Способ подготовки поверхности перед нанесением плазменных покрытий

 

Изобретение относится к нанесению покрытий газотермическими методами. Способ включает электроискровое легирование в среде аргона с соблюдением следующих режимов: удельная продолжительность легирования 1,5 - 2 мин/см², ток разряда 0,4 - 0,6 А, амплитуда вибраций электрода 60 - 70 мкм, частота вибраций электрода 100 Гц. Изобретение направлено на увеличение прочности сцепления покрытия с поверхностью изделий.

Изобретение относится к области нанесения покрытий газотермическими методами, в частности к плазменному нанесению покрытий.

Известен способ электроискрового легирования (ЭИЛ) электродом-инструментом, содержащим никель и алюминий, осуществляемый в среде жидкого диэлектрика [1]. Ведение процесса ЭИЛ в среде жидкого диэлектрика требует последующей очистки поверхности перед газотермическим напылением, что снижает эффект от ЭИЛ. Кроме того, не учитывается состав порошка для напыления при выборе электрода-инструмента.

Известен способ подготовки поверхности перед нанесением газотермических покрытий, включающий создание рельефа электроискровым легированием низкомодульными и высокопластичными материалами посредством нанесения дугообразных валиков [2]. Недостатком данного способа является осуществление процесса ЭИЛ в среде воздуха. Ведение процесса ЭИЛ на воздухе приводит к образованию на поверхности оксидов металлов, входящих в состав электрода, используемого при подготовке поверхности. Наличие окислов на поверхности приводит к образованию участков, не участвующих в образовании адгезионной связи с газотермическим покрытием.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в увеличении прочности сцепления покрытия с подложкой.

Технический результат от использования изобретения заключается в повышении прочности сцепления газотермического покрытия с поверхностью на 15-20% по сравнению с подготовкой поверхности перед нанесением покрытия на воздухе.

Технический результат достигается тем, что ЭИЛ производят в среде аргона с соблюдением следующих режимов: удельная продолжительность легирования 1,5-2 мин/см², ток разряда 0,4-06 А, амплитуда вибраций электрода 60-70 мкм, частота вибраций электрода 100 Гц.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Изделия, поверхности которых подготовлены общепринятыми методами, подвергают электроискровому легированию в аргоне при удельной продолжительности легирования 1,5 - 2 мин/см², токе разряда 0,4-0,6 А, амплитуде вибрации электрода 60-70 мкм, частоте вибрации электрода 100 Гц. Для легирования используют электроды из материала, соответствующего составу материала порошка, используемого при напылении покрытия. На легированную поверхность изделия в последующем наносят плазменное покрытие.

Осуществление процесса ЭИЛ в аргоне обеспечивает защиту зоны легирования от кислорода воздуха и, как следствие, отсутствие явления окисления расплавленного в точке искрового разряда металла. Это уменьшает пористость и улучшает чистоту поверхности.

ЭИЛ с меньшей удельной продолжительностью приводит к недостаточному проникновению материала электрода в поверхностный слой изделия, что приводит к появлению переходной зоны между его поверхностью и плазменным покрытием, с обусловленным этим обстоятельством снижением свойств покрытия. Если же удельная продолжительность более 2 мин/см², то происходит разрушение легированного слоя.

Режимы ЭИЛ, включающие удельную продолжительность легирования 1,5 -2 мин/см², ток разряда 0,4-0,6 А, амплитуду вибрации электрода 60-70 мкм, частоту вибрации электрода 100 Гц, обеспечивают получение поверхности с оптимальными свойствами. Выход за указанные пределы тока и амплитуды колебаний приводит либо к недостаточному, либо к избыточному переносу материала электрода в поверхностный слой изделия, что является причиной повышенной шероховатости поверхности и разрушения поверхностного слоя. Кроме того, указанные значения параметров ЭИЛ являются оптимальными с точки зрения остаточных напряжений, величина которых не превышает 10 - 30 МПа. Несоблюдение указанных параметров ЭИЛ может снизить адгезионную прочность плазменных покрытий до 25 МПа. Состав компонентов электрода обеспечивает идентичность состава порошка для напыления покрытия и поверхности детали или образца после ЭИЛ, что положительно влияет на прочность сцепления плазменного покрытия с подложкой, которая составляет при использовании изобретения 130-150 МПа.

Пример. Подготавливают поверхность шеек коленчатого вала двигателя ЗИЛ-130. Материал покрытия - смесь порошков ПН85Ю15, ПР-НД42СР и ПР-Х4Г2Р4С2Ф в соотношении 2:1:1. Основными составляющими этой порошковой смеси являются никель и алюминий, следовательно, материал электрода для ЭИЛ - порошковая проволока, содержащая 80-90% никеля и 10-20% алюминия. Осуществляют ЭИЛ поверхности в среде аргона с соблюдением указанных выше режимов. После этого наносят плазменное покрытие.

В результате адгезионная прочность получаемого покрытия достигает 130-150 МПа, что на 15-20% больше адгезионной прочности покрытия, нанесенного на поверхность, подвергнутую ЭИЛ на воздухе.

Источники информации 1. АС СССР N 1521542, кл. В 23 H 9/00, C 23 C 4/00, 1989.

2. AC СССР N 1673635, кл. C 23 C 4/02, 1991.

Формула изобретения

Способ подготовки поверхности перед нанесением плазменных покрытий, включающий электроискровое легирование поверхности, отличающийся тем, что электроискровое легирование производят в среде аргона с соблюдением следующих режимов: удельная продолжительность легирования 1,5-2 мин/см² ток разряда 0,4 - 0,6 А, амплитуда вибраций электрода 60 - 70 мкм, частота вибраций электрода 100 Гц.