Способ изготовления цилиндрических изделий с внутренним износостойким покрытием

Авторы патента:

C23C26/02 - нанесение расплавленного материала на подложку (нанесение плавов на поверхность вообще B05)

Владельцы патента RU 2283368:

Нетаврованый Юрий Владимирович (RU)
Лупин Владимир Антонович (RU)
Губин Алексей Иванович (RU)
Перминов Владимир Павлович (RU)

Изобретение относится к литейному производству, в частности к технологии центробежного литья изделий с износостойким внутренним покрытием, и может быть использовано при изготовлении многослойных сосудов, трубопроводов, баллонов, соединительных деталей и других изделий. Способ включает размещение термитной смеси в полости изделия, его вращение, инициирование экзотермической реакции, расплавление термитной смеси, охлаждение наружной поверхности изделия и кристаллизацию расплавленной термитной смеси. Термитная смесь дополнительно содержит жидкотекучий материал. Охлаждение наружной поверхности изделия осуществляют при достижении его внутренней поверхностью температуры плавления металла изделия. Техническим результатом изобретения является создание способа, позволяющего изготавливать изделия с покрытием меньшей толщины и улучшенным регулированием теплоотвода.

Известен способ изготовления труб с износостойким внутренним покрытием (а.с. СССР №1678513, В 22 D 13/02, опубл. 23.09.1991), в котором трубу размещают в кокиле, в зазор между трубой и кокилем засыпают дробь, в полость трубы засыпают термит (смесь порошка алюминия Al и окалины железа Fe₂О₃), устанавливают кокиль в центрифугу, вращают кокиль, инициируют экзотермическую реакцию, получают расплав термитной смеси, после кристаллизации которого образуется износостойкое покрытие.

Количество термита, необходимого для наплавки, определяют соотношением

Р_т=(0,9-1,1)Р₃,

где Р_т - масса термита, кг;

Р₃ - масса заготовки, кг.

Опытами установлено, что верхний предел массы термитной смеси ограничен теплопоглощением трубой и дробью, а нижний - условиями осуществления экзотермической реакции и формированием качественного покрытия. Для исключения локального расплавления трубной заготовки следует уменьшать количество тепла (термитной смеси), но при недостатке тепла (термитной смеси) покрытие получается рыхлым, фрагментарным, т.е. некачественным.

Недостаток способа заключается в использовании избыточной массы термитной смеси и в связи с этим необходимости применения дроби для теплоотвода.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ изготовления труб с внутренним износостойким покрытием (а.с. СССР №804191, В 22 D 13/02, опубл. 18.02.1981), в котором трубу размещают в кокиле, в зазор между кокилем и трубой засыпают металлическую дробь и дополнительно ее уплотняют, в полость трубы засыпают термитную смесь, осуществляют экзотермическую реакцию при вращении кокиля, охлаждают наружную поверхность кокиля.

Недостатком способа является трудоемкость осуществления теплоотвода от трубы металлической дробью и охлаждением наружной поверхности кокиля. При возможном расплавлении (прожоге) трубы происходит сплавление трубы и дроби, что затрудняет ее извлечение из кокиля. Избыточная масса термитной смеси ухудшает качество труб и увеличивает стоимость износостойкого покрытия.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в снижении трудоемкости и стоимости способа изготовления изделий, улучшении регулирования теплоотвода и снижении толщины покрытия.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе изготовления цилиндрических изделий с внутренним износостойким покрытием, включающем размещение термитной смеси в полости изделия, его вращение, инициирование экзотермической реакции, расплавление термитной смеси, охлаждение наружной поверхности изделия и кристаллизацию расплавленной термитной смеси, согласно изобретению в термитную смесь дополнительно вводят жидкотекучий материал, а охлаждение наружной поверхности изделия осуществляют при достижении его внутренней поверхностью температуры плавления металла изделия.

Уменьшение трудоемкости и стоимости достигается за счет того, что цилиндрические изделия с износостойким покрытием изготавливают без кокиля и дроби.

Улучшение качества покрытия достигается за счет непосредственного отвода тепла от поверхности изделия путем его охлаждения, в частности, воздушно-водяной смесью, уменьшения массы термитной смеси, введения в термитную смесь легкоплавкого (жидкотекучего) материала (ЖТМ), например, магния, жидкого стекла и др.

Температура плавления стекла и его производных в два раза ниже температуры расплава термитной смеси, поэтому повышенная жидкотекучесть ЖТМ улучшает качество покрытия и позволяет уменьшить толщину износостойкого покрытия.

Непосредственное охлаждение наружной поверхности изделия при достижении его внутренней поверхностью температуры плавления металла позволяет более интенсивно осуществлять отвод тепла от поверхности изделия в управляемом режиме, регулировать скорость кристаллизации расплава термитной смеси.

Регулирование выделяющегося тепла при экзотермической реакции позволяет уменьшать массу термитной смеси.

Для сохранения тепла в расплаве в состав термитной смеси вводят жидкотекучий материал, который экранирует расплав термитной смеси и обеспечивает интервал времени для кристаллизации расплава без кристаллизационных трещин, пор, газовых и неметаллических включений.

Для обеспечения качественных показателей покрытия необходимо выполнить два условия: получить расплав термитной смеси и осуществить его кристаллизацию (охлаждение до определенной температуры). Для возбуждения экзотермической реакции, чем больше восстановителя (алюминия или магния) в термитной смеси, тем более интенсивно осуществляется экзотермическая реакция. Следовательно, для получения расплава термитной смеси в возможно меньший период времени необходимо увеличить процентное содержание восстановителя в термитной смеси.

Так как масса термитной смеси уменьшена по отношению к массе изделия, то вводится легкоплавкий компонент, который экранирует расплав термитной смеси. Увеличение периода кристаллизации термитного расплава позволяет выровнять толщину покрытия по всей длине изделия и обеспечить его качественную кристаллизацию.

Известно, что фронт горения термитной смеси распространяется с определенной скоростью по длине изделия, поэтому необходимо получить расплав термитной смеси по всей длине изделия (для обеспечения равномерной толщины покрытия) и его одновременную кристаллизацию. Таким образом, уменьшенный вес термитной смеси позволяет предотвратить расплав заготовки, повысить содержание восстановителя, обеспечивающего более интенсивное прохождение экзотермической реакции. Уменьшая теплоотвод в полость изделия, легкоплавкий жидкотекучий материал обеспечивает равномерную кристаллизацию расплава по всей длине изделия.

Количество жидкотекучего материала (ЖТМ) определяют из следующих условий. Опытами установлено, что толщина покрытия после кристаллизации термитного расплава примерно в 9,2-10 раз больше коэффициента отношения массы термитной смеси к массе обрабатываемого изделия. И для экранирования основного термитного расплава следует иметь слой расплава ЖТМ толщиной примерно 0,1-2 мм.

Способ изготовления цилиндрических изделий с износостойким внутренним покрытием осуществляют следующим образом.

Термитную смесь предлагаемого состава (например, восстановитель Al или Mg, Fe₂О₃, жидкое стекло) в определенном весовом соотношении помещают в полость изделия, в частности, в полость трубы, устанавливают трубу в устройство для ее вращения вокруг продольной оси. Вращают трубу до равномерного распределения термитной смеси на внутренней поверхности вращающейся трубы, возбуждают экзотермическую реакцию, после расплавления термитной смеси охлаждают наружную поверхность трубы, например, воздушно-водяной смесью, при достижении ее внутренней поверхностью температуры плавления. Контроль температуры наружной поверхности трубы осуществляют пирометром. Интенсивность теплоотвода регулируют напором и составом подаваемой охлаждающей смеси, поэтому исключается расплавление (прожог) трубы.

Для сохранения тепла в расплаве применяют легкоплавкий материал, например, жидкое стекло, который в процессе кристаллизации препятствует отводу тепла от расплава в полость трубы. После кристаллизации расплава охлаждение трубы и ее вращение прекращают.

Использование предлагаемого способа изготовления цилиндрических изделий позволяет снизить стоимость и толщину покрытия за счет меньшей массы термитной смеси и увеличения жидкотекучести расплава, повысить свойства покрытия за счет управления кристаллизацией термитного расплава, исключить расплавление трубной заготовки, уменьшить трудоемкость и время наплавки покрытия.

С помощью предлагаемого способа можно изготавливать трубы с износостойким покрытием для трубопроводов, транспортирующих абразивные и агрессивные среды, многослойные сосуды, баллоны, соединительные детали.

Способ изготовления цилиндрических изделий с внутренним износостойким покрытием, включающий размещение термитной смеси в полости изделия, его вращение, инициирование экзотермической реакции, расплавление термитной смеси, охлаждение наружной поверхности изделия и кристаллизацию расплавленной термитной смеси, отличающийся тем, что в термитную смесь дополнительно вводят жидкотекучий материал, а охлаждение наружной поверхности изделия осуществляют при достижении его внутренней поверхностью температуры плавления металла изделия.

Изобретение относится к способам нагрева и оплавления нанесенных на изделия полимерных порошковых покрытий и может быть использовано в любых областях промышленности для окрашивания изделий различной конфигурации.

Способ и установка для соединения прокаткой жидкого и твердого разнородных металлов // 2274515

Способ восстановления и повышения износостойкости изношенных деталей из сталей и чугунов // 2271913

Изобретение относится к машиноведению и ремонту деталей машин. .

Способ получения износостойкой поверхности у стальных деталей и двигатель, содержащий, по меньшей мере, одну такую деталь // 2239000

Изобретение относится к способу получения защитного покрытия на поверхности деталей из стали. .

Способ получения защитного покрытия на поверхности выполненных из чугуна деталей, а также двигатель, по меньшей мере, с одной выполненной из чугуна деталью, снабженной на своей поверхности защитным покрытием // 2235805

Изобретение относится к способу получения защитного покрытия на поверхности деталей из чугуна. .

Способ изготовления ванн для нанесения покрытий из расплава цинка // 2219285

Изобретение относится к обработке металлов немеханическими способами и может быть использовано при нанесении защитного слоя в ваннах для цинкования изделий из металла.

Способ нанесения защитного покрытия на поверхность металла, контактирующего с пищевыми продуктами // 2213806

Изобретение относится к области нанесения защитных антипригарных покрытий на изделия из металла, контактирующих с пищевыми продуктами, и может быть использовано для нанесения защитных покрытий на хозяйственную посуду, ранее бывшую в эксплуатации.

Блок цилиндров из легкого сплава, способ его изготовления и устройство для осуществления способа // 2212472

Изобретение относится к износостойким и трибологически оптимизированным рабочим поверхностям цилиндров. .

Способ нанесения на металлическую основу покрытия из термопластического материала // 2203349

Изобретение относится к нанесению покрытия из пластмассы на металлическую основу и может быть использовано в промышленности для изготовления консервных банок. .

Способ изготовления щелочного реагента для регенерации смазочного масла // 2140463

Изобретение относится к области машиностроения, энергетики, химии и нефтехимии, конкретно, к области получения щелочных многокомпонентных сплавов, в частности, , используемых в качестве щелочного реагента при регенерации смазочных масел.

Способ нанесения металлического покрытия на токопередающие поверхности разборных контактных соединений // 2301847

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при монтаже, ремонте и эксплуатационном обслуживании электротехнического оборудования ЛЭП, электрических станций, подстанций, контактных сетей электрифицированного транспорта, распределительных устройств промышленных предприятий и на заводах, выпускающих электротехническое оборудование

Способ электронно-лучевой наплавки покрытий с мультимодальной структурой // 2309827

Изобретение относится к способам электронно-лучевой наплавки плоских и цилиндрических поверхностей и может быть использовано как при изготовлении новых, так и при восстановлении поверхности изношенных деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного износа в сочетании с ударными нагрузками

Способ нанесения покрытий из металлических порошков на цилиндрические детали // 2338007

Изобретение относится к способам получения рабочих слоев на поверхностях полых цилиндрических деталей и может быть использовано для изготовления биметаллических втулок с покрытием одновременно на внутренней и наружной поверхностях или только на наружной поверхности, а также для восстановления таких деталей

Способ нанесения покрытия на стальную полосу и стальная полоса (варианты) // 2382833

Изобретение относится к способу нанесения покрытия на стальную полосу

Способ обработки контактных поверхностей разборного электрического контактного соединения // 2411305

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электротехническом оборудовании

Способ обработки инструмента из стали или твердосплавного инструмента // 2451108

Изобретение относится к технологиям, обеспечивающим повышение стойкости режущего и штампового инструмента за счет изменения состава и структуры их поверхностных слоев, и может быть использовано для увеличения эксплуатационного ресурса инструмента, увеличения производительности и качества обработки

Способ получения биметаллических подшипников скольжения // 2468265

Способ нанесения металлического покрытия на токопередающие поверхности разборных контактных соединений // 2516189

Изобретение может быть использовано при монтаже, ремонте и эксплуатационном обслуживании электротехнического оборудования ЛЭП, электрических станций, подстанций, контактных сетей и на заводах, выпускающих электротехническое оборудование. Токопередающую поверхность разборного контактного соединения (РКС) очищают и обезжиривают. После нанесения на нее жидкого флюса подогревают до температуры 65-70°C. После механической очистки и удаления остатков флюса наносят на токопередающую поверхность сплав на основе висмута, с температурой плавления 47-60°C, толщиной не более 0,1 мм. В результате процесса контактного твердо-жидкого плавления образуется покрытие. Через 3-4 минуты после нанесения сплава на токопередающие поверхности их охлаждают до температуры 40°C. Способ обеспечивает снижение переходного электрического сопротивления РКС, стабилизацию его величины на уровне начальной сборки в течение всего срока его эксплуатации и расширение области эффективного применения РКС. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Способ упрочнения металлических изделий с получением наноструктурированных поверхностных слоев // 2527511

Изобретение относится к способам упрочнения поверхности металлических материалов с помощью формирования наноразмерных покрытий путем воздействия лазерного излучения и может быть применено в различных отраслях промышленности для получения износостойких и антифрикционных покрытий. Формирование наноразмерного поверхностного покрытия осуществляют путем обработки поверхности металлических изделий легирующим сплавом, используемым в мелкодисперсной порошкообразной форме. Облучение поверхности сфокусированным оптическим тепловым лучом высокоэнергетического квантового генератора осуществляют путем перемещения лазерного луча с шагом в 25 микрон и с мощностью, достаточной для точечного расплавления слоя легирующего сплава, состоящего из нанокомпозитных систем, осуществляют вплавление слоя легирующего сплава в обрабатываемое изделие. Затем охлаждают поверхность обрабатываемой детали струей сжатого воздуха с температурой 20°C под давлением 8 кПа для кристаллизации легирующего сплава на металлической поверхности изделия с обеспечением дополнительного адгезионного сцепления слоя легирующего сплава с охлажденной поверхностью изделия без изменения структуры поверхности и с образованием на ней слоя легирующего сплава с нитридной и/или карбидной матрицей с нанокомпозитной структурой, при этом мощность лазерного излучения определяют выражением Р=1*10-2*V*C*T/L, в котором Р - мощность лазерного излучения, Вт, 1*10-2 - математическая константа, V - скорость перемещения лазерного луча по поверхности, мм/сек, С - теплоемкость легирующего сплава, Дж/К, Т - температура плавления легирующего сплава, К, L - толщина слоя легирующего сплава, мм. Повышается качество создаваемого на поверхности деталей покрытия, обладающего высокими жаростойкостью, коррозионной и эрозионной стойкостью. 3 ил., 1 пр.

Способ пассивирования поверхности для уменьшения загрязнения // 2554262

Изобретение относится к пассивированию нефтеперерабатывающего оборудования для уменьшения отложения загрязняющих веществ в оборудовании. Способ пассивирования поверхности нефтеперерабатывающего оборудования включает стадии нанесения на указанную поверхность первой смеси при температуре по меньшей мере 100°C и нанесения второй смеси при температуре по меньшей мере 100°C после того, как нанесена первая смесь, причем первая смесь содержит кислый эфир фосфорной кислоты, образующий комплексный полифосфатный слой, а вторая смесь содержит соль металла. При этом соль металла представляет собой карбоксилатную соль и выбрана из перечня, состоящего из октоата циркония, октоата титана, октоата ванадия, октоата хрома, октоата ниобия, октоата молибдена, октоата гафния, октоата тантала, октоата вольфрама и любой их комбинации. Изобретение обеспечивает получение на поверхности металлического нефтеперерабатывающего оборудования модифицированного металл-фосфатного покрытия, предотвращающего отложение загрязняющих веществ на поверхности металлического оборудования. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.