Способ получения композиционного покрытия

Изобретение относится к способам получения композиционных покрытий и может быть использовано для покрытия изделий, требующих повышенной механической прочности, износо- и коррозионной стойкости. Способ включает ускорение в сверхзвуковом сопле частиц порошка потоком нагретого воздуха и напыление на поверхность изделия алюминиево-цинкового покрытия. Покрытие состоит из смеси порошков алюминия и цинка. Напыленное покрытие подвергают механической обработке и последующему анодному оксидированию с формированием на покрытии диэлектрического сетчатого слоя путем удаления из приповерхностной области покрытия цинка и преобразования алюминия в оксид алюминия. Технический результат: повышение механической прочности и улучшение коррозионных свойств.

 

Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к способам нанесения металлических порошков для восстановления изношенных поверхностей деталей, требующих высокой механической прочности и коррозионной стойкости.

Известен способ [1] получения покрытий, включающий нанесение смеси порошков алюминия и карбида кремния, ускоренной в сверхзвуковом сопле.

При получении покрытий значительной толщины данный способ требует значительных вложений, так как порошки алюминия и карбида кремния дорогостоящие, кроме того, карбид кремния частично проникает в структуру обрабатываемой поверхности (подложки) и может вызвать межкристаллическую коррозию, которая приводит к растрескиванию покрытия.

Наиболее близким по технической сути к изобретению является способ получения покрытий [2], включающий ускорение в сверхзвуковом сопле потоком предварительно нагретого воздуха и напыление на поверхность изделия покрытия из порошкового материала, содержащего смесь керамического, алюминиевого и цинкового порошков.

Данный способ предназначен для восстановления изношенных поверхностей различных деталей и обеспечивает получение восстановленных поверхностей с удовлетворительными прочностными свойствами.

Существенным недостатком этого способа является то, что он в силу присущих ему особенностей технологических приемов, например применения дорогостоящих керамических порошков корунда или карбида кремния, требует значительных вложений и не обеспечивает получения покрытий с повышенной механической прочностью и коррозионной стойкостью.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание способа, позволяющего получить недорогое покрытие с повышенной механической прочностью и высокими коррозионными свойствами.

Поставленная задача решается тем, что при использовании существенных признаков, характеризующих известный способ получения композиционного покрытия, который включает ускорение в сверхзвуковом сопле потоком предварительно нагретого воздуха частиц порошка и напыление на поверхность изделия алюминиево-цинкового покрытия из порошкового материала, состоящего из смеси порошков алюминия и цинка, отличается тем, что напыленное покрытие подвергают механической обработке и последующему анодному оксидированию с формированием на алюминиево-цинковом покрытии диэлектрического сетчатого слоя путем удаления из приповерхностной области покрытия цинка и преобразования алюминия в оксид алюминия.

Применение предложенного способа позволяет получить недорогое покрытие с повышенной механической прочностью и высокими коррозионными свойствами. В патентуемом способе предложено двухслойное композиционное покрытие. Первый слой покрытия наносят смесью алюминиевого и цинкового порошков. После механической токарной или фрезерной обработки осуществляют анодное оксидирование и при этом формируют второе дополнительное покрытие в виде диэлектрической сетки. При этом улучшаются прочностные характеристики покрытия, твердость и коррозионная стойкость покрытия возрастают.

Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что он отличается от известного формированием дополнительного покрытия в виде диэлектрической сетки оксида алюминия путем анодного оксидирования, что свидетельствует о наличии признаков, отличающих заявленное решение от прототипа.

В данном случае предложенная совокупность признаков позволяет существенно повысить механическую прочность и коррозионную стойкость композиционного покрытия, что свидетельствует о ее неочевидности для достижения более высокого технического результата и возможности промышленного осуществления заявляемого решения.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Смесь металлических порошков с диаметром частиц ~20 мкм на основе алюминия и цинка, взятую, например, в соотношении Al:Zn=50 об.%:50 об.%, ускоряют с помощью высокоскоростного воздушного потока, сформированного в сверхзвуковом сопле. Предварительно сжатый воздух нагревают до температуры 600°С. Ускоренный поток частиц порошка напыляют на обрабатываемую поверхность и получают покрытие с адгезией, например, к обрабатываемой поверхности (подложке) из алюминиевого сплава Д16Т не менее 47 МПа и микротвердостью покрытия не менее 745 МПа. Далее полученный слой подвергают механической токарной или фрезерной обработке и анодному оксидированию, в результате чего на поверхности формируется дополнительный слой оксида алюминия в виде поверхностной сетки и микротвердостью не менее 3000 МПа. Для анодного оксидирования образцов используют процесс глубокого анодного оксидирования в серной кислоте, который позволяет получать пленки оксида алюминия толщиной до 50 мкм. Подготовка поверхности для оксидирования сводится к обезжириванию и травлению в растворе каустической соды концентрацией 80÷120 г/л при температуре 335÷345 К и выдержкой не менее 2÷3 мин. При травлении алюминиевых сплавов на поверхности деталей остается черный налет легирующих компонентов - меди, железа и других примесей. Осветление деталей с удалением всех примесей производят в 10÷15%-ном растворе азотной кислоты. Для оксидирования применяют 20%-ный раствор серной кислоты при рабочей температуре от 263 до 267 К. Плотность тока в электролите равна 2,5 А/дм². Начальное напряжение между электродами составляет 20÷25 В и по мере роста пленки оксида алюминия напряжение повышают до 60÷80 В. Процесс оксидирования сопровождают непрерывным перемешиванием электролита. Для охлаждения электролита до температуры 263 К применяют холодильную установку.

В результате данной последовательности технологических операций получают композиционное покрытие с мягкой основой и твердой поверхностью, которое более устойчиво к возникновению микротрещин и имеет повышенную микротвердость, износо- и коррозионную стойкость.

Исследована прочность покрытия Al:Zn=50 об.%:50 об.% до и после анодного оксидирования. В качестве образцов подложек использованы заготовки из алюминиевого сплава Д16Т размером 8×2×40 мм. Прочность покрытия определена как усилие на трехточечный прогиб, при котором разрушается покрытие. Покрытие, не подвергнутое анодному оксидированию, разрушается при усилии 1084.0 Н. Анодное оксидирование покрытия повышает усилие разрушения до 1772.0 Н. Из проведенных испытаний следует, что анодное оксидирование повышает механическую прочность композиционного покрытия.

Экспериментально подтверждено, что заявляемый способ в сравнении с прототипом позволяет получать защитные покрытия с повышенной коррозионной стойкостью и механической прочностью и может иметь расширенную область применения.

Библиографические источники

1. Патент №2166421 RU, кл. C23C 24/04, опуб. 10.05.2001.

2. Патент №2183695 RU, кл. C23C 24/04, опуб. 20.06.2002.

Способ получения композиционного покрытия, включающий ускорение в сверхзвуковом сопле потоком предварительно нагретого воздуха частиц порошка и напыление на поверхность изделия алюминиево-цинкового покрытия из порошкового материала, состоящего из смеси порошков алюминия и цинка, отличающийся тем, что напыленное покрытие подвергают механической обработке и последующему анодному оксидированию с формированием на алюминиево-цинковом покрытии диэлектрического сетчатого слоя путем удаления из приповерхностной области покрытия цинка и преобразования алюминия в оксид алюминия.