Способ формирования высокопрочных покрытий на металлических поверхностях



Владельцы патента RU 2716921:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области создания высокопрочных жаростойких покрытий с антифрикционными свойствами на металлических (стальных) поверхностях подшипников, пресс-форм, штампов и других изделий, подвергаемых высоким сжимающим и сдвиговым нагрузкам. Способ формирования высокопрочного жаростойкого покрытия на металлической поверхности включает предварительную дробеструйную обработку поверхности, нанесение слоя покрытия и воздействие на него плазмотроном. Осуществляют подготовку бор- и азотсодержащего состава покрытия путем растворения борного ангидрида в этилцеллозольве совместно с дициандиамидом в сочетании с триглицидилизоциануратом с преобладанием атомов азота. После нанесения полученного состава покрытие сушат, а затем воздействуют на него плазмотроном с использованием смеси природного газа и воздуха при температуре 1000÷800°С и охлаждают. Техническим результатом изобретения является формирование высокопрочных и жаростойких покрытий с антифрикционными свойствами, каким является нитрид бора, обладающий устойчивостью к воздействию температур до 2500÷3000°С и высокой поверхностной твердостью, приближающейся к твердости алмаза. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

 

Изобретение относится к области создания высокопрочных жаростойких (2000÷2500°С) покрытий с антифрикционными свойствами на металлических (стальных) поверхностях подшипников, пресс-форм, штампов и других изделий, подвергаемых высоким сжимающим и сдвиговым нагрузкам.

Известен способ нанесения покрытий из сплавов системы Co-Cr-B-Si путем напыления составов газоплазменным методом с последующим оплавлением поверхности (Heganas, Metal Spray Powders, Sweden, HMSP, 1980, 51 p.). К недостаткам способа относится высокая остаточная пористость и недостаточная устойчивость покрытия к отслоению.

Известен также способ плазменного нанесения покрытий, включающий ввод в плазменную струю шихты на основе самофлюсующегося сплава и тугоплавкого соединения титана, являющийся ближайшим прототипом (см. RU 2 112 075 С1 от 27.05.1998). Этот способ позволяет получать покрытия с низкой пористостью (3÷4%) и хорошей износостойкостью (4,8). Недостатками указанного способа являются необходимость трудоемких операций приготовления дорогостоящих компонентов самофлюсующегося сплава Co-Cr-B-Si и диборида титана, а также недостаточная равномерность и гомогенность покрытия, невысокая прочность сцепления покрытия с металлом.

Целью настоящего изобретения является способ формирования высокопрочных и жаростойких покрытий с антифрикционными свойствами, каким является нитрид бора, обладающий устойчивостью к воздействию температур до 2500÷3000°С и высокой поверхностной твердостью, приближающейся к твердости алмаза. Способ основывается на использовании серийно выпускаемых компонентов несопоставимо более дешевых и доступных, чем упоминаемых в прототипе.

Поставленная цель достигается тем, что на поверхность металла, подвергнутую дробеструйной обработке, наносят состав, включающий химически связанные в одном продукте атомы бора и азота, которые при газоплазменном воздействии при температуре 1000÷1200°С высвобождаются из деструктируемого продукта и вступают в реакцию по схеме

B2O3+3С+2N→2BN+CO2.

Реакция необратима, поскольку образующийся нитрид бора устойчив до температур порядка 2500°С, а исходный продукт деструктирует при 400÷500°С, образуя предельно активные атомы азота и бора, особенно активные и подвижные при температуре 1000÷1200°С, и одновременно образует активный атомарный углерод, который является катализатором реакции присоединения атомов бора и азота. Давление газоплазменной струи способствует проникновению и накоплению на размягченной металлической (стальной) поверхности образующихся молекул нитрида бора.

Химические соединения, содержащие одновременно бор и азот, неоднократно публиковались в авторских свидетельствах СССР (авторы Лапицкий В.А. и др.), например, 1663072, 2177967 (RU патент), которые были использованы в серийном производстве материалов.

Получение состава, содержащего атомы бора и азота, осуществляли путем растворения борного ангидрида в этилцеллозольве совместно с дициандиамидом. Полученный продукт является эффективным отвердителем эпоксидных смол, обеспечивающим повышение теплостойкости отвержденных полимеров.

Для заявляемого способа указанный продукт использовали в сочетании с триглицидилизоциануратом с преобладанием атомов азота (промышленный продукт-эпоксидная смола марки ЭЦ). Полученный жидкий состав, стабильный при хранении не менее 12 месяцев, наносили на поверхность металла кистью или краскопультом.

Покрытие после воздействия температуры 150÷200°С превращается в твердый прочный материал в течение 1÷2 мин, медленно деструктирующий при температуре 400÷500°С и быстро - при температуре 900÷1000°С, образуя реакционную смесь, состоящую из атомов бора, азота и углерода.

Пример 1.

Приготовление композиции для нанесения покрытий осуществляют в реакторе с мешалкой и обогревом. В реактор загружают растворитель - этилцеллозольв (малотоксичный) (А), затем загружают порошкообразный борный ангидрид (Б) и дициандиамид (В) (серийно выпускаемые продукты). После растворения борного ангидрида и дициандиамида образуется комплексное соединение-отвердитель латентного действия для эпоксидных смол. Соотношение компонентов А:Б:В 60:20:20 (в масс. ч.).

К полученному раствору отвердителя добавляют 40 масс. ч. триглицидилизоцианурата (эпоксидная смола марки ЭЦ, серийно выпускаемый продукт, состоящий преимущественно из атомов азота и углерода (90%), а также кислорода и водорода (10%)).

Состав может храниться не менее 12 месяцев.

Полученный жидкий состав наносят слоем в 1 мм на металлическую поверхность, подвергнутую дробеструйной обработке, и подвергают сушке при 120°С для удаления растворителя и одновременного отверждения в течение 30 мин.

Образуется твердое прочное полимерное покрытие, которое сразу или после любого по длительности перерыва подвергается воздействию плазмотрона с использованием смеси природного газа и воздуха при температуре ~1100°С в течение 10 минут, затем постепенно охлаждают до нормальной температуры. Толщина готового покрытия составляет 200 мкм. Поверхностная микротвердость - 1900 кг/мм2. Температура плавления - свыше 2500°С.

Пример2.

Осуществляют аналогично примеру 1, но толщину наносимого слоя доводят до 2 мм. Образованное покрытие подвергается воздействию плазмотрона с использованием смеси природного газа и воздуха при температуре ~1100°С в течение 5 мин (сразу или после любого по длительности перерыва). Толщина готового покрытия составляет 200 мкм. Поверхностная микротвердость - 1800 кг/мм2. Температура плавления - свыше 2500°С.

Пример 3.

Осуществляют аналогично примеру 1, но соотношение компонентов А: Б:В=70:15:15 (в масс. ч.), а эпоксидной смолы марки ЭЦ добавляют 60 масс. ч. на 100 масс. ч. А+Б+В. Слой покрытия наносят толщиной в 3 мм. Образованное покрытие подвергается воздействию плазмотрона с использованием смеси природного газа и воздуха при температуре ~1100°С в течение 15 мин (сразу или после любого по длительности перерыва). Толщина готового покрытия составляет 600 мкм. Поверхностная микротвердость - 1900 кг/мм2. Температура плавления - свыше 2500°С.

Пример 4.

Осуществляют аналогично примеру 1, но соотношение компонентов А:Б:В применяют 50:25:25, а эпоксидной смолы марки ЭЦ добавляют 30 масс. ч. на 100 масс. ч. А+Б+В. Слой покрытия наносят толщиной в 0,8 мм. Образованное покрытие подвергается воздействию плазмотрона с использованием смеси природного газа и воздуха при температуре ~1100°С в течение 5 мин (сразу или после любого по длительности перерыва). Толщина готового покрытия составляет 150 мкм. Поверхностная микротвердость - 1800 кг/мм2. Температура плавления -свыше 2500°С.

1. Способ формирования высокопрочного жаростойкого покрытия на металлической поверхности, включающий предварительную дробеструйную обработку поверхности, нанесение слоя покрытия и воздействие на него плазмотроном, отличающийся тем, что осуществляют подготовку бор- и азотсодержащего состава покрытия путем растворения борного ангидрида в этилцеллозольве совместно с дициандиамидом в сочетании с триглицидилизоциануратом с преобладанием атомов азота, после нанесения полученного состава покрытие сушат, а затем воздействуют на него плазмотроном с использованием смеси природного газа и воздуха при температуре 1000÷800°С и охлаждают.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве бор- и азотсодержащего состава используют этилцеллозольв (А), порошкообразный борный ангидрид (Б) и дициандиамид (В) в соотношении А:Б:В от 70:15:15 до 50:25:25 с триглицидилизоциануратом в виде эпоксидной смолы промышленной марки ЭЦ в количестве 30÷60 масс. ч. на 100 масс. ч. продукта А+Б+В.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к золь-гель технологии получения материалов на основе диоксида циркония со сфероидальной формой частиц. Может использоваться при получении порошков для плазменного напыления, горячего и холодного прессования, лазерного спекания.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения градиентных нанокомпозитных теплозащитных покрытий для деталей, подверженных воздействию высокотемпературных газовых потоков в авиационной, ракетно-космической технике и машиностроении.

Изобретение относится к поглощающим СВЧ-энергию покрытиям и может быть использовано в электронной технике. Способ получения поглощающего СВЧ-энергию покрытия на металлических поверхностях деталей включает газотермическое напыление порошка, содержащего диоксид титана, при этом в качестве порошка, содержащего диоксид титана, используют порошок, состоящий из 100 % полиморфной модификации диоксида титана – рутила, а напыление осуществляют детонационным способом с получением покрытия, содержащего в качестве поглощающей СВЧ-энергию фазы - рутил.

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

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

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 относится к материалу керметного порошка для плазменного напыления и может использоваться для формирования износостойких покрытий. Керметный порошок содержит 20-80 массовых процентов карбида титана, упрочняющие фазы Cr3C2, WC, TiN в количестве 20-45% относительно карбида TiC и металлическую матрицу.

Изобретение относится к поглощающим СВЧ-энергию покрытиям и может быть использовано в электронной технике. Способ получения поглощающего СВЧ-энергию покрытия на металлических поверхностях деталей включает газотермическое напыление порошка, содержащего диоксид титана, при этом в качестве порошка, содержащего диоксид титана, используют порошок, состоящий из 100 % полиморфной модификации диоксида титана – рутила, а напыление осуществляют детонационным способом с получением покрытия, содержащего в качестве поглощающей СВЧ-энергию фазы - рутил.

Изобретение относится к способам защиты оборудования для работы со шламом. Способ защиты оборудования для работы со шламом включает идентификацию одного или более типов событий износа, которым в процессе эксплуатации подвержена внутренняя поверхность оборудования для работы со шламом, оценку значимости каждого типа события износа поверхности, причем типы и значимость событий износа прогнозируют путем сравнения степеней износа в разных местоположениях внутри оборудования, вычисленных с использованием одной или более вычислительных гидрогазодинамических моделей потока шлама в оборудовании, выдающих на выходе степени износа в различных местоположениях внутри оборудования, и нанесение на поверхность одного или более из термически напыляемого защитного покрытия, содержащего карбид металла или нитрид металла, и эрозионностойкого органического защитного покрытия в тех местоположениях внутри оборудования, которые согласно модели подвержены событиям износа.

Изобретение относится к области нанесения покрытий на металлические контакты. Способ включает электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской серебряной оболочки массой 60-360 мг и сердечника в виде порошка оксида цинка массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней композиционного покрытия системы ZnO-Ag и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30.

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на медные электрические контакты. Способ включает электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской серебряной оболочки массой 60-360 мг и сердечника в виде порошка оксида меди массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней композиционного покрытия системы CuO-Ag и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30.

Изобретение относится к композиции защитного и истираемого покрытия для нанесения на ролики и, более конкретно, к роликам конвейера для перемещения металлических листов, содержащим истираемое покрытие для применения при высоких температурах, к способу изготовления таких роликов и к их применению.

Изобретение относится к способу получения наплавленного покрытия на подложке (варианты), материалу для получения наплавленного покрытия (варианты) и наплавленному на подложку покрытию(варианты).

Изобретение относится к элементу скольжения и способу его производства, элемент скольжения может быть использован на участках скольжения двигателей внутреннего сгорания, которые работают в высокотемпературной среде.

Изобретение относится к порошковой смеси для газотермического напыления уплотнительного покрытия лопаток турбин. Смесь содержит порошок на основе диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, в качестве основного компонента и порообразователь - порошок фторопласта марки Ф-4Д или порошок лавсана в количестве 1…10 мас.%.

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

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

Изобретение относится к области создания высокопрочных жаростойких покрытий с антифрикционными свойствами на металлических поверхностях подшипников, пресс-форм, штампов и других изделий, подвергаемых высоким сжимающим и сдвиговым нагрузкам. Способ формирования высокопрочного жаростойкого покрытия на металлической поверхности включает предварительную дробеструйную обработку поверхности, нанесение слоя покрытия и воздействие на него плазмотроном. Осуществляют подготовку бор- и азотсодержащего состава покрытия путем растворения борного ангидрида в этилцеллозольве совместно с дициандиамидом в сочетании с триглицидилизоциануратом с преобладанием атомов азота. После нанесения полученного состава покрытие сушат, а затем воздействуют на него плазмотроном с использованием смеси природного газа и воздуха при температуре 1000÷800°С и охлаждают. Техническим результатом изобретения является формирование высокопрочных и жаростойких покрытий с антифрикционными свойствами, каким является нитрид бора, обладающий устойчивостью к воздействию температур до 2500÷3000°С и высокой поверхностной твердостью, приближающейся к твердости алмаза. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

Наверх