Способ получения износостойкого покрытия

Изобретение относится к способу получения износостойкого покрытия. Способ включает нанесение порошкового материала на обрабатываемую поверхность и последующую лазерную наплавку. Дополнительно осуществляют повторное плавление нанесенного покрытия непрерывным лазерным излучением на глубину 100…400 мкм при мощности лазерного излучения 2,0…2,3 кВт, при скорости перемещения лазерного луча по наплавляемой поверхности 10…15 мм/с, при диаметре пятна 6…8 мм до формирования высокодисперсной дендритно-ячеистой структуры. Плавление нанесенного покрытия лазерным излучением осуществляют с помощью многоканального лазера с перекрытием дорожек 10…15%. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение абразивной износостойкости наплавленного покрытия. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 3 пр.

 

Изобретение относится к металлургии и машиностроению и может быть использовано для повышения абразивной износостойкости деталей и покрытий из никелевых сплавов.

Известен способ гибридной технологии нанесения покрытия, сочетающий в себе плазменное напыление порошка системы NiCrBSi и последующее лазерное плавление (Serres, N., Hlawka, F., Costil, S., Langlade, C., Machi, F. Microstructures of metallic NiCrBSi coatings manufactured via hybrid plasma spray and in situ laser remelting process // Journal of thermal spray technology. 2011. V. 20. №1-2. P. 336-343.). Последующее плавление лазерным лучом нанесенного покрытия состава NiCrBSi позволяет устранить ряд дефектов, возникающих при напылении.

К недостаткам данного способа следует отнести пористость, низкую прочность соединения покрытия с основой при плазменном напылении порошка, не определено влияние параметров микроструктуры покрытия системы NiCrBSi на абразивную износостойкость.

Наиболее близким по технической сущности является способ получения износостойкого покрытия (Григорьянц А.Г. Шиганов И.Н., Мисюров А.И. Технологические процессы лазерной обработки. М: МГТУ, 2006. С. 334-337), включающий предварительное нанесение порошка системы NiCrBSi на обрабатываемую поверхность путем насыпания, выравнивание слоя порошка по толщине и последующее его плавление лазерным лучом с минимальным проплавлением подложки.

Недостатком данного способа является сложность одновременного получения бездефектного покрытия и высоких функциональных свойств наплавленного металла.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа получения износостойкого покрытия с формированием высокодисперсной дендритно-ячеистой структуры.

Техническим результатом заявленного изобретения является повышение абразивной износостойкости наплавленного покрытия.

Поставленная проблема и указанный технический результат достигаются тем, что способ получения износостойкого покрытия включает нанесение порошкового материала на обрабатываемую поверхность и последующую лазерную наплавку. Согласно изобретению дополнительно осуществляют повторное плавление нанесенного покрытия непрерывным лазерным излучением на глубину 100…400 мкм при мощности лазерного излучения 2,0…2,3 кВт, при скорости перемещения лазерного луча по наплавляемой поверхности 10…15 мм/с, при диаметре пятна 6…8 мм до формирования высокодисперсной дендритно-ячеистой структуры. Плавление нанесенного покрытия лазерным излучением осуществляют с помощью многоканального лазера с перекрытием дорожек 10…15%.

Проведение повторного лазерного плавления наплавленного покрытия лазерным излучением позволяет в результате перекристаллизации сплава на глубине 100…400 мкм сформировать дендритно-ячеистую микроструктуру литого металла с меньшим размером дендритного параметра d, что существенно повышает абразивную износостойкость снижая значения характеристик изнашивания поверхности. При глубине расплавления более 400 мкм снижается скорость кристаллизации расплава и формируется более грубая структура с большей величиной дендритного параметра d, износостойкость снижается. Расплавление поверхности покрытия на глубину менее 100 мкм для большинства деталей не эффективно.

Мощность непрерывного излучения лазера 2,0…2,3 кВт обеспечивает расплавление и последующую высокоскоростную кристаллизацию поверхностного слоя покрытия на глубину 100…400 мкм. При мощности излучения лазера менее 2,0 кВт наблюдают малую глубину расплавленного слоя или процесс плавления поверхности покрытия не происходит, а при мощности более 2,3 кВт - наблюдается расплавление покрытия на большую глубину. При этом скорость кристаллизации расплава снижается, что приводит к формированию более грубой микроструктуры с большим значением дендритного параметра d, а, следовательно, снижается абразивная износостойкость наплавленного покрытия.

Скорость перемещения лазерного луча по поверхности покрытия 10…15 мм/с позволяет получить время экспозиции 0,4…0,6 с, что достаточно для прогрева и расплавления поверхности покрытия на глубину 100…400 мкм. При скорости перемещения лазерного луча по наплавляемой поверхности менее 10 мм/с происходит увеличение времени экспозиции, что снижает скорость кристаллизации расплава и приводит к формированию более грубой микроструктуры с большим значением дендритного параметра. Абразивная износостойкость наплавленного покрытия снижается. При скорости перемещения лазерного луча более 15 мм/с - время экспозиции уменьшается, поверхностный слой не успевает расплавиться или расплавляется на малую глубину.

Диаметр пятна лазерного луча 6…8 мм обеспечивает высокую степень однородности интегрального тепловложения при лазерной обработке и является оптимальным для используемых многоканальных лазеров.

Перекрытие дорожек 10…15% при плавлении поверхности покрытия осуществляли с помощью многоканального лазера, имеющего более однородное распределение плотности мощности в пятне по сравнению с однолучевыми. Плавление поверхности покрытия с перекрытием дорожек более чем 15% менее производительно, а с перекрытием дорожек менее 10% формируется неоднородный по глубине расплавленный слой.

Изобретение поясняется рисунком, где на фиг. представлена графическая зависимость характеристик изнашивания от размера дендритного параметра d.

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1

Порошковую наплавку и последующее лазерное плавление выполняли с помощью многоканального (40 лучей) СО2-лазера на комплексе модели АЛТКУ-3. Для наплавки использовали самофлюсующийся гранулированный порошок на никелевой основе марки ПГ-19Н-01 с химическим составом, % (масс): 0,3…0,6 С; 3,9…14 Cr; 1,7…2,5 В; 1,2…3,2 Si; 3,2…5,0 Fe; 0,8…1,3 Al, ост. - Ni (ТУ 48-19-383-91). Материалом подложки служила углеродистая конструкционная сталь 30 (ГОСТ 1050-88). Присадочный материал предварительно наносили на поверхность подложки с помощью специального трафарета, выравнивали по толщине и производили его плавление лазерным лучом с перекрытием валиков 30%. Наплавку проводили на следующих режимах: мощность непрерывного излучения лазера - 2,3 кВт, скорость перемещения лазерного луча по наплавляемой поверхности 5 мм/с, диаметр пятна 6 мм. Повторного лазерного плавления полученного покрытия не выполняли. При кристаллизации сплава сформировалась дендритно-ячеистая структура с размером дендритного параметра d=6,75 мкм.

Испытание на изнашивание образцов проводили о закрепленный абразив по схеме шар - плоскость. В качестве контробразца использовали стальной сферический наконечник с алмазным напылением. Диаметр наконечника равен 1,6 мм, размер алмазного зерна составлял 40…50 мкм.

К контакту прикладывали нагрузку в 50 г. Тангенциальные возвратно-поступательные перемещения контробразца осуществлялись электромеханическим приводом с питанием от генератора импульсов с частотой 20 Гц. Каждый образец подвергался испытанию в течение 5,5 часов. Путь трения составлял 4750 м. Рассчитывали стандартные характеристики изнашивания (ГОСТ 27674-88): скорость изнашивания u, линейную Ih и объемную IV интенсивности изнашивания. Результаты испытаний представлены в таблице 1.

Пример 2

Пример осуществлялся аналогично приведенному выше примеру, но после наплавки поверхность покрытия повторно плавили с помощью непрерывного лазерного излучения на следующих режимах: мощность излучения лазера - 2,0 кВт, скорость перемещения лазерного луча по поверхности 10 мм/с, диаметр пятна 6 мм.

В повторно расплавленном слое сформировалась более дисперсная структура сплава с размером дендритного параметра d=4,25 мкм. Результаты испытаний на изнашивание образца представлены в таблице 1.

Пример 3

Пример осуществлялся аналогично приведенному выше примеру, но после наплавки поверхность повторно плавили с помощью непрерывного лазерного излучения на следующих режимах: мощность излучения лазера - 2,7 кВт, скорость перемещения лазерного луча по поверхности 10 мм/с, диаметр пятна 6 мм.

Сформировалась структура сплава с размером дендритного параметра d=8,04 мкм. Результаты испытаний на изнашивание образца представлены в таблице 1.

Согласно данным таблицы 1, при повторном лазерном плавлении в зависимости от получаемого размера дендритного параметра возможно как повышение, так и снижение абразивной износостойкости покрытия по сравнению с наплавленным металлом. Параметром микроструктуры, оказывающим определяющее влияние на абразивную износостойкость покрытия, является расстояние между дендритными ветвями второго порядка или дендритный параметр d. Наблюдается линейная зависимость между дендритным параметром d и характеристиками изнашивания (фиг.), уравнение связи можно записать в общем виде: у=a1d+a0, где у - характеристика изнашивания, а1 и а0 параметры уравнения. Значения параметров уравнения и а0 с доверительными интервалами при доверительной вероятности 0,95 и их стандартные отклонения σ приведены в таблице 2.

Значения линейного коэффициента корреляции между характеристиками изнашивания и дендритным параметром и их стандартные отклонения σ даны в таблице 3. Коэффициент корреляции, равный единице, означает функциональную зависимость между характеристиками изнашивания и дендритным параметром. Параметры уравнений регрессии и коэффициенты корреляции, приведенные в таблицах 2 и 3, значимы на уровне р<0,05.

Предлагаемое изобретение находится на стадии опытно-промышленных исследований и испытаний.

1. Способ получения износостойкого покрытия, включающий нанесение порошкового материала на обрабатываемую поверхность и последующую лазерную наплавку, отличающийся тем, что дополнительно осуществляют повторное плавление нанесенного покрытия непрерывным лазерным излучением на глубину 100…400 мкм при мощности лазерного излучения 2,0…2,3 кВт, скорости перемещения лазерного луча по наплавляемой поверхности 10…15 мм/с и диаметре пятна 6...8 мм до формирования высокодисперсной дендритно-ячеистой структуры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плавление нанесенного покрытия непрерывным лазерным излучением осуществляют с помощью многоканального лазера с перекрытием дорожек 10…15%.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу гибридного лазерного шаржирования поверхности образца. Способ включает подачу направленного потока газопорошковой смеси на поверхность обрабатываемого образца с одновременным созданием на его поверхности твердожидкой области с помощью лазерного луча и перемещением образца относительно лазерного луча и газопорошковой смеси.

Изобретение относится к обрабатывающей головке (1) для обработки поверхности посредством лазерного луча. Обрабатывающая головка (1) включает в себя канал (2) для прохода лазера, имеющий продольную ось (A), по меньшей мере один канал (3) для подвода порошка и канал (4) охлаждения для охлаждения обрабатывающей головки (1).

Изобретение относится к области получения жаростойких материалов и может быть использовано для нанесения высокотемпературных антиокислительных защитных покрытий на особожаропрочные конструкционные материалы (углерод-углеродные и углерод-керамические композиционные материалы, углеграфитовые материалы, сплавы на основе Nb, Мо, W), широко применяемые в авиакосмической, ракетной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу формирования функционально-градиентного покрытия селективной лазерной наплавкой. В фокус лазерного излучения подают порошковый материал по крайней мере из двух автономно работающих дозаторов, в одном из которых находится порошок с низкой микротвердостью (менее HRC30) и высоким коэффициентом термического расширения (КТР) (более 9*10-6 К-1), а в другом - с высокой микротвердостью (более HRC70) и низким КТР (менее 6*10-6 К-1).

Изобретение относится к способу защиты подшипников электрических машин от повреждений электрическим током. Обезжиривают сопрягаемые поверхности внутреннего и наружного колец подшипника.

Изобретение относится к способу плазменного нанесения наноструктурированного теплозащитного покрытия. Предварительно на срезе сверхзвукового сопла плазмотрона устанавливают конический насадок, внутренняя поверхность которого образует с внутренней поверхностью сопла излом, что позволяет после излома установить давление плазмы с напыляемым веществом в пристеночной части насадка равным давлению в вакуумной камере.

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 установке для получения наноструктурированных покрытий из материалов с эффектом памяти формы на поверхности детали. Установка выполнена с возможностью достижения в вакуумной камере давления 2÷4 бар.

Изобретение относится к технологии плазменной обработки изделий, а более конкретно к электродуговым плазматронам, предназначенным для напыления порошковых материалов, включая тугоплавкие металлы.

Изобретение относится к получению функционально-градиентного материала на подложке методом прямого лазерного нанесения. Устройство содержит лазерный блок и акустический генератор.

Изобретение относится к способу гибридного лазерного шаржирования поверхности образца. Способ включает подачу направленного потока газопорошковой смеси на поверхность обрабатываемого образца с одновременным созданием на его поверхности твердожидкой области с помощью лазерного луча и перемещением образца относительно лазерного луча и газопорошковой смеси.

Группа изобретений относится к медицине. Способ изготовления оптического зонда для применения в офтальмологических процедурах, согласно которому размещают канюлю вокруг дистальной части кольца, причем оптическое волокно проходит по меньшей мере частично через кольцо по направлению к оптическому элементу, размещенному в дистальной части канюли; и соединяют канюлю с кольцом путем приложения лазерной энергии к канюле, создавая деформацию в канюле и кольце.

Изобретение относится к способу лазерной обработки материалов в жидкой среде. Формирование лазерного луча осуществляют в струе жидкости с одновременной подачей их в зону обработки посредством устройства для лазерной обработки.

Изобретение относится к металлическому элементу и способу его изготовления. Металлический элемент включает в себя первую пластину и вторую пластину, примыкающую и приваренную к первой пластине по меньшей мере на одном стыковом участке.

Изобретение относится к способу лазерного отжига неметаллических материалов и может быть использовано для обработки полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов.

Изобретение относится к области технологических процессов и может быть использовано для лазерного отжига пластин из полупроводниковых, керамических и стеклообразных материалов.

Изобретение относится к способу формирования коррозионно-устойчивого слоя на поверхности магниевых деформируемых сплавов , в частности ультрамелкозернистых (далее УМЗ) и крупнозернистых (далее КЗ) магниевых сплавов системы Mg-Al.

Изобретение относится к трехмерной печати сложных объемных деталей из металла послойным синтезом и может быть применено в различных областях машиностроения. Способ 3D печати секционной проволокой включает в себя следующие операции: создание 3D модели объекта; подачу предварительно сформированной проволоки в виде повторяющихся секций, состоящих из утолщений и тонких участков; воздействие энергетическим лучом на исходный материал; осаждение расплавленного исходного материала слоями на платформе в соответствии с 3D моделью объекта; пошаговая подача исходного материала в заданное местоположение согласно 3D модели объекта; изменение мощности энергетического луча в процессе изготовления в соответствии с нахождением в фокусе луча исходного материала.

Изобретение предназначено для ремонта дефектов продольных швов труб большого диаметра, изготовленных с применением технологий лазерной, гибридной лазерно-дуговой сварки.

Изобретение относится к способу сварки внахлестку стального листа. Способ включает выполнение точечной сварки в состоянии, когда первый элемент из стального листа наложен на фланец второго элемента из стального листа, имеющего фланцевый участок и поднимающуюся стенку.

Изобретение относится к способу получения износостойкого покрытия. Способ включает нанесение порошкового материала на обрабатываемую поверхность и последующую лазерную наплавку. Дополнительно осуществляют повторное плавление нанесенного покрытия непрерывным лазерным излучением на глубину 100…400 мкм при мощности лазерного излучения 2,0…2,3 кВт, при скорости перемещения лазерного луча по наплавляемой поверхности 10…15 ммс, при диаметре пятна 6…8 мм до формирования высокодисперсной дендритно-ячеистой структуры. Плавление нанесенного покрытия лазерным излучением осуществляют с помощью многоканального лазера с перекрытием дорожек 10…15. Техническим результатом заявленного изобретения является повышение абразивной износостойкости наплавленного покрытия. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл., 3 пр.

Наверх