СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1997 года по МПК C23C24/04 

Изобретение относится к способам формирования поверхностных слоев покровного типа, позволяющих изменить физико-химические и технологические свойства как поверхности основного материала (подложки), так и получить новый материал с новыми физико-химическими свойствами.

Известен способ получения покрытий, заключающийся в ускорении частиц материала покрытия в неподогреваемом газовом потоке до определенной скорости и соудаление их с подложной (авт. св. N 1618778, кл. C 23 C 4/00, 1991).

Недостатком известного способа является невозможность получения композиционных покрытий и материалов, так как предлагаемые в способе режимы не обеспечивают возможность протекания аномально экзотермических химических реакций.

Целью изобретения является получение композиционных покрытий и материалов.

Указанная цель достигается тем, что в способе получения покрытий, заключающемся в ускорении частиц материала покрытия и нанесении его на изделие газовым потоком, перед ускорением производят механическое смешивание частиц материала, в последующем составляющего композит, а ускорение ведут подогретым газовым потоком с температурой 300≅T≅600 K и скоростью, определяемой числом Маха 1≅M ≅2.

На чертеже представлена блок-схема установки для газодинамического напыления.

В установку входят устройство для подачи частиц 1, камера смешения 2 с сопловым блоком, подводящие трубопроводы с арматурой 3, аппаратура регулирования и контроля 4, подложка 5, на которую производят напыление.

Способ осуществляется следующим образом.

Порошки различных материалов, подобранных в определенном сочетании между собой (по химическому составу, массовым долям и т.д.) механически смешивают в камере смешения. Затем засыпают в питатель и по мере достижения газом носителем необходимых скоростей и температур транспортируют порошковую смесь в сопловой блок, где происходит ускорение этой смеси газом-носителем. При этом формируется покрытие за счет высокого уровня кинетической энергии частиц сообщаемой им газовой струей, в то время как температура газового потока значительно меньше температуры их плавления (не превышает 600 К), то есть исключены физико-химические и фазовые превращения в потоке газа-носителя. Высокоскоростное соударение частиц с подложкой приводит к взаимной пластической деформации, активации, физическому контакту за счет высокого локального давления в пятне контакта. При этом при скоростях соударения частиц с подложкой M < I покрытие не формируется, а реализуется только процесс эрозии подложки. При скоростях I M ≅2 в результате ударно-волновых нагрузок, которые накладываются на материалы частиц и подложки и диссипации кинетической энергии частиц, переходящей в тепловую с локализацией температурного пика в пятне контакта, происходят физико-химические и фазовые превращения частиц как в переходной зоне на границе покрытие-подложка, так и в объеме покрытия, происходит изменение кристаллической решетки исходных материалов и образование новых (Шорморов М.Х. Харламов Ю.А. Физико-химические основы детонационно-газового напыления покрытий, М. Наука, 1978, с. 78).

Пример 1. Латуни.

Смесь порошков меди и цинка с дисперсностью 5.30 мкм в соотношении 40% и 60% загружают в устройство для подачи частиц, где их смешивают подачей сжатого воздуха. Смесь подают на вход камеры смешения, где производят ее смешение с основным газовым потоком, температура которого 300 К. Далее разгоняют в сопловом блоке до скорости M 1,1 и производят напыление на подложку из алюминия. В результате получено композиционное покрытие типа латуни, в котором присутствуют α, β, γ, ε-фазы. Значение микротвердости H_μ=420 МПа.
Пример 2. Интерметаллиды.

Смесь порошков: кобальт и алюминий в соотношении 89,2% и 10,8%
Подогрев газа до Т 523 К.

Скорость разгона частиц M 1,63.

Подложка алюминий.

Дисперсность частиц 5.30 мкм.

Получено композиционное покрытие в составе которого CoAl, Co₃Al.

Значение микротвердости H_μ=1750 МПа..

Пример 3. Интерметаллиды.

Смесь порошков: никель и алюминий в соотношении 89,2% и 10,8%
Подогрев газа до T 473 K.

Скорость разгона частиц M 1,5.

Подложка медь.

Дисперсность частиц 5.30 мкм.

Получено композиционное покрытие, в составе которого NiAl, Ni₃Al
Значение микротвердости H_μ=1600 МПа..

Пример 4. Карбиды и бориды.

B₄C + 3Ti 2TiB₂ + Til
Соотношение весов взято по молекулярной массе 1:3.

Подогрев газа до T 600 K.

Скорость разгона частиц M 2.

Подложка керамика (может быть сталь).

Получен композиционный материал, в составе которого 2TiB₂, TiC (см. реакцию).

Пример 5. Карбиды и силициды.

3SiC + 8Ti Ti₅Si₃ + 3TiC
Соотношение весов взято по молекулярной массе 3:8.

Подогрев газа до T 600 K.

Скорость разгона частиц M 2.

Подложка керамика (может быть сталь).

Получен композиционный материал в составе которого Ti₅Si₃, 3TiC (см. реакцию).

Предлагаемый способ получения композиционных покрытий и материалов позволяет исключить процессы химического взаимодействия частиц с газом-носителем, что дает возможность использовать в качестве газа-носителя воздух. Покрытия, полученные предлагаемым способом, обладают повышенными когезионными и адгезионными свойствами, так как они формируются в результате химической реакции, протекающей прямо при реализации технологического процесса напыления. Процесс синтеза интерметаллического соединения заканчивается сверхбыстрым охлаждение расплава (расплав обуславливается химической реакцией), что приводит к фиксации ядер аномально высокой твердости в материале покрытия (Плюмер Р. Обработка порошкообразных материалов взрывом, М. Мир, 1990, с. 81).

Использование: изобретение относится к способам формирования поверхностных слоев покровного типа, позволяющих изменить физико-химические и технологические свойства поверхности основного материала. Сущность изобретения: способ получения покрытия заключается в том, что частицы материала покрытия механически смешивают, разгоняют газовым потоком или воздухом с температурой 300≅T≅600 K до скоростей, характеризуемых числом маха I≅ M≅2 и осаждают их на подложку. 1 ил.

Способ получения покрытий, включающий ускорение частиц материала покрытия и нанесение его на изделие газовым потоком, отличающийся тем, что, с целью получения композиционных покрытий, перед ускорением производят механическое смешивание частиц материалов, в последующем составляющих композит, а ускорение ведут подогретым газовым потоком с температурой 300 ≅ Т ≅ 600К и скоростью, определяемой числом Маха 1 ≅ М ≅ 2.