СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 2013 года по МПК C23C24/04 

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.

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 БИ №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, нанесение покрытия послойно двумя видами газотермического напыления (электродуговым и газопламенным напылением) из материалов с различными физико-механическими свойствами и последующую механическую обработку покрытия [А.С. СССР 1542765, В23Р 6/00, опубл. в БИ №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 предварительную подготовку поверхности проводят используя электрокорунд белый марки 23А зернистостью 80…100 мкм при давлении сжатого воздуха 0,55…0,60 МПа и дистанции обработки 90…100 мм до шероховатости поверхности R_z=120…140 мкм, а нанесение покрытия осуществляют сверхзвуковым электродуговым напылением, одновременно распыляя различные по химическому составу проволоки марок Нп-30Х13 и 65ГА при скорости истечения воздуха из распылительной головки металлизатора 530…540 м/с, давлении сжатого воздуха 0,80…0,85 МПа и рабочем токе дуги 330 А.

Способ осуществляют следующим образом.

Для нанесения покрытия вначале производят предварительную подготовку поверхности детали. При этом используют электрокорунд белый марки 23А ТУ 2-036-00221066-019-97 зернистостью 80…100 мкм, а обработку ведут в специальных камерах (например, типа 02-7112 конструкции ВНИИАвтогенмаш или 026-07.00.000 разработки ВНПО «Ремдеталь») на следующих режимах: давление сжатого воздуха - 0,55…0,60 МПа, дистанция обработки - 90…100 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=120…140 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. При напылении одновременно используют проволоки марок Нп-30Х13 ГОСТ 10543 и 65ГА ГОСТ 1071 диаметром 2,0 мм. Режимы сверхзвукового электродугового напыления: скорость истечения воздуха из распылительной головки металлизатора - 530…540 м/с, давление сжатого воздуха - 0,80…0,85 МПа, рабочий ток дуги - 330 А, рабочее напряжение дуги - 28…30 В, скорость подачи напыляемых проволок - 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 проводят 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 M1 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 равномерную микроструктуру по всей толщине с минимальной пористостью и плотной переходной зоной. При этом отсутствуют глобулярные частицы. Одновременное использование при напылении двух проволок, имеющих различный химический состав, позволяет получить покрытие с высокими твердостью и износостойкостью. 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).

    Предлагаемый способ Показатели Прототип     1. Прочность сцепления нанесенного покрытия, МПа 51…52 62…64 2. Пористость нанесенного покрытия, % 12…15 2…4 3. Коэффициент использования напыляемого материала 0,55 0,80 4. Износостойкость детали с покрытием, % 100 160 5. Долговечность детали с покрытием, % 100 150

Как видно из таблицы, предлагаемый способ нанесения покрытий позволяет в среднем на 20…25% 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 60% - износостойкость детали с покрытием. В результате долговечность детали с покрытием увеличивается не менее чем на 50%.

Изобретение относится к электродуговым способам нанесения покрытий на поверхности изделий с использованием металлических проволок и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности в ремонтном производстве при восстановлении формы и размеров деталей. Осуществляют предварительную подготовку поверхности с использованием электрокорунда белого марки 23А зернистостью 80…100 мкм при давлении сжатого воздуха 0,55…0,60 МПа и дистанции обработки 90…100 мм до шероховатости поверхности R_z=120…140 мкм. Затем наносят покрытие сверхзвуковым электродуговым напылением при одновременном распылении различных по химическому составу проволок марок Нп-30Х13 и 65ГА при скорости истечения воздуха из распылительной головки металлизатора 530…540 м/с, давлении сжатого воздуха 0,80…0,85 МПа и рабочем токе дуги 330 А. После этого осуществляют механическую обработку. Повышается прочность сцепления нанесенного покрытия и его износостойкость, снижается пористость покрытия, повышается коэффициент использования напыляемого материала и производительность способа. 1 табл.

Способ нанесения покрытий, включающий предварительную подготовку поверхности, нанесение покрытия и последующую механическую обработку, отличающийся тем, что предварительную подготовку поверхности проводят с использованием электрокорунда белого марки 23А зернистостью 80…100 мкм при давлении сжатого воздуха 0,55…0,60 МПа и дистанции обработки 90…100 мм до шероховатости поверхности R_z=120…140 мкм, а нанесение покрытия осуществляют путем сверхзвукового электродугового напыления при одновременном распылении различных по химическому составу проволок марок Нп-30Х13 и 65ГА при скорости истечения воздуха из распылительной головки металлизатора 530…540 м/с, давлении сжатого воздуха 0,80…0,85 МПа и рабочем токе дуги 330 А.