СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ МНОГОСЛОЙНЫХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1998 года по МПК C23C4/04 

Изобретение относится к области нанесения покрытий газотермическими методами и может быть использовано во многих отраслях промышленности.

Известен способ плазменного напыления материалов с определенными свойствами для восстановления отработавших деталей с износом, не превышающим 1 мм. Технология восстановления заключается в механической обработке под напыление, напылении покрытия и финишной механической обработке напыленного слоя на чертежный размер (Кречмар Э., Шварц Г. Напыление металлов, керамики и пластмасс. -М.: Машиностроение, 1966, с. 431).

Недостатком способа является ограничение толщины наносимых покрытий из-за возникающих в покрытии внутренних напряжений, которые снижают прочность сцепления с основой и между частицами, что приводит к появлению трещин, сколов, отслаиванию покрытий. Поэтому толщина наносимых покрытий составляет 0,3...0,5 мм.

Известен способ получения износостойкого покрытия, при котором на поверхность материала напыляют нижний грунтовочный слой, на который напылением наносят стойкий к истиранию материал, образующий рабочую поверхность. Присутствующие в грунтовочном слое компоненты просачиваются в смежный слой с увеличением силы сцепления между двумя слоями (заявка Японии N 56-21832, кл. C 23 C 7/00, опубликована 21.05.81.)
Этот способ также не решает задачи увеличения толщины покрытия, потому что грунтовочный слой имеет предельную толщину пропитки основного покрытия, а соответственно и общей толщины покрытия.

Наиболее близким техническим решением является способ получения коррозионностойкого двойного покрытия, состоящего из металлургически связанной грунтовки и основного наружного покрытия. Грунтовку наносят плазменным напылением на подложку двух или более материалов при отсутствии взаимодействия между ними. Затем подложку подвергают термообработке в неокислительной атмосфере, которая обуславливает диффузию и взаимодействие между материалами. Способ обеспечивает образование металлургически связанной грунтовки, прочно соединенной с подложкой и основным наружным покрытием (патент США N 3 837 894, кл. C 23 C 7/00, 1974).

Известный способ также не дает увеличения толщины покрытия, так как не повышает прочности сцепления между частицами, что приводит к отслаиванию покрытия по границе с припоем при достижении толщины, равной 1...1,5 мм.

Цель изобретения - увеличение толщины покрытия и повышение адгезионной и когезионной прочности покрытий.

Способ получения износостойких многослойных покрытий, включает нанесение на основу слоя грунтовки, напыление основного наружного покрытия и термообработку в неокислительной атмосфере, причем на слой грунтовки наносят промежуточный слой, состоящий из основного наружного покрытия 80-98 мас.%, флюса 1,0 - 19,0 мас.%, грунтовки 1,0 - 19,0 мас.%, а термообработку проводят при температуре плавления грунтовки.

Толщина промежуточного слоя превышает толщину грунтовки не менее чем в два раза.

Способ осуществляется следующим образом.

На основу (деталь) напыляют слой грунтовки, затем промежуточный слой, содержащий основной наружный металл 80 - 98 мас.%, грунтовку 1,0-19,0 мас.%, флюс 1,0-19,0 мас. %. На промежуточный слой наносят основное наружное покрытие. Напыленную деталь подвергают термообработке в неокислительной атмосфере.

Наличие флюса и грунтовки в промежуточном слое обеспечивает образование участков с металлургической связью (на уровне паянного соединения), что обеспечивает удержание покрытия на основе без сколов, отслаиваний и образования трещин.

Термообработку нанесенного покрытия проводят при температуре плавления грунтовки, что приводит к фиксации имеющихся металлургических связей и образованию матрицы, состоящей из грунтовки и наполнителя из материалов покрытия. Процентное содержание грунтовки и флюса в промежуточном слое определяется составом основы, условиями работы детали. Толщина пленок грунтовки между частицами покрытия составляет 2-5 мкм,
Толщина промежуточного слоя превышает толщину грунтовки не менее чем в два раза.

Заявляемое изобретение позволяет напылять покрытия толщиной 1,5...2,5 мм.

Пример. При эксплуатации в условиях фреттинг-коррозии при повышенных температурах (850^oC) изнашиваются торцы детали на два и более миллиметров с каждой стороны. Материал детали - никелевый сплав. В качестве основного наружного покрытия выбран материал ВКНА (ТУ14-1-1790-76). Материал грунтовки выбирается из условия стойкости детали, условий эксплуатации, конструкционных особенностей и по твердости грунтов - при повышенных температурах. Выбрана грунтовка ВПр11-40Н (ТУ-809-108-91) с температурой пайки - 1060... 1120^oC.

На деталь напылили грунтовку ВПр11-40Н толщиной 10-50 мкм., затем промежуточный слой, содержащий 95% порошка ВКНА, 3% грунтовки ВПр11- 40Н и 2% флюса (KBF4), толщиной 2,10-2,30 мм. На промежуточный слой напылили основное наружное покрытие (ВКНА) толщиной 0,3-0,5 мм. После этого проведена термообработка в неокислительной атмосфере при температуре 1080+10^oC в течение 30 мин., а затем шлифовка на чертежный размер.

По данной технологии деталь была восстановлена и отработала установленный ресурс.

Заявляемое техническое решение обеспечивает повышение качества покрытия, увеличение толщины покрытия, повышение адгезионной и когезионной прочности покрытия.

Предлагаемый способ может быть использован в мелкосерийном производстве с широким ассортиментом напыляемых деталей.

Способ включает напыление на деталь слоя грунтовки, затем промежуточного слоя, содержащего основной наружный металл 80-98 мас.%, грунтовку 1,0-19,0 мас. %, флюс 1,0-19 мас.%, на промежуточный слой наносят наружное покрытие и проводят термообработку в неокислительной атмосфере при температуре плавления грунтовки. Способ позволяет увеличить толщину покрытия и повысить его адгезионную и когезионную прочность. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ получения износостойких многослойных покрытий, включающий нанесение на основу слоя грунтовки, напыление основного наружного покрытия и термообработку в неокислительной атмосфере, отличающийся тем, что на слой грунтовки наносят промежуточный слой, состоящий из основного наружного покрытия 80-98 мас. %, флюса 1,0-19,0 мас.%, грунтовки 1,0-19,0 мас.%, а термообработку проводят при температуре плавления грунтовки. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что толщина промежуточного слоя превышает толщину грунтовки не менее чем в два раза.