: первую стадию напыления ведут под углом соударения напыляемых частиц с подложкой, большим 45^o, и с энергетической мощностью газотермического потока, достаточной для создания слоя покрытия, имеющего максимально возможную для данного способа напыления адгезию к подложке. Последующую стадию процесса ведут под углом напыления частиц к подложке 0 - 45^o. При этом формируется структура покрытий лепесткового вида, основание которых расположено на поверхности слоя, напыленного на начальной стадии процесса, а высота определяется толщиной покрытия, напыленного на второй стадии процесса. Геометрически пористость покрытия, сформированного по предлагаемому способу, представляет собой впадины между лепестками.

Структура такой пористости на протезах благоприятна для врастания и прочного закрепления в ней костных тканей. Такие покрытия на трубах в теплообменниках повышают коэффициент теплоотдачи.

Примеры конкретного исполнения.

Пример.1. Способом плазменного напыления сформировали пористые титановые покрытия на подложках из титанового сплава Ti-6Al-4V. В первом случае процесс напыления осуществляли по способу, указанному в прототипе, при угле напыления 90^o при следующих режимах: ток дуги 400 A, напряжение дуги 60 В, расход газа 40 литров в минуту. Для напыления использовали порошок титана размером (125-250) мкм. Сформированное покрытие толщиной 0,8 мм имело пористость 35% и прочность соединения покрытия к подложке равна 20 МПа.

Во втором случае процесс напыления вели по предлагаемому способу порошком титана размером (40-63) мкм, на подложку из титанового сплава Ti-6Al-4V. Режимы напыления: ток 400 A, напряжение 60 B, расход газа 40 литров в минуту. На первой стадии напыляли покрытие толщиной 30 мкм при углах соударения частиц с подложкой 90^o. Вторую стадию процесса напыления вели при тех же режимах плазмотрона, но при углах соударения частиц с подложкой 44, 34, 24, 14 и 4^o до толщины покрытий 0,8 мм. Пористость покрытий, напыленных при этих углах, была соответственно равна: 36%, 41%, 48%, 55% и 62%. Прочность соединения пористого покрытия с подложкой равна 35 МПа.

Пример 2. Электрометаллизатором напылили покрытие меди подачей проволок диаметром 1,6 мм при напряжении на дуге 24 B, токе 80 A и давлении сжатого воздуха 3 кг/см². Угол напыления частиц к медной подложке при способе напыления указанном в прототипе был 80^o. Пористость покрытия 30% при прочности соединения покрытия к подложке 23 МПа.

При напылении медного покрытия по предложенному способу использовали проволоку 1,6 мм при напряжении на дуге 24 B, токе 80 A и давление сжатого воздуха 4 кг/см². Угол напыления частиц к медной подложке 30^o. Пористость покрытия 52% при прочности соединения покрытия к подложке 42 МПа.

Литература 1. Готлиб Л. И. Плазменное напыление. - М.: Центральный институт научно-технической информации и технико-экономических исследований по химическому и нефтяному машиностроению. 1970, с. 35.

2. Патент РФ N 2062820, C 23 C 24/04, 27.06.96.

3. Хасуй А. , Моригаки О. Наплавка и напыление.- М.: Машиностроение, 1985, с. 173.

Формула изобретения

Способ получения покрытий, включающий проведение процесса напыления под углом соударения частиц с подложкой, отличающийся тем, что процесс напыления проводят в две стадии: на первой стадии напыление ведут под углом соударения частиц с подложкой, большим 45^o, на второй стадии - под углом соударения частиц с подложкой 0 - 45^o.