Способ электроимпульсного нанесения упрочняющего покрытия из порошка на поверхность стальной детали и устройство для его осуществления



Способ электроимпульсного нанесения упрочняющего покрытия из порошка на поверхность стальной детали и устройство для его осуществления
Способ электроимпульсного нанесения упрочняющего покрытия из порошка на поверхность стальной детали и устройство для его осуществления
Способ электроимпульсного нанесения упрочняющего покрытия из порошка на поверхность стальной детали и устройство для его осуществления
B22F2007/042 - Порошковая металлургия; производство изделий из металлических порошков; изготовление металлических порошков (способы или устройства для гранулирования материалов вообще B01J 2/00; производство керамических масс уплотнением или спеканием C04B, например C04B 35/64; получение металлов C22; восстановление или разложение металлических составов вообще C22B; получение сплавов порошковой металлургией C22C; электролитическое получение металлических порошков C25C 5/00)

Владельцы патента RU 2705744:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" (НИЯУ МИФИ) (RU)

Группа изобретений относится к электроимпульсному нанесению упрочняющего покрытия из порошка на поверхность стальной детали. Способ включает спекание засыпки порошка в неэлектропроводной матрице на поверхности детали под давлением пуансона путем пропускания импульсов тока. В качестве порошка используют нанопорошок нитридов или карбидов металлов, который насыпают в виде слоя толщиной 0,1-0,5 мм в матрицу, размещенную на плоской поверхности детали, и медный порошок, который насыпают слоем высотой 5-10 мм сверху слоя нанопорошка нитридов или карбидов металлов. Используют ступенчатый пуансон с верхней выступающей частью большего диаметра и нижней рабочей частью меньшего диаметра, на которую одета с упором в верхнюю часть упругая прокладка. Пуансон вставляют нижней рабочей частью в матрицу, одновременно подпрессовывают засыпку порошка и поджимают матрицу к поверхности детали, после чего пропускают импульс тока. Обеспечивается возможность нанесения тонких покрытий из нанопорошков. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к способам электроимпульсного нанесения упрочняющего покрытия из нанопорошкового материала на поверхность стальных деталей.

Известен способ электроискрового легирования закаленных стальных деталей (патент на изобретение «Способ электроискрового легирования закаленных стальных деталей» №2614913 от 29.09.2015), заключающийся переносе легирующего материала электрода-инструмента на поверхность детали под действием импульсных электроискровых разрядов между подключенными к источнику постоянного электрического тока в качестве анода электродом-инструментом, а в качестве катода деталью. При этом в процессе легирования осуществляют непрерывный контакт электрода-инструмента с деталью с подводом к ним импульсов электрического тока, результатом которого является упрочнение закаленных стальных деталей электроискровым легированием.

При прохождении импульсов электрического тока происходит направленный перенос материала обрабатывающего электрода (анода) на обрабатываемую деталь (катод) и осуществляется диффузионное сцепление его с материалом основы. В результате получаем упрочнение закаленных стальных деталей. Однако полученные по этому способу образцы имеют весьма тонкий слой легирования, что снижает их срок службы.

Решением, наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому эффекту, является полезная модель « Пресс одностороннего действия для электроимпульсного нанесения порошкового покрытия на рабочую поверхность изделия» №165869 опубликовано 10.11.2016, в котором описан способ и устройство для нанесения покрытия из порошка.

Способ заключается в том, что на металлическую деталь наносят износостойкое покрытие из порошка путем размещения на покрываемой поверхности слоя легированного порошка на основе железа или никеля, например, инконеля, крупностью 50-300 мкм и слоя порошка покрытия, например, ВК-8. Затем проводят спекание под давлением 0,5-5 т/см2 при пропускании импульса тока плотностью 104-107 А/см2 и длительностью 10-3-10-5 сек. В результате чего получают плотное износостойкое покрытие из ВК-8 прочно приваренное к детали.

Однако данный способ не позволяет наносить покрытие толщиной 2 мм и менее. Кроме того, данный способ не позволяет наносить покрытия из нанопорошков, а само покрытие не проникает в подложку, что уменьшает прочность сцепления. Недостатком способа является также высокий уровень остаточных термических напряжений в получаемом изделии, что существенно снижает эксплуатационные характеристики последнего.

В указанной выше полезной модели описано также устройство для электроимпульсного нанесения покрытия из порошка, включающее в себя стол, установленную неподвижно на нем неэлектропроводную матрицу с полостью, ползун с размещенным в нем подвижным относительно матрицы электродом-пуансоном, и импульсный источник тока, один из полюсов которого соединен с упомянутым электродом-пуансоном, а вторым полюсом к электроду-пуансону, неподвижно установленным на столе совместно с матрицей с возможностью формирования его рабочей поверхностью наносимого на изделие порошкового покрытия, при этом подвижный электрод-пуансон выполнен с возможностью размещения в нем упомянутого изделия. Этот электрод- пуансон имеет хвостовик и рабочую часть и позволяет наносить износостойкие покрытия из порошка, наносить покрытия только на детали, имеющий выступ, на который вставляется матрица с порошком.

В связи с этим, важнейшей задачей является разработка способа нанесения тонких покрытий с упрочнением поверхностности детали и устройства для его осуществления на плоские поверхности.

Техническим результатом заявленного изобретения является создание технологии, обеспечивающей с помощью электроимпульсного прессования нанесения тонких покрытий из нанопорошков нитридов и карбидов металлов на плоские поверхности без остаточных термических напряжений в получаемом изделии.

Технический результат достигается тем, что в способе электроимпульсного нанесения упрочняющего покрытия из порошка на поверхность стальной детали, включающий спекание засыпки порошка в неэлектропроводной матрице на поверхности детали под давлением пуансона путем пропускания импульсов тока, согласно изобретению, в качестве порошка используют нанопорошок нитридов или карбидов металлов, который насыпают в виде слоя толщиной 0,1-0,5 мм в матрицу, размещенную на плоской поверхности детали, и медный порошок, который насыпают слоем высотой 5-10 мм сверху слоя нанопорошка нитридов или карбидов металлов, при этом используют ступенчатый пуансон с верхней выступающей частью большего диаметра и нижней рабочей частью меньшего диаметра, на которую одета с упором в верхнюю часть упругая прокладка, причем пуансон вставляют нижней рабочей частью в матрицу, одновременно подпрессовывают засыпку порошка и поджимают матрицу к поверхности детали, после чего пропускают импульс тока.

Для осуществления способа предлагается устройство электроимпульсного нанесения упрочняющего покрытия из порошка на поверхность стальной детали, содержащее нижнее основание, импульсный источник энергии, металлическую обойму с матрицей из изолирующего материала и пуансон, вставленный в шток, согласно изобретению, оно содержит опору для размещения детали, установленную на нижнем основании, а матрица выполнена с возможностью размещения на плоской поверхности детали, при этом пуансон выполнен ступенчатым с верхней выступающей частью большего диаметра d2 и высотой h и нижней рабочей частью меньшего диаметра d1, равного внутреннему диаметру матрицы, вставляемой сверху в матрицу и на которую одета с упором в упомянутую верхнюю часть упругая прокладка толщиной t, причем

d1<t<2d1, 2d1<d2<4d1, 0,5d1<h<1d1.

Такая конструкция ступенчатого пуансона позволяет до пропускания импульса тока поджать матрицу к плоской поверхности подложки и подпрессовать порошковую засыпку. Если высота упругой прокладки была бы меньше, чем d1 то деформации прокладки не хватало, что бы достаточно плотно прижать матрицу к поверхности детали. При толщине прокладки больше чем 2 d1, было бы затруднительно подпрессовать порошок к поверхности подложки. При высоте h менее чем 0,5d1 прочность упора для упругой прокладки была недостаточна, а при h более чем d1 размеры пуансона были бы не оптимальны.

Упругая прокладка поджимает матрицу к поверхности подложки и одновременно не препятствует ходу пуансона для подпрессовки порошковой засыпки. После пропускания импульса тока за счет упругой деформации прокладка еще больше деформируется и позволяет пуансону перемещаться вниз за усадкой порошковой засыпки, и произвести нанесение покрытия. Если бы прокладка была бы не упругой, а например, из текстолита, то она либо прижало матрицу к поверхности подложки, и не дала возможность пуансону подпрессовать порошковую засыпку. Либо наоборот, подпрессовать пуансоном порошковую засыпку, но не поджать матрицу к поверхности подложки. Это делает невозможным нанесения покрытия из-за выбрасывания порошка в зазор между матрицей и поверхностью подложки в момент пропускания импульса тока.

Толщина слоя нанопорошка ~ 0,1-0,5 мм выбрана из-за того, что при этой толщине образуется покрытие не только на поверхности, но и проникает во внутрь стальной подложки. При большей толщине слоя нанопорошка этого не происходит. Следует также отметить, что наличие слоя медного порошка дает возможность равномерно пропустить импульс тока по всей площади насыпанного на поверхность покрытия из нанопорошка нитридов или карбидов металлов. Равномерно насыпать и выровнять слой из наносимых нанопорошков нитридов или карбидов на поверхности подложки весьма затруднительно, так как нанопорошок образует агломераты и склонен к комкованию. Это приводило бы к тому, что что разогрев наносимого порошка от импульса тока, так же был бы не равномерен, как и плотность получаемого покрытия. Медный же порошок нивелирует эту неравномерность плотности тока, в результате чего покрытие получается плотное по всей площади. При толщине слоя медного порошка менее 5 мм не удается получить равномерную плотность тока по всей наносимой площади детали. При толщине слоя медного порошка более 10 мм потребуется значительное увеличения давления подпрессовки, так как процесс идет при односторонней схеме прессования.

На фиг. 1 представлено устройство для электроимпульсного нанесения покрытий из порошковых материалов.

На фиг. 2 представлен пуансон и матрицей с порошками до подпрессовки.

На фиг. 3 представлен пуансон и матрицей после пропускания импульса тока.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой показано устройство для электроимпульсного нанесения покрытий из порошковых материалов. Оно включает импульсный источник энергии 1, подвижный пуансон 2, плиту 3, на которой расположена опора 4. Пуансон 2 электрически изолирован от плиты 3 изолирующими втулками 5, надетыми на крепление стойки 6. На опоре 4 находится плоская деталь (подложка) 7, на которую наносится покрытие (фиг.2). Керамическая матрица 8 в металлической обойме 9 установлена на этой детали 7. В матрицу 8 засыпан слой нанопорошка 10 и медного порошка 11. Сверху в матрицу 8 вставлен пуансон 2, на его рабочий конец 12 диаметром d1 надета упругая прокладка 13, например, из вакуумной резины толщиной t, которая упирается в выступающую часть пуансона 14 с большим диаметром d2 и высотой h. Давление Р к пуансону 2 прикладывается от нагружающего устройства 15 (пневмопресса) через шток 16, который соединен с другим полюсом импульсного источника тока. Шток и пневмопресс изолированы друг от друга неэлектропроводной прокладкой 17.

Способ осуществляется следующим образом. На нижнюю опору 4, помещается деталь 7, на которую наносится покрытие. На эту деталь накладывается керамическая матрица 8 в металлической обойме 9. В матрицу насыпается тонкий слой нанопорошка нитрида или карбида металлов 10 и разравнивается на поверхности. Затем насыпается слой медного порошка 11 высотой 5-8 мм. После этого в матрицу вставляется рабочий конец пуансона 12. Слои порошков, засыпанные в матрицу, поджимаются пневмопрессом 15 давлением 0,5-5 т/см2 через шток 16. Затем заряжается импульсный источник тока 6. По достижении необходимого заряда, величина которого определяется размером засыпки и видом покрытия, производят разряд импульса тока плотностью 104-107 А/см2 и длительностью 10-3-10-5 сек. Этот разряд тока, протекая через поджатый порошок, разогревает его. Пуансон перемещается вниз (фиг. 3). Упругая прокладка 9 сжимается, не препятствуя ходу пуансона. Порошок покрытия уплотняется и осуществляется сцепление его с материалом детали, на которую наносится покрытие.

Проведенное нанесение покрытия на подложку из закаленной стали 45 нанопорошка TiN, с помощью предложенного способа и устройства для его осуществления позволило получить покрытие толщиной ~ 0,1 мм. Металлографические исследования показали образование слоистой структуры, порошок TiN не только образует покрытие на поверхности, но и проникает во внутрь стальной подложки на глубину 20-30 мкм без отпуска закаленной детали. По сравнению с аналогом данный способ не требует предварительного спекания электрода-инструмента, что способствует уменьшению затрат по нанесению покрытия.

Таким образом заявленное изобретение позволяет создать технологию, обеспечивающую с помощью электроимпульсного прессования нанесение тонких покрытий из нанопорошков нитридов и карбидов металлов на плоские поверхности без остаточных термических напряжений в получаемом изделии.

7

1. Способ электроимпульсного нанесения упрочняющего покрытия из порошка на поверхность стальной детали, включающий спекание засыпки порошка в неэлектропроводной матрице на поверхности детали под давлением пуансона путем пропускания импульсов тока, отличающийся тем, что в качестве порошка используют нанопорошок нитридов или карбидов металлов, который насыпают в виде слоя толщиной 0,1-0,5 мм в матрицу, размещенную на плоской поверхности детали, и медный порошок, который насыпают слоем высотой 5-10 мм сверху слоя нанопорошка нитридов или карбидов металлов, при этом используют ступенчатый пуансон с верхней выступающей частью большего диаметра и нижней рабочей частью меньшего диаметра, на которую одета с упором в верхнюю часть упругая прокладка, причем пуансон вставляют нижней рабочей частью в матрицу, одновременно подпрессовывают засыпку порошка и поджимают матрицу к поверхности детали, после чего пропускают импульс тока.

2. Устройство для электроимпульсного нанесения упрочняющего покрытия из порошка на поверхность стальной детали, содержащее нижнее основание, импульсный источник энергии, металлическую обойму с матрицей из изолирующего материала и пуансон, вставленный в шток, отличающееся тем, что оно содержит опору для размещения детали, установленную на нижнем основании, а матрица выполнена с возможностью размещения на плоской поверхности детали, при этом пуансон выполнен ступенчатым с верхней выступающей частью большего диаметра d2 и высотой h и нижней рабочей частью меньшего диаметра d1, равного внутреннему диаметру матрицы, вставляемой сверху в матрицу и на которую одета с упором в упомянутую верхнюю часть упругая прокладка толщиной t, причем d1<t<2d1, 2d1<d2<4d1, 0,5d1<h<1d1.



 

Похожие патенты:

Описана композиции для доставки пролекарства арипипразола. Композиция содержит (a) совокупность частиц пролекарства арипипразола, имеющих объемный размер (Dv50) менее 1000 нм, и (b) по меньшей мере один стабилизатор поверхности, содержащий адсорбированный компонент, который адсорбирован на поверхности частиц пролекарства арипипразола, и свободный компонент, который способен солюбилизировать пролекарство арипипразола.

Изобретение может быть использовано в реконструктивно-пластической хирургии для пластической реконструкции поврежденных костных тканей. Для получения пористых материалов из альгината натрия и поливинилпирролидона, содержащих фосфаты кальция, для заполнения костных дефектов проводят синтез in situ фосфатов кальция в 2% водном растворе поливинилпирролидона при температуре реакционной смеси от 37 до 90°С.

Изобретение относится к области синтеза наноструктур на основе перовскитов, которые могут быть использованы в качестве материалов для нанофотоники для создания Фабри-Перо наносенсоров и фотонных интегральных схем.
Изобретение относится к антистатическим напольным покрытиям и может использоваться при производстве покрытий данного типа. Антистатическое напольное покрытие содержит отверждаемую полиуретановую смолу и наполнитель в форме одностенных углеродных нанотрубок в количестве 0,001-0,1 масс.%.

Изобретение может быть использовано в области электротермии. Герметичная реакционная камера состоит из крышки 1 и корпуса 2 с рубашками водяного охлаждения 3 и 4, соединённых фланцевым соединением 5.

Изобретение относится к области разработки биомедицинских сенсоров новых поколений, а именно к созданию секторов на поверхности приборов спинтроники. В биомедицине разделение здоровых и больных клеток основано на разной вероятности захвата магнитных наночастиц или микрочастиц клетками в зависимости от их состояния.

Изобретение относится к металлургии и литейному производству и может быть использовано для производства модифицированного чугуна для изготовления быстроизнашивающихся деталей машин.
Изобретение относится к химической промышленности и материаловедению и может быть использовано при изготовлении добавок, улучшающих свойства материалов. Смесь органического и металлсодержащего вещества механически обрабатывают перетиранием.

Изобретение относится к устройствам для гальванического получения наноструктур. Аппарат для автоматизированного получения слоистых металлических нанопроводов с контролируемым составом вдоль их длинной оси включает набор емкостей с растворами электролитов и промывочными растворами, электроды, источник постоянного тока и устройство для управления режимом электроосаждения, при этом аппарат содержит моторизованное устройство для перемещения электродов относительно основания, на котором размещены емкости с растворами, обеспечивая формирование металлических слоев различного состава, при этом рабочий электрод представляет собой пористую пленку с цилиндрическими каналами, обеспечивающую условия для роста нанопроводов за счет ограничения направлений роста металла стенками пор.

Группа изобретений относится к аддитивному изготовлению объемных микроразмерных структур из наночастиц путем спекания наночастиц на подложке. Получают поток аэрозоля с наночастицами в импульсно-периодическом газовом разряде в потоке транспортного газа, затем производят нагрев аэрозоля с наночастицами в потоке транспортного газа с обеспечением получения наночастиц сферической формы требуемого размера, транспортируют полученный поток аэрозоля с наночастицами к головке с соплом для фокусировки его на подложке, подают в указанное сопло поток аэрозоля с наночастицами и одновременно защитный газ с обеспечением фокусировки потока аэрозоля наночастиц на подложке и осаждают наночастицы из сфокусированного потока аэрозоля на подложку.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способу получения биметаллической полосы с антифрикционным покрытием на основе меди из металлических порошков, предназначенной для изготовления подшипников скольжения.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам получения сплавов на основе ванадия, и может быть использовано для получения высококачественных композиций на его основе с титаном и хромом, предназначенных для атомной энергетики.
Изобретение относится к подшипниковым антифрикционным самосмазывающимся материалам. Способ получения металлофторопластового материала с сетчатым антифрикционным слоем включает предварительную обработку стальных листов бронзированием при помощи диффузионного насыщения, припекание пористого слоя в виде бронзолатунной сетки и заполнение ячеек припеченной сетки впрессовыванием неориентированной фторопластовой пленки на гидравлическом прессе.

Изобретение относится к области упрочнения поверхности металлов и сплавов и может быть использовано в различных областях промышленности и науки для формирования защитных и упрочняющих покрытий.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения многослойных изделий, и может быть применено в добывающих отраслях промышленности, металлургии, промышленности строительных материалов.

Изобретение относится к изготовлению плит из керамических и композиционных материалов. Способ включает приготовление экзотермической смеси порошков, прессование смеси в заготовку, помещение ее в пресс-форму, инициирование реакции горения и последующее прессование продуктов горения.

Группа изобретений относится к изготовлению токосъемных элементов. Спеченный материал содержит пропитанную маслом с ультрадисперсными алмазами спеченную смесь, состоящую из гранул, содержащих медь и графит, волокон и нитей углеродных, ультрадисперсных алмазов, порошков железа, графита, меди, упрочненной хромистым чугуном, шунгита, интеркаляционных соединений дисульфид молибдена и упрочняюще-легирующих компонентов.

Изобретение относится к получению длинномерного трубчатого элемента тепловых труб с порошковой капиллярной структурой на внутренней поверхности. Покрывают внутреннюю поверхность трубчатого элемента пленкой смеси, состоящей из глицерина и этилового спирта при их соотношении в пределах от 60:40% до 80:20%, располагают трубчатый элемент с наклоном относительно вертикали в пределах от 10 до 20 градусов, приводят трубчатый элемент во вращение вокруг собственной оси и засыпают железный порошок на верхнюю часть нижней образующей внутренней поверхности трубчатого элемента с получением равномерного слоя железного порошка на внутренней поверхности трубчатого элемента, после чего спеканием формируют на внутренней поверхности трубчатого элемента порошковую капиллярную структуру.
Изобретение относится к изготовлению фрикционных изделий. Способ включает нанесение и предварительное припекание свободнонасыпанного слоя фрикционного материала на стальную несущую основу и спекание под нагрузкой в защитной атмосфере.

Изобретение относится к получению композиционного материала алюминий – сталь. Способ включает формирование многослойной заготовки путем чередования алюминийсодержащих слоев и слоев стальной сетки, уплотнение многослойной заготовки прессованием и ее термообработку с получением композиционного материала.

Изобретение относится к области строительства. Энергоэффективная огнестойкая многослойная изолирующая панель состоит из конструктивоформирующего слоя из пеноалюминия закрытоячеистой или открытоячеистой структуры и последующих, нанесенных как минимум с одной стороны объемоформирующего, теплоизолирующего и связующего слоя из жесткого пенополимера закрытоячеистой структуры, огнестойкого пеноминерального жесткого закрытоячеистого слоя в виде стыкуемых в замок пластин, и отделочного слоя из общеприменимых негорючих и слабогорючих строительных материалов.

Группа изобретений относится к электроимпульсному нанесению упрочняющего покрытия из порошка на поверхность стальной детали. Способ включает спекание засыпки порошка в неэлектропроводной матрице на поверхности детали под давлением пуансона путем пропускания импульсов тока. В качестве порошка используют нанопорошок нитридов или карбидов металлов, который насыпают в виде слоя толщиной 0,1-0,5 мм в матрицу, размещенную на плоской поверхности детали, и медный порошок, который насыпают слоем высотой 5-10 мм сверху слоя нанопорошка нитридов или карбидов металлов. Используют ступенчатый пуансон с верхней выступающей частью большего диаметра и нижней рабочей частью меньшего диаметра, на которую одета с упором в верхнюю часть упругая прокладка. Пуансон вставляют нижней рабочей частью в матрицу, одновременно подпрессовывают засыпку порошка и поджимают матрицу к поверхности детали, после чего пропускают импульс тока. Обеспечивается возможность нанесения тонких покрытий из нанопорошков. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх