Способ получения покрытия на поверхности детали из цветных металлов

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам получения покрытия на поверхности деталей из цветных металлов путем переноса высокотемпературным газовым потоком наночастиц. Способ получения покрытия на поверхности детали из цветных металлов включает формирование в камере сгорания высокоскоростного распылителя высокотемпературного газового потока путем сжигания топлива в окислителе, подачу в камеру сгорания высокоскоростного распылителя жидкого исходного материала, являющегося источником образования наночастиц, образование, разогрев и перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на поверхности детали, причем упомянутый материал, являющийся источником образования наночастиц, одновременно используют в качестве топлива для формирования высокотемпературного газового потока, при этом упомянутый материал представляет собой истинный или коллоидный раствор органических и/или неорганических соединений в органическом растворителе или смеси нескольких растворителей, при этом перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на поверхности детали осуществляют совместно с непосредственно предшествующей им обработкой поверхности детали электрической дугой, создаваемой между двумя вольфрамовыми электродами при переменном токе 35-45 А, напряжении 12-16 В и проходящей по поверхности детали со скоростью перемещения высокоскоростного распылителя установки для напыления на расстоянии между дугой и струей газа с напыляемым порошковым материалом 2-4 мм. Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности, повышение когезионной прочности материала покрытия, а также уменьшение пористости покрытия. 3 пр., 2 табл.

 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам получения покрытия на поверхности деталей из цветных металлов, путем переноса высокотемпературным газовым потоком наночастиц.

Аналогом изобретения является способ повышения прочности детали с покрытием поверхностно-пластическим деформированием путем обкатки деформирующим элементом, при котором поверхностно-пластическое деформирование осуществляют с одновременным пропусканием через зону контакта инструмента с обрабатываемой поверхностью детали импульсного электрического тока силой 2-5 кА, напряжением 2-3 В, с длительностью импульсов 0,08-0,2 с и с частотой импульсов 0,16-0,4 Гц, при этом поверхностно-пластическое деформирование осуществляют в радиальном направлении с силой 50-3000 Н со скоростью перемещения пятна деформации 50-100⋅10-3 м/с при продольной подачей 0,08-0,12 мм/об (патент РФ №2625508).

Недостатком данного способа являются низкие эксплуатационные характеристики получаемой детали, обусловленные появлением трещин в результате возникновения остаточных напряжений, и раковин вдоль границ раздела покрытия с подложкой и между слоями покрытия, в виду сплавления материала покрытия с материалом подложки, а также зависимость эффективности использования данной технологии от пористости покрытия.

Прототипом изобретения является способ получения наноструктурированного покрытия, включающий формирование в камере сгорания высокоскоростного распылителя высокотемпературного газового потока путем сжигания топлива в окислителе, подачу в камеру сгорания высокоскоростного распылителя жидкого исходного материала, являющегося источником образования наночастиц, образование, разогрев и перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на подложке, при этом жидкий исходный материал, являющийся источником образования наночастиц, одновременно используют в качестве топлива для формирования высокотемпературного газового потока, при этом упомянутый материал представляет собой истинный или коллоидный раствор органических и/или неорганических соединений в органическом растворителе или смеси нескольких растворителей (патент РФ №2394937).

Недостатком данного способа являются низкие эксплуатационные характеристики получаемой детали, обусловленные низкой адгезионной прочностью между покрытием и подложкой и между слоями покрытия, а также высокой пористостью.

Задачей изобретения является усовершенствование способа получения детали с покрытием, позволяющее обеспечить повышение эксплуатационных характеристик детали из цветного металла с покрытием, за счет повышения ее физико-механических свойств.

Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности, повышение когезионной прочности материала покрытия, а также уменьшение пористости покрытия.

Технический результат достигается тем, что способ получения покрытия на поверхности детали из цветных металлов включает формирование в камере сгорания высокоскоростного распылителя высокотемпературного газового потока путем сжигания топлива в окислителе, подачу в камеру сгорания высокоскоростного распылителя жидкого исходного материала, являющегося источником образования наночастиц, образование, разогрев и перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на подложке, при этом жидкий исходный материал, являющийся источником образования наночастиц, одновременно используют в качестве топлива для формирования высокотемпературного газового потока, при этом упомянутый материал представляет собой истинный или коллоидный раствор органических и/или неорганических соединений в органическом растворителе или смеси нескольких растворителей, при этом перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на подложке осуществляют совместно с непосредственно предшествующей обработкой поверхности детали при помощи электрической дуги, возникающей между двумя вольфрамовыми электродами, проходящей по поверхности детали при переменном токе 35-45 А, напряжением 12-16 В со скоростью перемещения высокоскоростного распылителя установки для напыления при расстоянии между дугой и струей газа с напыляемым порошковым материалом 2-4 мм.

При формировании покрытия, с увеличением толщины его слоя, основным показателем качества композиции является адгезионная прочность, как между композитным покрытием и подложкой, так и между слоями композитного покрытия. Повышение адгезионной прочности достигается путем формирования переходных слоев. При нанесении на основу многокомпонентных материалов в качестве переходного слоя могут использоваться металлы, имеющие неограниченную растворимость в материале-основе и других напыляемых материалах.

Для повышения качества композитных поверхностных слоев, как по критерию адгезионной прочности, так и по критерию эксплуатационных и функциональных свойств, перспективным является использование различных методов обработки на различных этапах напыления. Так использование технологии переноса высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на подложке совместно с непосредственно предшествующей обработкой поверхности детали при помощи технологий сварки неплавящимся электродом, именно электрической дугой, возникающей между двумя вольфрамовыми электродами, проходящей по поверхности детали при переменном токе 35-45 А, напряжением 12-16 В со скоростью перемещения высокоскоростного распылителя установки для напыления при расстоянии между дугой и струей газа с напыляемым порошковым материалом 2-4 мм, позволяют повысить физико-механические свойства композитного покрытия, за счет повышения его адгезионной прочности и снижения пористости. Это обусловлено тем, что электрическая дуга нагревает поверхность детали из цветных металлов до температуры 0,9-1Тпл, являющейся температурой плавления, и напыляемый порошковый материал, нагретый также до температуры равной 0,9-1Тпл - температуры плавления, сталкивается с поверхностью, имеющей не твердую, а жидкую фазу состояния, что обеспечивает сплавление материала детали с наносимым порошковым материалом, что значительно повышает адгезионную прочность. При этом при нанесении второго и последующих слоев перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на уже сформировавшийся слой покрытия происходит при аналогичном воздействии электрической дуги на поверхность детали с покрытием, в результате чего, напыленный слой и напыляемый порошок образуют однородную структуру, обеспечивая тем самым, значительное снижение пористости композитного покрытия и повышение когезионной прочности.

При этом чередование переменного тока прямой и обратной полярности обеспечивает за счет обратной полярности - разрушение оксидных пленок, образуемых на поверхности деталей из цветных металлов, и чистку поверхности детали, а за счет прямой полярности - оплавление поверхности детали, с образованием узкой глубокой ванны с оплавленным металлом на поверхности детали непосредственно перед высокотемпературным газовым потоком с наночастицами.

При этом в результате кратковременного воздействия электрической дуги на поверхность детали, происходит нагрев поверхности деталей из цветных металлов, а затем медленное ее охлаждение, за счет высокотемпературного газового потока с напыляемым порошковым материалом, что позволяет избежать возникновения значительных по величинам остаточных напряжений и возможного образования раковин и трещин, как в поверхностном слое детали из цветных металлов вдоль границы раздела покрытие-подложка, так и по всей толщине покрытия.

Получаемое таким способом покрытие имеет высокую когезионную прочность и низкую пористость, а также высокую адгезионную прочность между покрытием и деталью, изготовленной из цветных металлов и между слоями покрытия, в случае многослойного покрытия, что повышает физико-механические и как следствие эксплуатационные характеристики детали с покрытием. Предлагаемые технологические режимы позволяют избежать коробления детали при переносе высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на поверхность детали толщина стенок, которой не превышает 3 мм.

Технологические режимы обработки - тип тока, сила, напряжение скорость перемещения дуги по детали и расстояние между дугой и высокотемпературным газовым потоком с напыляемым порошковым материалом.

Пример по прототипу.

На предварительно обезжиренный цилиндрический алюминиевый цилиндрический образец диаметром 10 мм было нанесено высокотемпературным газовым потоком покрытие из TiNi толщиной 0,8 мм. После чего этот образец был подвергнут испытаниям на адгезионную прочность, которая определялась методом сдвига. Остаточные напряжения определялись методами Закса и Давиденкова.

Пример 1-3 по заявляемому способу. 3 других аналогичных алюминиевых цилиндрических образца диаметром 10 мм также были обезжирены, после чего на их поверхность было нанесено покрытие высокотемпературным газовым потоком совместно с непосредственно предшествующей ей обработкой поверхности детали при помощи электрической дуги, возникающей между двумя вольфрамовыми электродами, и проходящей по поверхности детали при переменном токе 35-45 А, напряжением 12-16 В со скоростью перемещения высокоскоростного распылителя установки для напыления при расстоянии между дугой и струей газа с напыляемым порошковым материалом 2-4 мм. После чего образцы также подвергли испытаниям на адгезионную прочность, которая определялась методом сдвига. Остаточные напряжения определялись методами Закса и Давиденкова.

Параметры обработки образцов с покрытием, по предлагаемой технологии, представлены в табл. 1.

Результаты испытаний образца, изготовленного по прототипу и образцов, по заявляемой технологии представлены в табл. 2.

Предложенный способ повышения прочности детали с покрытием, обеспечивает повышение физико-механических свойств детали, за счет повышения адгезионной прочности между покрытием и подложкой, повышения когезионной прочности покрытия, снижением величины остаточных напряжений, а также уменьшения пористости покрытия.

Способ получения покрытия на поверхности детали из цветных металлов, включающий формирование в камере сгорания высокоскоростного распылителя высокотемпературного газового потока путем сжигания топлива в окислителе, подачу в камеру сгорания высокоскоростного распылителя жидкого исходного материала, являющегося источником образования наночастиц, образование, разогрев и перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на поверхности детали, а упомянутый материал, являющийся источником образования наночастиц, одновременно используют в качестве топлива для формирования высокотемпературного газового потока, при этом упомянутый материал представляет собой истинный или коллоидный раствор органических и/или неорганических соединений в органическом растворителе или смеси нескольких растворителей, отличающийся тем, что перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на поверхности детали осуществляют совместно с непосредственно предшествующей им обработкой поверхности детали электрической дугой, создаваемой между двумя вольфрамовыми электродами при переменном токе 35-45 А, напряжении 12-16 В и проходящей по поверхности детали со скоростью перемещения высокоскоростного распылителя установки для напыления на расстоянии между дугой и струей газа с напыляемым порошковым материалом 2-4 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области газотермических технологий и может быть использовано для нанесения порошковых покрытий методом низкоскоростного газопламенного напыления.  Способ газопламенного напыления порошкового материала с получением покрытия на никелевой основе посредством термораспылителя включает активирование пламени, образованного при сгорании ацетилена и кислорода, и подачу порошкового материала под срез сопла термораспылителя, при этом в качестве активирующей добавки используют водный раствор аммиака, а активирование пламени осуществляют путем подачи активирующей добавки до термического контакта с ядром основного пламени через термический диссоциатор, установленный соосно внутри центрального канала термораспылителя, при этом глубина его проникновения в высокотемпературное ядро основного пламени регулируется.

Изобретение относится к плазмотрону для наплавки металлического порошка. Плазмотрон содержит защитное электрически нейтральное сопло с патрубком для подачи присадочного порошка, плазменное сопло с патрубком для подачи газа, соединенное с положительным полюсом источника питания постоянного тока, электрод, установленный внутри плазменного сопла и соединенный с отрицательным полюсом источника питания постоянного тока.

Изобретение относится к области металлургии, к напылению плазменных покрытий и может быть использовано для формирования износостойких, коррозионностойких и функциональных покрытий с минимальным содержанием оксидов, формирующихся в процессе напыления.

Изобретение относится к способу получения покрытий с интерметаллидной структурой из порошковых материалов с высокой адгезионной прочностью. Техническим результатом изобретения является получение интерметаллидного покрытия с регулируемой структурой.

Изобретение относится к изготовлению деталей из металлического порошкового материала с применением технологий 3D-печати. Способ послойного аддитивного изготовления детали включает получение первого слоя путем нанесения металлического порошкового материала на платформу и обработки лазером, получение второго и последующих слоев путем нанесения металлического порошкового материала на первый и предыдущие слои соответственно и обработки его лазером.

Изобретение обеспечивает оборудование для изготовления вала датчика крутящего момента путем формирования магнитострикционной области, включающей в себя покрытие на основе металлического стекла с заданным рисунком на боковой поверхности валообразной заготовки.

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению эрозионно-стойких теплозащитных покрытий методом плазменного напыления. Может применяться в ракетно-космической технике при изготовлении теплонагруженных элементов ЖРД, например камер сгорания.
Изобретение относится к нанесению антифрикционного слоя на металлические поверхности, в частности на колодки и подшипники. Осуществляют отливку методом литья под давлением пластины из полиэфирэфиркетона.

Изобретение относится к области упрочняющей термической обработки, а именно плазменной термической и химико-термической обработки поверхностного слоя деталей. Плазменную обработку ведут рабочей плазменной дугой прямой полярности, горящей между плазмообразующим соплом - катодом и изделием - анодом.

Изобретение относится к нанесению двухслойного покрытия и может быть использовано при повышении эксплуатационных свойств деталей, например, в авиадвигателестроении.

Изобретение относится к способу электродуговой металлизации и может найти применение в различных отраслях машиностроения и ремонтном производстве. Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности и износостойкости покрытий, полученных методом электродуговой металлизации, за счет применения водного раствора неорганических веществ.

Группа изобретений относится к области автомобилестроения. Способ изготовления тормозного диска заключается в том, что на основном корпусе тормозного диска выполняется эмалевое покрытие, для этого придают шероховатость поверхности основного корпуса в отдельных областях.

Группа изобретений относится к области транспорта. Способ изготовления тормозного диска, в котором фрикционный слой расположен в некоторых областях на основном корпусе тормозного диска.

Компонент газовой турбины, имеющий теплоизолирующую внешнюю поверхность для воздействия газообразных продуктов сгорания, содержит металлическую подложку, крепящий слой на поверхности подложки, теплозащитное покрытие, структуру выступающих элементов и структуру элементов в виде канавок.

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 области нанесения покрытий и может быть использовано для упрочнения режущего инструмента и металлических деталей машин. Способ плазменного нанесения покрытия на металлическую заготовку включает нагрев поверхности заготовки и плазменное напыление слоя покрытия на ее поверхность, при этом осуществляют нагрев участка поверхности, на который наносят покрытие, плазменной струей до температуры, при которой размер расширенного тепловым потоком участка поверхности будет равен размеру наносимого покрытия на упомянутом участке при температуре напыления, после нанесения требуемого слоя напыление прекращают и измеряют температуру поверхности покрытия и температуру поверхности заготовки на границе напыленного слоя и устраняют разницу в температурах путем регулирования подачи охлаждающей среды на границу раздела напыленного слоя и заготовки до их остывания.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению оправки для прошивного трубопрокатного стана для изготовления бесшовной стальной трубы. Способ включает этап дугового напыления расплавленной железной проволоки и напыление ее расплавленного материала на поверхность основного металла оправки с использованием дугового распылителя с образованием пленки, содержащей оксид железа и железо на поверхности основного металла оправки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению оправки прошивного стана для производства бесшовной стальной трубы/трубки. Вначале осуществляют дробеструйную обработку поверхности оправки.
Изобретение относится к способу электродуговой металлизации путем распыления расплавленной дугой бронзы под действием потока азота, исключающего окисление и выгорание легирующих элементов, повышающего коррозионную стойкость, твердость и износостойкость покрытий.
Изобретение относится к области судостроения, в частности к способу защиты металлических элементов судовых движителей. Способ включает нанесение на поверхность металлических элементов методом газотермического напыления защитного слоя из алюминия или цинка и сплавов на их основе, крацевание его внешней поверхности и нанесение на защитный слой полимеризирующего пропитывающего состава с последующей его сушкой.

Изобретение относится к способам обработки дисперсных углеродных материалов и конкретно касается получения деагломерированных недеформированных однослойных углеродных нанотрубок для хроматографического разделения по хиральности.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам получения покрытия на поверхности деталей из цветных металлов путем переноса высокотемпературным газовым потоком наночастиц. Способ получения покрытия на поверхности детали из цветных металлов включает формирование в камере сгорания высокоскоростного распылителя высокотемпературного газового потока путем сжигания топлива в окислителе, подачу в камеру сгорания высокоскоростного распылителя жидкого исходного материала, являющегося источником образования наночастиц, образование, разогрев и перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на поверхности детали, причем упомянутый материал, являющийся источником образования наночастиц, одновременно используют в качестве топлива для формирования высокотемпературного газового потока, при этом упомянутый материал представляет собой истинный или коллоидный раствор органических иили неорганических соединений в органическом растворителе или смеси нескольких растворителей, при этом перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на поверхности детали осуществляют совместно с непосредственно предшествующей им обработкой поверхности детали электрической дугой, создаваемой между двумя вольфрамовыми электродами при переменном токе 35-45 А, напряжении 12-16 В и проходящей по поверхности детали со скоростью перемещения высокоскоростного распылителя установки для напыления на расстоянии между дугой и струей газа с напыляемым порошковым материалом 2-4 мм. Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности, повышение когезионной прочности материала покрытия, а также уменьшение пористости покрытия. 3 пр., 2 табл.

Наверх