Способ получения интерметаллических покрытий с использованием механохимического синтеза и последующей лазерной обработки

Изобретение относится к способу создания интерметаллических покрытий на основе соединений NiAl и Ni3Al. Осуществляют механоактивационную обработку в шаровой мельнице в течение 30-60 минут совместно с металлическим изделием, на которое наносится покрытие. Затем проводят лазерную обработку полученного покрытия мощностью 100-200 Вт и со скоростью сканирования 40-80 мм/c. В качестве подложки используются различные металлы и сплавы, такие как сталь, титан, алюминий, никель. В качестве покрытия наносится смесь порошков Ni и Al в пропорции 1:1 по массе. Техническим результатом изобретения является получение покрытий, обладающих высокой твердость и коррозионной стойкостью, с заменой длительного отжига на высокоэффективную лазерную обработку. 4 ил., 1 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к области создания защитных покрытий, а именно к технологии механосинтеза интерметаллических покрытий из смеси металлических порошков. Полученные покрытия на основе интерметаллических соединений обладают высокой коррозионной стойкостью, жаропрочностью и жаростойкостью, износостойкостью. Особенностью данного способа получения покрытий явилась замена стандартного отжига в печи после процесса механосинтеза на лазерную обработку. После лазерной обработки происходит гомогенизация покрытия, устраняются дефекты в виде трещин и пор.

В патенте [Патент RU 2003 122 967 А. Опубликовано: 27.01.2005] приведен способ получения интерметаллидных покрытий путем газотермического напыления разогретой смеси порошков на подложку. В качестве основы использую кобальт, никель или железо. При напылении происходит самораспространяющийся высокотемпературный синтез.

В патенте [Патент RU 167018 U1. Опубликовано: 20.12.2016] рассмотрен способ получения слоистого композиционного материал системы «металл-интерметаллид», включающий чередующиеся слои пластичного металла и упрочненного слоя из интерметаллида. упрочненный слой имеют толщину от 10-8 до 5*10-6 м, а размер частиц интерметаллидов в слое составляет от 10-9 м до 10-7 м. Такие слоистые материалы получены по средством искрового плазменного спекания. Основным недостатком данного изобретения является то, что данным методом нельзя получить покрытия на уже готовой детали и наличие отдельных частиц интерметаллидов в материале. В этом случае композит обладает низкими прочностными характеристиками. Предлагаемый же способ механосинтеза с последующем лазерным отжигом позволяет получить равномерное гомогенное покрытие.

Способ получения интерметаллидов методом взрыва описан в патентах [Патент RU 2350442 С2. Опубликовано: 27.03.2009]. Данный метод позволяет получать пластины с износостойкими покрытиями, но сама технология требует высоких температур обработки до 1000°С и сварки взрывом, поэтому это не подходит для материалов с низкой температурой плавления и для готовых изделий. Лазерная обработка же в предлагаемой нами технологии позволяет производить локальный нагрев и избегать деформаций и структурных изменений в материале, на который нанесено покрытие.

О технологии электродуговой наплавки жаростойких покрытий на базе Fe3Al на стальную подложку заявлено в патенте [Патент RU 2414336 C1. Опубликовано: 20.03.2011]. Наплавку производят проволокой, содержащей Fe и Al. После наплавки производят термическую обработку, которая необходима для формирования интерметаллидной фазы Fe3Al с содержанием алюминия 20-25% по массе. Представленный способ наиболее близок к тому методу, который представлен нами. Отличием является то, что для наплавки необходима проволока.

Техническим результатом настоящего изобретения является разработка высокоэффективного и надежного способа создания интерметаллических защитных покрытий высокой плотности и стойкости на поверхности металлических изделий. Исключение дорогостоящих материалов при создании подобных покрытий. Замена стандартного длительного отжига покрытия на высокоэффективную лазерную обработку поверхности. Данный технический результат может иметь решение за счет возможностей технологий механоактивационной обработки и лазерной обработки.

Технический результат получения интерметаллических покрытий для защиты поверхности изделий из металлов включает механоактивационную обработку смеси порошков интерметаллического соединения в шаровой мельнице совместно с металлическим изделием продолжительностью 30-60 минут для получения покрытия, и последующую лазерную обработку получившегося покрытия в диапазоне мощностей 100-200 Вт и скоростью сканирования 40-80 мм/с для получения равномерного покрытия.

Для пояснения сущности изобретения были представлены графические изображения.

Где на фигуре 1 представлена схема получения покрытия на образце из Fe с покрытием из NiAl.

На фигуре 2 - Микроструктура покрытия NiAl после МА - 60 мин. Увеличение ×1500.

На фигуре 3 - Микроструктура покрытия NiAl после лазерной обработки с плотностью энергии 4,3 Дж/мм2. Увеличение ×1500.

На фигуре 4 - Поляризационная кривая полученная при коррозионных испытаниях покрытия.

Технология включает в себя:

1. Добавление требуемого количества порошков металлов Ni и Al в вибрационную мельницу. Компоненты отмеряются по массе в зависимости от стехиометрического соотношения в формуле интерметаллида NiAl или Ni3Al. Компоненты нужно смешивать в соотношении 25 масс. % Ni и 75 масс. % Al для Ni3Al и 50 масс % Ni и 50 масс. % Al для NiAl. Общая масса смеси составляет 10% от веса шаров в вибрационном активаторе. В случае, если масса шаров составляет 20 гр., то масса смеси порошков равна 2 гр.

2. Механоактивационная обработка смеси порошков металлов происходит в вибрационной шаровой мельнице с одновременным нанесением покрытия на поверхность изделия. Изделие представляет собой металлическую пластину. Получение интерметаллического соединения NiAl и Ni3Al на поверхности изделия происходит при помощи механоактивационной обработки в течение 60 минут.

3. После нанесения покрытия на металлическое изделие его поверхность обрабатывают лазерным излучением по заданным режимам.

Предлагаемый способ получения интерметаллических покрытий позволяет заменить стандартный отжиг покрытия, который проводится для устранения дефектов в виде пор, трещин и для гомогенизации покрытия, на лазерный отжиг. Лазерная обработка требует меньше времени. При лазерной обработке происходит нагрев только поверхностных слоев, что позволяет избежать структурных изменений и короблений в изделии.

Пример 1

Смесь порошков Ni и Al в соотношении 50 масс. % к 50 масс. % и изделие из Fe в виде пластинки толщиной 4 мм и диаметром 30 мм подвергались обработке в вибрационной шаровой мельнице продолжительностью 60 минут (при таком времени обработки достигается необходимая толщина покрытия на поверхности металлического изделия). После получения покрытия NiAl на поверхности пластины (Фигура 1) проводилась лазерная обработка. Обработка проводится в течении 1 минуты по режиму с удельной плотностью энергии 4,3 Дж/мм2, указанному в Таблице 1. При таком времени обработки на поверхности изделия получается равномерное гомогенное покрытие. Режимы обработки зависят от типа материала изделия и от типа интерметаллического покрытия.

Полученное покрытие для подтверждения результата исследовалось методами оптической и электронной микроскопии, проводился рентгеноструктурный анализ (Фигура 2 и 3) и измерялась твердость. Также проводились коррозионные испытания, которые подтвердили, что покрытие из NiAl является более стойким к агрессивным средам, чем изделие из Fe (Фигура 4). Характеристики и режимы лазерной обработки представлены в Таблице 1.

Способ получения интерметаллического покрытия на поверхности металлического изделия в виде пластины, отличающийся тем, что покрываемую пластину устанавливают в вибрационной шаровой мельнице, затем осуществляют механоактивационную обработку пластины смесью порошков Ni и Al в пропорции 1:1 по массе, входящих в состав интерметаллического покрытия, в течение 30-60 мин, после чего проводят обработку полученного покрытия лазерным излучением мощностью 100-200 Вт со скоростью сканирования 40-80 мм/с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металловедения, а именно к химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения, к решению проблемы трения и износа, и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности.

Изобретение относится к способу подготовки подложки к нанесению металлического покрытия посредством термического напыления. Наносят слой адгезива на покрываемую зону, причем слой имеет однородную толщину более 10 мкм и менее 100 мкм.

Изобретение относится к устройствам для создания высокотемпературных высокоскоростных потоков частиц, которые могут быть использованы, в частности для нанесения порошкового покрытия на изделия любой формы.

Изобретение относится к технологии напыления газотермических покрытий и может быть использовано в машиностроении, авиационной и ракетно-космической технике, станкостроении, нефтегазодобывающей промышленности, энергетике и в городских сетях.

Изобретение относится к гальваностегии, в частности к нанесению защитных никелевых покрытий на изделия из циркония и сплавов на его основе, и может найти применение в области атомной энергии при производстве уран-циркониевых твэлов при подготовке поверхности перед гальваническим никелированием.

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения, к проблеме трения и износа и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности.

Изобретение относится к технологии получения покрытий и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении или восстановлении деталей для придания поверхности повышенных характеристик сопротивления коррозии.

Изобретение относится к нанесению покрытия из антифрикционного твердого сплава на металлическую подложку. На поверхность металлической подложки размещают порошковый материал, состоящий из слоев титанового порошка и смеси порошков карбида хрома и титана в соотношении 78 мас.

Изобретение относится к способам нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие и к металлическому изделию с указанным покрытием. Способ нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие включает холодное напыление алюминида титана на изделие для формирования покрытия из алюминида титана, причем покрытие из алюминида титана включает тонкую гамма/альфа2 структуру, а алюминид титана, нанесенный на изделие холодным напылением, имеет состав, включающий 45 мас.

Изобретение относится к способу газодинамического напыления антикоррозионного покрытия из коррозионно-стойкой композиции на поверхности контейнера для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива, выполненного из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом и может быть использовано, например, для покрытия полости контейнера, служащей для приема отработавшего ядерного топлива.

Изобретение относится к способу лазерного скрайбирования полупроводниковой заготовки и может использоваться для эффективного и быстрого разделения полупроводниковых устройств, выполненных на твердых и сплошных подложках (6).

Изобретение относится к области прецизионной микрообработки материалов, в частности к способу резки стекол при помощи гребенки лазерных импульсов фемтосекундной длительности, и может быть использовано для прецизионной резки стекла на предприятиях и в научно-исследовательских центра.

Изобретение относится к способу неинвазивной очистки металлических деталей от антиадгезионных покрытий на основе полимеров и может быть использовано в машиностроении, приборостроении и спецхимии для увеличения времени бездефектной эксплуатации деталей.
Изобретение относится к способам изготовления малогабаритных атомных ячеек с парами атомов щелочных металлов и может быть использовано при изготовлении квантовых датчиков и приборов различного применения.

Изобретение относится к способу обработки поверхности сплава никелида титана. Поверхность сплава никелида титана сканируют лучом лазера с плотностью мощности луча 1,5-0,5⋅107 Вт/мм2, средней мощностью лазерного облучения 0,48-56,2 Вт, с частотой импульсов 10-200 кГц и скоростью сканирования луча лазера 100-2000 мм/с.

Способ относится к технологии восстановления деталей газотурбинных двигателей с тонкостенными элементами и может быть использовано в турбомашиностроении. Способ включает предварительное удаление следов приработки с торца тонкостенного элемента детали.

Изобретение относится к системе для автоматической подстройки сканирующей системы установки селективного лазерного сплавления. Видеокамера системы с объективом соединена с устройством управления, а маркеры расположены в поле зрения объектива видеокамеры на ростовой подложке рабочего стола.

Изобретение относится к способу сверхзвуковой лазерной наплавки порошковых материалов и устройству, его реализующему, и может быть использовано при лазерной порошковой наплавке.

Изобретение относится к способу лазерной обработки, предназначенному для разделения полупроводниковых устройств, выполненных на одной подложке (6), а также для разделения жестких и твердых подложек (6) большой толщины.

Изобретение относится к способу изготовления деталей из жаропрочных сплавов на основе никеля, предназначенных для работы в условиях повышенных температур в газотурбинных двигателях.

Изобретение относится к способу создания интерметаллических покрытий на основе соединений NiAl и Ni3Al. Осуществляют механоактивационную обработку в шаровой мельнице в течение 30-60 минут совместно с металлическим изделием, на которое наносится покрытие. Затем проводят лазерную обработку полученного покрытия мощностью 100-200 Вт и со скоростью сканирования 40-80 ммc. В качестве подложки используются различные металлы и сплавы, такие как сталь, титан, алюминий, никель. В качестве покрытия наносится смесь порошков Ni и Al в пропорции 1:1 по массе. Техническим результатом изобретения является получение покрытий, обладающих высокой твердость и коррозионной стойкостью, с заменой длительного отжига на высокоэффективную лазерную обработку. 4 ил., 1 пр., 1 табл.

Наверх