Способ нанесения покрытия на металлическую основу
Владельцы патента RU 2487191:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к технологии получения покрытий и может быть использовано в машиностроении при изготовлении или восстановлении деталей. Способ нанесения покрытия включает предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 300-500°С, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошковой смеси с обеспечением ее ускорения воздушным потоком и нанесения на поверхность детали. В качестве порошковой смеси используют смесь, содержащую порошки меди и оксида алюминия, а при нанесении покрытия поток частиц порошковой смеси направляют под углом α=82-84° к поверхности детали. Технический результат - увеличение адгезии покрытия к основе. 1 ил., 2 пр.
Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности изделий, а именно к способам получения покрытий с использованием неорганического порошка, и может быть использовано в различных отраслях машиностроении, в частности при изготовлении или восстановлении изношенных деталей машин для придания их поверхности повышенных коррозионно- и износостойких, электротехнических, а так же иных свойств.
Известен способ нанесения покрытий на поверхность детали машины путем нанесения порошковых металлов, ускоренных подогреваемым газовым потоком в сверхзвуковом сопле.
(см. авт.свид. СССР 1618778, С23С 4/00, 1986 г.).
В этом способе обеспечивается ускорение частиц порошка до высоких скоростей (650-1200 м/сек), что позволяет получать покрытия с повышенной прочностью сцепления и невысокой пористостью.
Однако этот способ сравнительно дорог и технически сложен, так как для его реализации необходимо использовать дорогостоящие газы (например, гелий) и высокое давление рабочего газа (15-20 атм).
Наиболее близким к заявляемому решению является способ нанесения покрытий на поверхность детали машины, включающий предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 300-500°С, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошковой смеси с обеспечением ее ускорения воздушным потоком и нанесения на поверхность детали
(см. Патент РФ 2038411, С23С 4/00, 1993 г.).
В этом способе в качестве основы используют поверхность детали из стали. Нагрев сжатого воздуха до 300-500°С осуществляют перед входом в сверхзвуковое сопло. Нагретый воздух, проходя сужение в сверхзвуковом сопле, ускоряется и с помощью образующегося за узкой частью сопла разряжения, затягивает порошковую смесь и разгоняет ее в разгонной части сопла и выбрасывает на металлическую основу. Напыление осуществляют под прямым углом к поверхности детали.
Этот способ обеспечивает получение покрытий при относительно невысоких затратах.
Недостаток известного способа в низкой адгезионной прочности покрытия.
Задачей заявляемого решения является улучшение качества покрытий, а именно повышение прочности сцепления покрытия с основой.
Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе нанесения покрытий на поверхность детали машины, включающем предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 300-500°С, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошковой смеси с обеспечением ее ускорения воздушным потоком и нанесения на поверхность детали, причем в качестве порошковой смеси используют смесь, содержащую порошки меди и оксида алюминия, а при нанесении покрытия поток частиц порошковой смеси направляют под углом α=82-840° к поверхности детали.
Сущность изобретения состоит в том, что на периферии газового потока его температура и скорость за счет соприкосновения с внешней средой ниже, чем в центре, качество различных участков нанесенного покрытия может отличаться друг от друга. Поэтому улучшение и стабилизация показателей качества покрытия могут быть достигнуты путем оптимизации геометрического расположения поверхности основы относительно направления потока.
Согласно изобретению адгезионную прочность покрытия измеряли в соответствии с ГОСТ 9.304-87. «Покрытия газотермические. Общие требования и методы контроля». В качестве подложки (металлической основы) брали пластины из стали и титана, в качестве материала покрытия - механическую смесь оксида алюминия и меди.
Способ иллюстрируют примерами выполнения.
Пример 1. Осуществляют предварительный нагрев сжатого воздуха до 300°С в камере, из которой воздух подают в сверхзвуковое сопло. Далее за соплом вводится механическая смесь оксида алюминия и меди. Напыление осуществляют под различными углами от 90° (известный способ) до 72° к металлической основе из стали.
Результаты испытаний представлены в виде графика (фиг.1а) зависимости величины адгезии покрытия к подложке от угла α наклона потока частиц к поверхности металлической основы.
Пример 2. Осуществляют предварительный нагрев сжатого воздуха до 500°С в камере, из которой воздух подают в сверхзвуковое сопло. Далее за соплом вводится механическая смесь оксида алюминия и меди. Напыление осуществляют под различными углами от 90° (известный способ) до 72° к металлической основе из титана.
Результаты испытаний представлены в виде графика (фиг.1б) зависимости величины адгезии покрытия к подложке от угла наклона потока частиц к поверхности металлической основы.
Как видно на графике, величина адгезии покрытия, нанесенного предложенным способом, по сравнению с известным повысилась с 23,1 МПа до 27,4 МПа и с 41,2 МПа до 48,5 МПа.
Таким образом, использование предложенного способа позволяет увеличить адгезию покрытия к подложке приблизительно на 18,6%, что улучшает качество покрытий и, соответственно, повышает надежность изделий, на которые оно нанесено.
Способ нанесения покрытия на поверхность детали машины, включающий предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 300-500°С, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошковой смеси с обеспечением ее ускорения воздушным потоком и нанесения на поверхность детали, отличающийся тем, что в качестве порошковой смеси используют смесь, содержащую порошки меди и оксида алюминия, а при нанесении покрытия поток частиц порошковой смеси направляют под углом α=82-84° к поверхности детали.
