СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1996 года по МПК C23C24/04 

Изобретение относится к способам нанесения покрытий напылением, в частности, к напылению порошковых материалов и может быть использовано для восстановления изделий, в частности, изношенных поверхностей контактных проводов электрифицированного транспорта.

Известен способ плазменного напыления порошковых материалов для создания упрочняющих покрытий на трущихся поверхностях деталей (см. С.Н.Полевой, В.Д. Евдокимов "Упрочнение металлов", М. 1986, с.257). Данный способ применялся также и для восстановления деталей, в том числе и контактных проводов. К недостаткам способа можно отнести его дороговизну, сложность и массивность установки, что препятствует применению ее в полевых условиях, использование метода приводит к интенсивному разогреву проводов, что способствует их разупрочнению. Сравнительно низкая скорость нанесения при плазменном напылении привела к тому, что максимальная толщина слоя, полученная на контактных проводах, составила лишь 0,8 мм. Минимальная толщина восстановленного слоя контактных проводов должна составлять не менее 1 1,5 мм.

Наиболее близким способом к предложенному является способ получения покрытий, включающий ускорение порошка с величиной частиц 1 200 мкм в потоке неподогретого газа носителя до скоростей 650 1200 м/с и нанесение его на поверхности изделия (см. Авт. св. СССР N 1618778, с 23 с 4/00, 1986). Способ прост, экономичен, высокопроизводителен, однако, покрытие обладает низкой адгезией.

Способ согласно изобретению позволяет улучшить адгезию покрытия.

Сущность изобретения состоит в следующем. Порошок разгоняется до сверхзвуковых скоростей. Разогреву подвергается газ-носитель, в качестве которого (с точки зрения аэродинамики) лучше использовать наиболее легкие газы, например, гелий. Однако, могут быть использованы наиболее доступные и дешевые газы: воздух или водяной пар. В качестве порошка можно использовать монометаллический порошок, порошковые сплавы или смесь порошков, полученную тем или иным способом. Состав порошка определяется не технологическими, а эксплуатационными требованиями. Температура газа-носителя определяется температурой плавления легкоплавкой компоненты порошка. Она в зависимости от состава, количества легкоплавкой компоненты и вида, в котором она присутствует в порошке может составлять от 0,3 до 0,9 ее температуры плавления. При температуре ниже 0,3 температуры плавления происходит резкое снижение сцепления порошка с проводом, а при температуре выше 0,9 температуры вследствие интенсивного оплавления порошка он интенсивно налипает на стенки трубопровода и сопла, что приводит к засорению последних и прекращению напыления, также повышается угроза разупрочнения провода. Температура газа-носителя также зависит от самого газа-носителя. Так если в качестве последнего использовать легкие газы, например гелий, то его можно не греть.

Схема нанесения следующая: газ-носитель под давлением (для этого используется либо компрессор, либо баллоны со сжатым газом) подается в газопровод, проходит через нагреватель, затем он проходит мимо дозатора, из которого в газовый поток подается порошок, далее газо-порошковая смесь, проходя через сопло разгоняется до сверхзвуковых скоростей и подается на поверхность восстанавливаемой детали. Деталь может предварительно подогреваться тем же газом-носителем без подачи порошка или другим способом.

Предварительный подогрев газом-носителем без порошка может быть применен в качестве самостоятельной операции, например для активирования поверхности.

Порошок подают под углом 50 85^o к поверхности. При нанесении под углом более 85^o сцепление нанесенного слоя с покрытием снижается примерно в 5 раз. При нанесении под углом менее 50^o большая часть порошка улетает, не сцепившись с поверхностью.

В качестве порошковой смеси были опробованы различные составы, соответствующие по своему химическому составу различным латуням и бронзам, сплавам на основе интерметаллидов, например Ni, Al, чисто медный порошок, смесь порошков меди с цинком, алюминием, железом или одним из таких компонентов. Для получения антифрикционного слоя подшипников скольжения применяли смесь порошков алюминия и свинца.

Для нанесения покрытий может быть использован любой стандартный компрессор с давлением 6 атмосфер и соответствующим расходом воздуха и источник электроэнергии мощностью до 50 кВт.

Пример конкретного выполнения.

Способ согласно изобретению применяли для восстановления изношенного медного контактного провода электрифицированного железнодорожного транспорта. Порошок состоял из смеси порошков меди и цинка (содержание цинка составило 10 30%). Данное количество цинка является оптимальным для получения необходимой для проводов износостойкости, электрических и механических свойств, хотя изобретение осуществимо и с иным содержанием не только цинка, но и других элементов. Оптимальная температура разогрева газа-носителя находилась в интервале 300 360^oC (температура плавления цинка равна 420^oC). При температуре, равной 140^oC (0,3 Тпл.) прочность сцепления достигла 7 МПа, а при температуре 400^oC происходило интенсивное налипание цинка на стенки трубопроводов и сопла. При нанесении слоя толщиной 2 мм на площадку шириной 10 мм производительность составила около 1 м/мин. Электрическое сопротивление нанесенного слоя составило от 0,8 до 1,1 мОм. м. Прочность сцепления с проводом при нанесении под углом 70 + 10^o составила 15 25 МПа. При нанесении порошка под углом 90^o прочность сцепления составила около 4 МПа.

Данные по обработке предложенным способом приведены в табл. 1.

Способ отличается простотой, дешевизной и отсутствием необходимости в капитальных затратах. Для восстановления контактных проводов без их демонтажа способ привлекателен тем, что автомотриса снабжена компрессором на 6 ат. с необходимым расходом воздуха, источником электроэнергии на 50 кВт, а также тем, что в отличие от других способов при нанесении отсутствует интенсивный разогрев контактного провода, который может привести к отжигу последнего. ТТТ1

Способ заключается в нанесении порошковой смеси в потоке подогретого газа-носителя, разогнанного до сверхзвуковых скоростей. Газ-носитель под давлением проходит через нагреватель и дозатор, из которого подается металлический порошок. Далее газопорошковая смесь через сопло подается на поверхность восстанавливаемой детали под углом к поверхности. Способ позволяет восстанавливать детали, в частности контактный провод, без перегрева и демонтажа. 1 табл., 3 з.п.ф-лы.

1. Способ получения покрытий, включающий ускорение порошка, состоящего из одного или нескольких компонентов, в потоке газа-носителя до сверхзвуковых скоростей и нанесение его на поверхность изделия, отличающийся тем, что ускорение порошка проводят в потоке газа-носителя, нагретого до температуры 0,3-0,9 температуры начала образования жидкой фазы, а нанесение порошковой смеси осуществляют под углом 50-85° к поверхности изделия. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве газа-носителя используют воздух, водяной пар или нейтральные газы. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед нанесением порошка осуществляют предварительный подогрев изделия газом-носителем. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве порошка используют порошок меди с 10-90% цинка, а в качестве газа-носителя воздух, нагретый до 300-360°С.