СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2013 года по МПК C23C4/02 C23C4/06 C23C4/12 

Изобретение относится к технологиям нанесения покрытий на поверхности изделий, а именно к электродуговым способам нанесения покрытий с использованием металлических проволок, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности в ремонтном производстве при восстановлении формы и размеров деталей.

Известен способ получения покрытий, включающий использование в качестве рабочего газа предварительно нагретого до температуры 100…350°С воздуха, с помощью которого напыляемый порошкообразный материал разгоняется до скоростей свыше 300 м/с и направляется на поверхность обрабатываемого изделия. В качестве напыляемого материала используют порошки, содержащие по крайней мере два компонента: пластичные металлы или их сплавы в количестве не менее 5% по массе и материалы, твердость которых не менее чем в три раза больше твердости включенных в порошкообразный материал пластичных металлов (керамические порошки) [Патент РФ 2038411, С23С 4/00, опубл. в БИ №18, 1995].

Однако данный способ не обеспечивает высокой прочности сцепления напыляемого материала с поверхностью обрабатываемого изделия.

Также известен способ восстановления подшипников скольжения, включающий предварительную механическую обработку изношенных поверхностей, дополнительную абразивную обработку внутренней цилиндрической поверхности струей абразивных частиц, нанесение на эту поверхность газотермическим напылением с последующим оплавлением порошка бронзы алюминиевой, механическую обработку до получения номинального размера и нанесение на наружную цилиндрическую поверхность анаэробного полимера [Патент РФ 2212324, В23Р 6/00, F16C 27/02, опубл. в БИ №26, 2003].

Однако подшипники скольжения, восстановленные данным способом, обладают низкой износостойкостью.

Известен способ нанесения покрытий плазменным напылением, включающий создание потока низкотемпературной плазмы, подачу в него порошкообразного материала и напыление его на изделие ламинарным потоком плазмы с углом расширения 0…3^° и удельным теплосодержанием 26…30 кВт·ч/м³ [Патент РФ 770260, С23С 4/12, опубл. в Б.И. №14, 1997].

Недостатком данного способа является то, что для его реализации необходимо сложное дорогостоящее оборудование.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ восстановления посадочных отверстий, включающий предварительную подготовку поверхности пескоструйной обработкой, нанесение покрытия послойно газотермическим напылением (электродуговой металлизацией и газопламенным напылением) из материалов с различными физико-механическими свойствами и последующую механическую обработку покрытия [А.С. СССР 1542765, В23Р 6/00, опубл. в Б.И. №6, 1990 - прототип].

Недостатком данного способа является то, что нанесение покрытия указанными видами газотермического напыления не позволяет обеспечить высокую прочность сцепления покрытия, а использование указанных технологических режимов и оборудования приводит к большим потерям наносимых материалов и снижению физико-механических свойств напыленного слоя.

Задачей изобретения является повышение долговечности деталей, имеющих покрытие, нанесенное по предлагаемой технологии.

Техническим результатом изобретения является повышение прочности сцепления нанесенного покрытия, снижение его пористости, а также повышение коэффициента использования напыляемого материала, износостойкости и производительности способа.

Поставленная задача и указанный технический результат достигаются за счет того, что в известном способе восстановления посадочных отверстий, включающем предварительную подготовку поверхности, нанесение покрытия и последующую механическую обработку, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ нанесение покрытия осуществляют сверхзвуковым электродуговым напылением при скорости истечения воздуха из распылительной головки металлизатора 500…520 м/с, давлении сжатого воздуха 0,75…0,80 МПа, рабочем токе дуги 310 А, рабочем напряжении дуги 28…30 В и скорости подачи напыляемой проволоки 50ХФА - 9…10 м/мин., а предварительную подготовку поверхности проводят, используя электрокорунд циркониевый марки 38А-5 зернистостью 60...80 мкм при давлении сжатого воздуха 0,60…0,65 МПа и дистанции обработки 100…110 мм до шероховатости поверхности R_z=80…100 мкм.

Способ осуществляют следующим образом.

Для нанесения покрытия вначале производят предварительную подготовку поверхность детали. При этом используют электрокорунд циркониевый марки 38А-5 ТУ 3988-001-83301976-2009 зернистостью 60…80 мкм, содержащий не менее 25% оксида циркония, а обработку ведут в специальных камерах (например, типа 02-7112 конструкции ВНИИАвтогенмаш) на следующих режимах: давление сжатого воздуха - 0,60…0,65 МПа, дистанция обработки - 100…110 мм, угол наклона струи воздуха с электрокорундом к обрабатываемой поверхности - 80…90°. Участки детали, прилегающие к обрабатываемой поверхности, должны быть защищены специальными экранами. Предварительную подготовку ведут до получения сплошного матового состояния поверхности шероховатостью R_z=80…100 мкм.

После этого на поверхность детали сверхзвуковым электродуговым напылением наносят покрытие. Нанесение покрытия необходимо производить не позднее чем через 2 часа после предварительной подготовки поверхности. Механизированная установка для напыления содержит сверхзвуковой металлизатор ЭДМ-9ШД или ЭДМ-10ШД тянущего типа, выпускаемый ГНУ «ГОСНИТИ» Россельхозакадемии, блок управления, двухкатушечную кассету для присадочной проволоки, камеру для напыления и источник питания ВДУ-506 мощностью 12 кВт. Ручной металлизатор ЭДМ-9ШД целесообразно использовать для нанесения покрытий на плоские поверхности и поверхности, имеющие сложную конфигурацию, а станочный металлизатор ЭДМ-10ШД - для нанесения покрытий на цилиндрические поверхности деталей. Режимы сверхзвукового электродугового напыления: скорость истечения воздуха из распылительной головки металлизатора - 500…520 м/с, давление сжатого воздуха - 0,75…0,80 МПа, рабочий ток дуги - 310 А, рабочее напряжение дуги - 28…30 В, скорость подачи напыляемой проволоки 50ХФА диаметром 2,0 мм - 9…10 м/мин, расстояние от сопла сверхзвукового металлизатора до напыляемой поверхности - 100…110 мм. При напылении необходимо следить за тем, чтобы температура поверхности, на которую наносится покрытие, не превышала 100…120°С. При увеличении температуры необходимо делать небольшие перерывы для охлаждения детали.

После напыления производят механическую обработку поверхности детали с покрытием. Ее целесообразно осуществлять шлифованием, используя монокорундовые шлифовальные круги марок М7 или М8, а также электрокорундовые круги зернистостью 40…60 на связке Ml или М2 твердостью СТ1, СТ2. Режимы чернового шлифования: скорость вращения круга - 20…25 м/с, глубина резания - до 0,2 мм, подача - до 0,7 м/мин. Режимы чистового шлифования: скорость вращения круга - 25…30 м/с, глубина резания - до 0,05 мм, подача - до 0,4 м/мин.

Прочность сцепления нанесенного покрытия определяли клеевым методом на разрывной машине Р-1,5. Пористость оценивали в соответствии с методикой, изложенной в ГОСТ 9.302 «Покрытия металлические и неметаллические неорганические. Методы контроля». Износостойкость оценивали по результатам сравнительных ускоренных испытаний на изнашивание. Испытания проводили в соответствии с ГОСТ 23.224 «Обеспечение износостойкости изделий. Методы оценки износостойкости восстановленных деталей».

При нанесении покрытия по предлагаемой технологии за счет сверхзвуковой скорости истечения потока воздуха из распылительной головки металлизатора нанесенный слой металла имеет тонкую равномерную микроструктуру по всей толщине с минимальной пористостью и плотной переходной зоной. При этом отсутствуют глобулярные частицы. Оборудование, используемое для нанесения покрытий, позволяет значительно снизить угол факела распыла. В результате прочность сцепления нанесенного покрытия, коэффициент использования напыляемого материала, а также износостойкость и долговечность детали с покрытием существенно увеличиваются (таблица).

Показатели Прототип Предлагаемый способ 1. Прочность сцепления нанесенного покрытия, МПа 51…52 60…62 2. Пористость нанесенного покрытия, % 12…15 2…4 3. Коэффициент использования напыляемого материала 0,55 0,80 4. Износостойкость детали с покрытием, % 100 150 5. Долговечность детали с покрытием, % 100 140

Как видно из таблицы, предлагаемый способ нанесения покрытий позволяет в среднем на 15…20% увеличить прочность сцепления нанесенного покрытия и в 3,5…4,5 раза снизить его пористость, а также на 45% увеличить коэффициент использования напыляемого материала и на 50% - износостойкость детали с покрытием. В результате долговечность детали с покрытием увеличивается не менее чем на 40%.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к электродуговым способам нанесения покрытий на поверхности изделий с использованием металлических проволок, в частности, ремонтном производстве при восстановлении формы и размеров деталей. Способ включает предварительную подготовку поверхности, нанесение покрытия и последующую механическую обработку. Предварительную подготовку поверхности проводят с использованием электрокорунда циркониевого марки 38А-5 зернистостью 60…80 мкм при давлении сжатого воздуха 0,60…0,65 МПа и дистанции обработки 100…110 мм до шероховатости поверхности R_z=80…100 мкм. Нанесение покрытия осуществляют сверхзвуковым электродуговым напылением при скорости истечения воздуха из распылительной головки металлизатора 500…520 м/с, давлении сжатого воздуха 0,75…0,80 МПа, рабочем токе дуги 310 А, рабочем напряжении дуги 28…30 В и скорости подачи напыляемой проволоки 50ХФА - 9…10 м/мин. Повышается прочность сцепления нанесенного покрытия с подложкой, снижается его пористость, а также повышается коэффициент использования напыляемого материала, износостойкость и производительность. 1 табл.

Способ нанесения покрытия, включающий предварительную подготовку поверхности, нанесение покрытия и последующую механическую обработку, отличающийся тем, что предварительную подготовку поверхности проводят с использованием электрокорунда циркониевого марки 38А-5 зернистостью 60…80 мкм при давлении сжатого воздуха 0,60…0,65 МПа и дистанции обработки 100…110 мм до шероховатости поверхности R_z=80…100 мкм, а нанесение покрытия осуществляют сверхзвуковым электродуговым напылением при скорости истечения воздуха из распылительной головки металлизатора 500…520 м/с, давлении сжатого воздуха 0,75…0,80 МПа, рабочем токе дуги 310 А, рабочем напряжении дуги 28…30 В и скорости подачи напыляемой проволоки 50ХФА - 9…10 м/мин.