Способ нанесения покрытий

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности чугунных изделий с использованием неорганического порошка и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности при восстановлении формы и размеров металлических деталей, изготовлении и ремонте изделий, требующих герметичности, повышенной коррозионной стойкости, жаростойкости и адгезионно-кргезионной прочности. Технический результат - увеличение адгезионной прочности газодинамических покрытий на деталях. Способ включает нагрев сжатого воздуха, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в поток порошкового материала, содержащего порошки алюминия, цинка и карбида кремния, направление его на поверхность обрабатываемого изделия для формирования покрытия. При этом перед формированием покрытия на поверхность детали с помощью оборудования для электроискровой обработки наносится слой нихрома Х20Н80 ГОСТ 12766-90 электродом ⌀ 4 мм при силе тока 6 А, частоте вибрации электрода 250 Гц, время обработки 0,5 мин/см². 2 ил., 1 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности изделий, а именно к газодинамическим способам нанесения покрытий с использованием неорганического порошка, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности при восстановлении формы и размеров металлических деталей, изготовлении и ремонте изделий, требующих герметичности, повышенной коррозионной стойкости, жаростойкости и адгезионно-когезионной прочности.

Известен способ нанесения покрытий (патент РФ №2306368, МПК C23C 24/04, 2006) [1], заключающийся в подаче абразивного порошкового материала с размером частиц 30-300 мкм, нагреве сжатого воздуха, подаче его в сверхзвуковое сопло, формировании в сопле сверхзвукового воздушного потока, подаче в поток порошкового материала в сопле сверхзвуковым потоком и направлении его на поверхность обрабатываемого изделия, причем перед обработкой детали абразивным порошковым материалом на поверхность детали наносят флюс со временем активности 0,2-0,25 часа, содержащий до 30% хлористого аммония NH₄Cl, до 70% хлористого цинка ZnCl₂ и до 2% перманганата калия KMnO₄, и осуществляют нагрев поверхности по флюсу горелкой с окислительным пламенем до температуры (0,14-0,2)·Т_пл, где Т_пл - температура плавления чугуна.

Недостатком данного способа является низкая адгезионная прочность покрытия на чугунных деталях и усложненный технологический процесс.

Технический результат направлен на увеличение адгезионной прочности газодинамических покрытий на чугунных деталях и сокращение времени на технологический процесс.

Технический результат достигается тем, что в способе нанесения покрытия на чугунные детали, включающем нагрев сжатого воздуха, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в поток порошкового материала, предназначенного для формирования покрытия, и направление его на поверхность обрабатываемого изделия, причем перед нанесением покрытия на поверхность детали с помощью оборудования для электроискровой обработки наносится слой нихрома Х20Н80 ГОСТ 12766-90 электродом ⌀4 мм при силе тока 6 А, частоте вибрации электрода 250 Гц, времени обработки 0,5 мин/см².

Отличительными признаками от прототипа является то, что перед нанесением покрытия на поверхность детали с помощью установки для электроискровой обработки наносится слой нихрома Х20Н80 ГОСТ 12766-90 электродом ⌀4 мм при силе тока 6 А, частоте вибрации электрода 250 Гц, времени обработки 0,5 мин/см².

Заявленный способ соответствует категории «новизна» и позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенное отличие».

На фиг.1 приведена схема процесса нанесения покрытия с применением электроискровой обработки. На фиг.2 - зависимость адгезионной прочности газодинамического покрытия от шероховатости (R_z) и от марки электрода.

Способ осуществляется следующим образом.

На поверхность восстанавливаемой чугунной детали 1 наносится с помощью оборудования для электроискровой обработки слой 2 нихрома Х20Н80 ГОСТ 12766-90 электродом 3 при силе тока 6 А, частоте вибрации электрода 250 Гц, времени обработки 0,5 мин/см² (табл.1), при электроискровой обработке деталей изменяются физико-механические свойства материала и микрогеометрия поверхности, которая характеризуется продольными и поперечными параметрами профиля, определяющими его несущую способность. [2] К ним согласно ГОСТ 2789-73 относятся высота (Н_а, мкм), радиус (R_B, мкм), шаг волны - среднее расстояние между неровностями (S_m, мкм), высотные микронеровности профиля (R_max, R_z, R_p и R_a, мкм), средний радиус закругления вершин (r, мкм), число пятен фактического контакта (n_г), средняя площадь секущих сегментов (A_ср, мм²), после этого на образовавшийся слой 2 наносят газодинамическое покрытие 4 с помощью оборудования «ДИМЕТ 403», разработанного и изготовляемого Обнинским центром порошкового напыления [3].

Вследствие вышеизложенного можно сделать вывод, что при нанесении на поверхность чугунной детали предложенного слоя нихрома изменяются физико-механические свойства материала и микрогеометрия поверхности. Нанесенный на рабочую поверхность детали слой имеет прочную связь с основой, так как его образование сопровождается химическим и диффузным процессами, и, как следствие, увеличение адгезионной прочности газодинамических покрытий.

Пример реализации способа.

С использованием оборудования типа «БИТ 4» и «ДИМЕТ-403» восстанавливались образцы, вырезанные из чугунного картера раздаточной коробки (СЧ28) автомобиля УрАЛ 4320. При этом наносилось алюминий-цинковое покрытие толщиной 200-400 мкм. Порошковый материал, предназначенный для формирования покрытия, содержал порошок алюминия с размером частиц 1-50 мкм, порошок цинка с размером частиц 1-100 мкм и порошок карбида кремния с размером частиц 1-60 мкм. Сжатый воздух перед подачей в сверхзвуковое сопло нагревался до температуры 400°C, статистическое давление в месте ввода порошка в сопло поддерживалось 0,8-0,9 атм. [1]. На стадии подготовки поверхности на образцы наносился слой из нихрома Х20Н80 ГОСТ 12766-90 электродом ⌀4 мм толщиной 40-50 мкм. После его нанесения визуально наблюдалось изменение свойств поверхности и появление шероховатости подложки. Результаты определения адгезионной прочности для всех образцов представлены в таблице 1, а зависимость адгезионной прочности от шероховатости (R_z) и марки электрода представлены на фиг.2.

Таким образом, из приведенного выше примера и при реализации заявляемого способа подготовки поверхности основы лучшая адгезионная прочность напыленных газодинамических покрытий на чугунной основе по сравнению с прототипом, установленная по клеевой методике, составляет 44,9 МПа, при применении электроискровой наплавки нихрома Х20Н80 ГОСТ 12766-90 электродом ⌀4 мм на 7-ом энергетическом режиме установки (сила тока 6 А), частота вибрации электрода 250 Гц, время обработки 0,5 мин/см².

Источники информации

1. Пат. 2306368 Российская Федерация, МПК C23C 24/04 Способ нанесения покрытий [Текст] / Куприянов Г.В.; заявитель и патентообладатель РВАИ (RU). - №2006114201; заявл. 25.04.2006; опубл. 20.09.2007, Бюл. №26, - 4 с.: ил.

2. «Восстановление отверстий коренных опор блоков цилиндров двигателей КАМАЗ комбинированным способом» Материалы международной научно-технической конференции, 2001 г. [Текст]: А.В.Котин, П.В.Сенин, А.П.Грузинцев, С.Б.Сысуев, С.С.Кисняшкин - Саранск: Мордовский гос. университет, 2001. С.28-31 - Библиогр.: с.452.

3. Каширин А.И. Технология газодинамического нанесения металлических покрытий [Текст] / А.И.Каширин, Т.В.Буздыгар, А.В.Шкодкин // Сварщик. - 2003. - №6. С.23-25.

Таблица 1
Результаты определения адгезионной прочности газодинамических покрытий при применении предложенного способа подготовки поверхности основы
№ п/п	Толщина напыленного слоя, мкм	Материал эл-да, размер, мм	Энергетический режим установки	Рабочий ток, А	Шероховатость нанесенного слоя, Rz	Толщина нанесенного слоя, мкм	Адгезионная прочность, МПа
Прото- тип	200-400	нет	нет	нет	нет	нет	6,4
1	200-400	Cu, 8*4	2	2	12	5-10	13,9
2	200-400	Cu, 8*4	4	4	35	15-25	19,9
3	200-400	Cu, 8*4	7	6	50	15-25	28,3
4	200-400	Cu, 8*4	9	8,5	68	45-55	20,1
5	200-400	Al 11, ⌀4	2	2	11	5-10	15,3
6	200-400	Al 11, ⌀4	4	4	33	15-25	18,9
7	200-400	Al 11, ⌀4	7	6	45	45-55	23,9
8	200-400	Al 11, ⌀4	9	8,5	70	75-85	19,2
9	200-400	БрОС 9-4, 4*3	2	2	11	5-10	16,9
10	200-400	БрОС 9-4, 4*3	4	4	33	0,15	28,1
11	200-400	БрОС 9-4, 4*3	7	6	49	25-35	33,8
12	200-400	БрОС 9-4, 4*3	9	8,5	69	55-65	26,5
13	200-400	Х20Н80 ⌀4	2	2	10	5-10	25,3
14	200-400	Х20Н80 ⌀4	4	4	32	15-25	36,8
15	200-400	Х20Н80 ⌀4	7	6	53	45-55	44,9
16	200-400	Х20Н80 ⌀4	9	8,5	73	65-75	38,7

Способ нанесения покрытия на чугунные детали, включающий нагрев сжатого воздуха, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в поток порошкового материала, содержащего порошки алюминия, цинка и карбида кремния, направление его на поверхность обрабатываемой детали для формирования покрытия, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия на поверхность детали с помощью оборудования для электроискровой обработки наносится слой нихрома Х20Н80 ГОСТ 12766-90 электродом ⌀ 4 мм при силе тока 6 А, частоте вибрации электрода 250 Гц, времени обработки 0,5 мин/см².