СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2007 года по МПК C23C24/04 

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности изделий, а именно к газодинамическим способам нанесения покрытий с использованием неорганического порошка, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности, при восстановлении формы и размеров металлических деталей, изготовлении и ремонте изделий, требующих герметичности, повышенной коррозионной стойкости, жаростойкости и адгезионно-когезионной прочности.

Известен способ нанесения покрытий (патент РФ №2205897, МПК С23С 24/04 2003 г.) [1], заключающийся в подаче абразивного порошкового материала с размером частиц 30-300 мкм, нагреве сжатого воздуха, подаче его в сверхзвуковое сопло, формировании в сопле сверхзвукового воздушного потока, подаче в поток порошкового материала в сопле сверхзвуковым потоком и направлении его на поверхность обрабатываемого изделия.

Недостатком данного способа является низкая адгезионная прочность покрытия на чугунных деталях. Причина этого - в наличии на поверхности чугуна включений графита, непрочно связанного с металлической основой (Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1990 г., с.144-149) [2].

Технический результат направлен на увеличение адгезионной прочности газодинамических покрытий на чугунных деталях.

Технический результат достигается тем, что в способе нанесения покрытия на чугунные детали, включающем обработку детали абразивным порошковым материалом с размером частиц 30-300 мкм, нагрев сжатого воздуха, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в поток порошкового материала, предназначенного для формирования покрытия и направление его на поверхность обрабатываемого изделия, причем перед обработкой детали абразивным порошковым материалом на поверхность детали наносят флюс со временем активности 0,2-0,25 часа, содержащий до 30% хлористого аммония NH₄Cl, до 70% хлористого цинка ZnCl₂ и до 2% перманганата калия KMnO₄ (табл.1), и осуществляют нагрев поверхности по флюсу горелкой с окислительным пламенем до температуры (0,14-0,2)·Т_пл (табл.2), где Т_пл - температура плавления чугуна.

Отличительными признаками от прототипа является то, что перед обработкой детали абразивным порошковым материалом на поверхность детали наносят флюс со временем активности 0,2-0,25 часа, содержащий до 30% хлористого аммония NH₄Cl, до 70% хлористого цинка ZnCl₂ и до 2% перманганата калия KMnO₄, и осуществляют нагрев поверхности по флюсу горелкой с окислительным пламенем до температуры (0,14-0,2)·Т_пл, где Т_пл - температура плавления чугуна.

Заявленный способ соответствует категории «новизна» и позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенное отличие».

На фиг.1 - схема процесса нанесения покрытия с применением флюса. На фиг.2 - зависимость адгезионной прочности газодинамического покрытия от времени активности флюса (t_ф) и от температуры подогрева поверхности основы (Т_п.п.).

Способ осуществляется следующим образом.

На поверхность восстанавливаемой чугунной детали 1 наносится флюс 2, содержащий до 30% хлористого аммония NH₄Cl, до 70% хлористого цинка ZnCl₂ и до 2% перманганата калия KMnO₄ (табл.1), окисление графита на поверхности чугуна осуществляется за счет протекания химической реакции между активным веществом солей хлористого аммония NH₄Cl и хлористого цинка ZnCl₂, а также перманганата калия KMnO₄ и нагрева поверхности по флюсу 2 горелкой 3 (с окислительным пламенем) до температуры 230°С-240°С (табл.2), причем интервал времени после нанесения флюса и нагревом поверхности чугунной детали должен составлять 0,2-0,25 часа (табл.1), затем поверхность чугунной детали 1 обрабатывают абразивным порошковым материалом 4 (корундом) для удаления остатков флюса, а также появления шероховатости поверхности чугунной детали 1, после этого на обработанную поверхность детали 1 наносят газодинамическое покрытие 5 с помощью оборудования типа «ДИМЕТ», разработанного и изготовляемого Обнинским центром порошкового напыления [3].

Вследствие вышеизложенного можно сделать вывод, что при нанесении на поверхность чугунной детали предложенного флюса и подогрева поверхности основы перед абразивно-струйной обработкой чугунной детали следует ожидать увеличение активации поверхности, как следствие «очищение» восстанавливаемой детали от наличия свободного графита и увеличение адгезионной прочности газодинамических покрытий.

Пример реализации способа:

С использованием оборудования типа «ДИМЕТ-403» восстанавливались образцы, вырезанные из чугунного картера сцепления (СЧ28) автомобиля УрАЛ 4320. При этом наносилось алюминий-цинковое покрытие толщиной 200-400 мкм. Порошковый материал, предназначенный для формирования покрытия, содержал порошок алюминия с размером частиц 1-50 мкм, порошок цинка с размером частиц 1-100 мкм и порошок карбида кремния с размером частиц 1-60 мкм. Сжатый воздух перед подачей в сверхзвуковое сопло нагревался до температуры 400°С, статистическое давление в месте ввода порошка в сопло поддерживалось 0,8-0,9 атм. [1]. На стадии подготовки поверхности на образцы наносился флюс (состоящий из хлористого аммония NH₄Cl, хлористого цинка ZnCl₂ и перманганата калия KMnO₄), после этого поверхность по флюсу нагревали горелкой (с окислительным пламенем) до температуры 150-250°С, причем интервал времени после нанесения флюса и нагревом поверхности чугунной детали составил 0,2-0,25 часа, затем поверхность чугунной детали обработали абразивным порошковым материалом (корундом) с размером частиц 150-200 мкм. После его подачи в сопло визуально наблюдалась очистка поверхности от остатков флюса и появление шероховатости поверхности основы. Результаты определения адгезионной прочности для всех образцов представлены в таблице 3, а зависимость адгезионной прочности от времени активности флюса (t_ф) и от температуры подогрева поверхности основы (Т_п.п.) представлены на (фиг.2).

Таким образом, из приведенного выше примера и при реализации заявляемого способа подготовки поверхности основы лучшая адгезионная прочность напыленных газодинамических покрытий на чугунной основе, установленная по клеевой методике, составляет 6,4 МПа при применении флюса, содержащего (до 30% хлористого аммония NH₄Cl, до 70% хлористого цинка ZnCl₂ и до 2% перманганата калия KMnO₄), температуре подогрева поверхности основы 235°С, времени активности флюса 0,2-0,25 часа.

Источники информации

1. Патент РФ №135048/02, МПК 7 С23С 24/04, 2001 г. - Способ нанесения покрытий.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1990 г., с.144-149.

3. Профессиональное оборудование «ДИМЕТ-403» - Установка для нанесения металлопорошковых газодинамических покрытий. Обнинский центр порошкового напыления.

Таблица 1Результаты испытаний газодинамического покрытия на адгезионную прочность в зависимости от времени активности флюсаСостав флюса, %Время активности флюса (t_ф), час0-0,050,05-0,10,1-0,150,15-0,20,2-0,250,25-0,30,35-0,40,45-0,5Адгезионная прочность покрытия, МПаZlCl₂ до 104,1-4,24,2-4,34,3-4,44,4-4,54,4-4,54,4-4,54,3-4,44,2-4,3Nh₄Cl до 90
KMnO₄ до 2ZnCl₂ до 204,1-4,24,2-4,34,4-4,54,4-4,54,5-4,64,4-4,54,3-4,44,2-4,3Nh₄Cl до 80        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 304,2-4,34,2-4,34,4-4,54,5-4,64,5-4,64,4-4,54,3-4,44,2-4,3Nh₄Cl до 70        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 404,4-4,54,4-4,54,5-4,64,6-4,74,5-4,64,4-4,54,4-4,54,3-4,4Nh₄Cl до 60        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 504,4-4,54,5-4,64,7-4,84,7-4,84,5-4,64,5-4,64,4-4,54,3-4,4Nh₄Cl до 50        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 604,5-4,64,7-4,85,1-5,25,2-5,35,4-5,54,7-4,84,6-4,74,4-4,5Nh₄Cl до 40        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 704,4-4,54,7-4,85,3-5,45,5-5,65,8-5,95,2-5,34,7-4,84,6-4,7Nh₄Cl до 30        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 804,6-4,74,8-4,95,2-5,35,1-5,24,9-5,04,6-4,74,5-4,64,2-4,3Nh₄Cl до 20        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 904,6-4,74,8-4,95,3-5,45,2-5,35,0-5,14,7-4,84,6-4,74,4-4,5Nh₄Cl до 20        KMnO₄ до 2        

Таблица 2Результаты испытаний газодинамического покрытия на адгезионную прочность в зависимости от температуры подогрева поверхности основыСостав флюса, %Температура подогрева поверхности основы (Т_п.п.), °С0-5050-100100-150150-200200-250250-300300-350350-400Адгезионная прочность покрытия, МПаZnCl₂ до 104,3-4,44,3-4,44,4-4,54,6-4,74,8-4,95,1-5,25,0-5,15,0-5,1Nh₄Cl до 90        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 204,3-4,44,3-4,44,5-4,64,6-4,74,8-4,95,1-5,25,1-5,25,0-5,1Nh₄Cl до 80        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 304,3-4,44,3-4,44,5-4,64,6-4,74,8-4,95,2-5,35,4-5,55,3-5,4Nh₄Cl до 70        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 404,4-4,54,5-4,64,7-4,84,7-4,84,9-5,05,2-5,35,4-5,55,3-5,4Nh₄Cl до 60        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 504,5-4,64,6-4,75,0-5,15,5-5,65,5-5,65,4-5,55,4-5,55,4-5,5Nh₄Cl до 50        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 604,5-4,64,6-4,75,1-5,25,4-5,55,6-5,75,6-5,75,5-5,65,5-5,6Nh₄Cl до 40        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 704,5-4,64,6-4,75,2-5,35,5-5,65,9-6,05,8-5,95,7-5,85,7-5,8Nh₄Cl до 30        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 804,7-4,84,9-5,05,3-5,45,3-5,45,7-5,85,6-5,75,6-5,75,5-5,6Nh₄Cl до 20        KMnO₄ до 2        ZnCl₂ до 904,7-4,84,9-5,05,4-5,55,4-5,55,3-5,45,1-5,25,2-5,35,0-5,1Nh₄Cl до 10        KMnO₄ до 2        

Таблица 3Результаты определения адгезионной прочности газодинамических покрытий на чугунных основах при применении предложенного способа подготовки поверхности основы№ п/пТолщина напыленного слоя, мкмСостав флюса, %Время активности флюса, часТемпература подогрева поверхности основы, °СКоэффициент использования порошка, %Адгезионная прочность, МПаПрототип200-400нетнетнет254,5  ZnCl₂ до 70    1200-400Nh₄Cl до 300,05150385,2  KMnO₄ до 2      ZnCl₂ до 70    2200-400Nh₄Cl до 300,10175385,4  KMnO₄ до 2      ZnCl₂ до 70    3200-400Nh₄Cl до 300,15190385,3  KMnO₄ до 2      ZnCl₂ до 70    4200-400Nh₄Cl до 300,20205405,6  KMnO₄ до 2      ZnCl₂ до 70    5200-400Nh₄Cl до 300,25220405,9  KMnO₄ до 2      ZnCl₂ до 70    6200-400Nh₄Cl до 300,20235406,4  KMnO₄ до 2      ZnCl₂ до 70    7200-400Nh₄Cl до 300,25245446,0  KMnO₄ до 2      ZnCl₂ до 70    8200-400Nh₄Cl до 300,20250466,1  KMnO₄ до 2      ZnCl₂ до 70    9200-400Nh₄Cl до 300,15265465,4  KMnO₄ до 2    

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности изделий, а именно к газодинамическим способам нанесения покрытий. Сначала на поверхность детали наносят флюс со временем активности 0,2-0,25 часа, содержащий до 30% хлористого аммония NH₄Cl, до 70% хлористого цинка ZnCl₂ и до 2% перманганата калия KMnO₄. Затем осуществляют нагрев поверхности по флюсу горелкой с окислительным пламенем до температуры (0,14-0,2)·Т_пл, где Т_пл - температура плавления чугуна. Проводят обработку детали абразивным порошковым материалом с размером частиц 30-300 мкм. Нагревают сжатый воздух и подают его в сверхзвуковое сопло. Формируют в сопле сверхзвуковой воздушный поток, в который подают порошковый материал, предназначенный для формирования покрытия, и направляют его на поверхность обрабатываемого изделия. Данный способ позволяет повысить адгезионную прочность газодинамических покрытий на чугунных изделиях. 2 ил., 3 табл.

Способ нанесения покрытия на чугунные детали, включающий обработку детали абразивным порошковым материалом с размером частиц 30-300 мкм, нагрев сжатого воздуха, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в поток порошкового материала, предназначенного для формирования покрытия и направление его на поверхность обрабатываемого изделия, отличающийся тем, что перед обработкой детали абразивным порошковым материалом на поверхность детали наносят флюс со временем активности 0,2-0,25 ч, содержащий до 30% хлористого аммония NH₄Cl, до 70% хлористого цинка ZnCl₂ и до 2% перманганата калия KMnO₄, и осуществляют нагрев поверхности по флюсу горелкой с окислительным пламенем до температуры (0,14-0,2)·Т_пл, где Т_пл - температура плавления чугуна.