СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ Российский патент 2013 года по МПК C23C2/04 C23C28/00 

Описание патента на изобретение RU2499077C1

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению покрытий погружением в расплав.

Использующийся способ для нанесения защитных металлических покрытий на стальные и чугунные изделия погружением в расплав алюминия или его сплавов включает предварительное активирование поверхности изделия с последующим погружением в находящийся в ванне расплав алюминия или его сплавов, при этом активирование ведут потоком твердых частиц остроконечной формы размером 0,3-0,5 мм при скорости их подачи 100-120 м/с с последующей обработкой твердыми частицами глобулярной формы размером 1,0-2,0 мм при скорости подачи до 60 м/с. Температуру расплава поддерживают в пределах 660-780°C. Технический результат: снижение расхода алюминия и его сплавов, а также повышение коррозийной стойкости получаемых покрытий, RU 2202648 С2, 29.05.2001.

Покрытия на основе алюминия не могут применяться в качестве износостойких на стальных изделиях, т.к. абразивное изнашивание и ударные нагрузки, действующие при эксплуатации изделий, для защиты которых разрабатывался предлагаемый способ, приведут к их моментальному разрушению.

Известен способ нанесения упрочняющих покрытий из износостойких сплавов ФБХ-6-2, ПР-С27, являющихся хромистыми заэвтектическими чугу-нами, на стальные детали сельскохозяйственных машин. Нанесение покрытий производят методом погружения в расплав при температуре 1280°С. Перед наплавкой заготовки подогревают до температуры 780-800°С и покрывают расплавленным флюсом из ванны состава 60% буры и 40% борного ангидрида (Бетеня Г.Ф. Повышение долговечности почворежущих элементов сельскохозяйственной техники наплавкой намораживанием. - Мн.: БелНИ-ИНТИ, 1986. - 44 с.).

Недостатком данного способа является то, что он позволяет наносить покрытия только из чугунов различных составов при температурах их плавления, что недостаточно для сталей различных марок, поскольку он не обеспечивает необходимой температуры плавления, которая должна находиться в диапазоне 1560-1650°С. Кроме того, при нанесении флюса должен быть обеспечен нагрев изделия до высокой температуры (780-800°С) с помощью ТВЧ-источника, что, во-первых, является достаточно энергоемким процессом, а часто просто невозможно по причине необходимости применения индуктора сложной формы и больших габаритов, повторяющего контуры крупного изделия.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности получения покрытий из сталей различных марок износостойких составов, замене энергоемкого и ограниченного конструктивно для деталей сложной формы и больших габаритов способа нанесения флюса более простым и экономичным, снижении энергоемкости технологического процесса.

Способ нанесения износостойких покрытий погружением в расплав включает в себя предварительную очистку покрываемой поверхности изделия от окалины и технологических загрязнений, нанесение на очищенную поверхность изделия слоя флюса - буры технической методом газопорошковой наплавки, погружение изделия в расплав стали, выдержку в расплаве в течение времени, необходимого для получения требуемой толщины покрытия, извлечение изделия с покрытием из расплава с последующим медленным охлаждением.

Поставленная задача решается следующим образом. Нанесение флюса на покрываемые поверхности производят методом газопорошковой наплавки с подачей флюса в порошковом виде в газовый факел при плавлении порошка в нем и последующем его нанесении на поверхность изделия в расплавленном виде. Нанесение производят с разогревом обрабатываемой части изделия до температуры 450-600°С при использовании пропан-бутановой газовой смеси, что обеспечивает образование равномерного стеклофазного слоя флюса на поверхности изделия. В предлагаемом способе нанесение флюса методом газопорошковой наплавки заменяет высокочастотный нагрев изделия до больших температур с погружением в ванну с расплавленным флюсом, что полностью исключает расход электроэнергии на данной стадии технологии.

Погружение изделия (или его части, на которую наносится защитное покрытие) в расплав происходит после предварительного подогрева до 200-300°С, что достигается выдержкой изделия над зеркалом расплава в течение необходимого времени. Подогрев изделия перед нанесеним покрытия необходим для исключения образования воздушной прослойки на поверхности холодной заготовки в объеме расплава, ведущей к образованию пор и несплошностей в покрытии. Предварительный подогрев изделия перед погружением в расплав производят в том случае, когда операции по нанесению флюса и получению покрытия разделены во времени по технологическим соображениям и изделие по этой причине остывает до температуры окружающей среды.

Способ предназначен для нанесения износостойких покрытий из сталей для отливок марок 35 ГЛ, 35ХГСЛ, 80ГСЛ, 110Г13Л и подобных им, предназначенных для деталей, работающих в условиях повышенного износа и ударных нагрузок, на стальные изделия различного назначения, а также для восстановления изношенных поверхностей на различных деталях машин.

Продолжительность выдержки изделий в расплаве изменяют в пределах от нескольких секунд до десятков секунд, что зависит от теплопроводности и теплоемкости материала изделия, его массы, соотношения объемов материала изделия под слоем расплава и над расплавом (в случае нанесения покрытия на часть поверхности изделия), конфигурации покрываемых поверхностей изделия. Погружение изделия в расплав с выдержкой в нем происходит в течение времени, необходимого для нагрева изделия или части изделия, на которую наносится покрытие, до температуры, при которой происходит образование прочных диффузионных связей между материалом покрытия и металлом изделия. Это время определяется теплопроводностью металла изделия, массой изделия, его конфигурацией, соотношением объемов (масс) изделия, находящихся под поверхностью расплава и над ним, что существенно влияет на тепловые потоки в металле изделия и скорость нагрева покрываемых частей изделия. В общем случае, время выдержки изделия в расплаве находится в пределах от 5-7 с до 10-15 с для изделий небольших и средних габаритов и масс: от 50-100 г до нескольких килограммов. Кроме того, контроль времени нанесения покрытия (момент извлечения изделия из расплава) производят визуально по началу появления зоны раскаленного металла на границе изделия с зеркалом расплава.

Охлаждение изделий с нанесенными покрытиями после извлечения их из расплава производят на воздухе или в термической печи вместе с печью, желательно с защитной атмосферой, с начальной температурой 500-600°С. Остывание изделия с покрытием на воздухе приводит в отдельных случаях к возникновению трещин в покрытии, причиной чего являются, в основном, различные коэффициенты термического расширения материалов покрытия и изделия.

Покрытия по функциональному назначению относятся к износостойким, и предназначаются, в основном, для упрочнения рабочих органов почвообрабатывающих машин (плужных лемехов, культиваторных лап, ножей фрез и др.), а также могут быть использованы в технологии восстановления изношенных поверхностей деталей машин различного назначения.

Материалы, которые наносят известным способом (хромистые заэвтектические чугуны различных составов), обладают повышенной хрупкостью в сравнении со сталями, что является ограничением при работе деталей в условиях абразивного износа с ударными нагрузками в почве.

Техническая задача изобретения - получение на рабочих поверхностях изделий износостойких покрытий, способных противостоять абразивному износу и ударным нагрузкам при работе изделий, обеспечение восстановления изношенных поверхностей изделий различного назначения.

Технический результат от использования предлагаемого изобретения заключается в получении на рабочих поверхностях изделий, подверженных абразивному износу и высоким ударным нагрузкам, например, рабочих органов почвообрабатывающих машин, защитных покрытий значительной толщины (до нескольких миллиметров), из материалов, обладающих повышенными характеристиками: прочностью, износостойкостью, коррозионной стойкостью - сталей различных составов, в том числе, с модифицированной наночастицами карбидов или оксидов тугоплавких металлов структурой.

Похожие патенты RU2499077C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ АЛЮМИНИЕВОГО ИЛИ ЦИНКОВОГО ПОКРЫТИЯ НА ИЗДЕЛИЯ ИЗ ЧУГУНА ИЛИ СТАЛИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ СПЛАВЫ, ФЛЮСЫ И ПОЛУЧАЕМЫЕ ИЗДЕЛИЯ 2005
  • Марутьян Сергей Васильевич
  • Волков Юрий Сергеевич
RU2310011C2
Способ получения жаростойких, износостойких покрытий на основе алюминидов титана на поверхности изделий из титановых сплавов 2022
  • Ковтунов Александр Иванович
  • Хохлов Юрий Юрьевич
  • Никитин Дмитрий Николаевич
  • Вершинин Леонид Владиславович
  • Исаков Юрий Алексеевич
RU2775671C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НАПЛАВКОЙ ПРИПОЯ НА ПОВЕРХНОСТЬ КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ 2004
  • Тихонов О.В.
RU2260503C1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ТРУБ И ИЗДЕЛИЙ С МЕТАЛЛИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ 1995
  • Липкин Я.Н.
  • Гусева М.А.
RU2110601C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ 2016
  • Голубев Матвей Владимирович
  • Пингин Виталий Валерьевич
  • Штефанюк Юрий Михайлович
  • Петров Александр Михайлович
  • Политик Роман Сергеевич
RU2621201C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ 2012
  • Макаров Алексей Викторович
  • Соболева Наталья Николаевна
  • Малыгина Ирина Юрьевна
  • Осинцева Алевтина Леонтьевна
RU2492980C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ 2013
  • Чуфистов Олег Евгеньевич
  • Чуфистов Евгений Алексеевич
  • Артемьев Владимир Петрович
  • Будимиров Александр Владимирович
  • Тихонов Александр Александрович
RU2527107C1
Способ борирования стальных деталей 2017
  • Ишков Алексей Владимирович
  • Иванайский Виктор Васильевич
  • Кривочуров Николай Тихонович
  • Сагалаков Анатолий Михайлович
  • Дмитриев Сергей Федорович
  • Маликов Владимир Николаевич
RU2677548C1
Способ борирования стальных деталей под давлением и контейнер с плавким затвором для его осуществления 2019
  • Иванайский Виктор Васильевич
  • Ишков Алексей Владимирович
  • Кривочуров Николай Тихонович
  • Лященко Дмитрий Николаевич
  • Дмитриев Сергей Федорович
  • Маликов Владимир Николаевич
  • Сагалаков Анатолий Михайлович
RU2714267C1
Способ получения алитированных изделий из углеродистых сталей 1982
  • Марутьян Сергей Васильевич
  • Бойко Игорь Алексеевич
  • Голубев Андрей Иович
  • Швецов Иван Васильевич
SU1087563A1

Реферат патента 2013 года СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ НА СТАЛЬНЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при изготовлении деталей, подверженных в процессе эксплуатации абразивному износу. Способ включает предварительную очистку покрываемой поверхности стального изделия, нанесение на очищенную поверхность изделия слоя флюса методом газопорошковой наплавки с разогревом обрабатываемой части изделия до температуры 450-600°C при использовании пропан-бутановой газовой смеси, погружение изделия в расплав износостойкой стали при температуре расплава 1560-1650°C, выдержку в расплаве в течение времени, необходимого для получения требуемой толщины покрытия, извлечение изделия с покрытием из расплава с последующим медленным охлаждением изделия с нанесенным покрытием на воздухе или вместе с термической печью с начальной температурой 500-600°C. Изобретение позволяет получать износостойкие покрытия толщиной в несколько миллиметров простым и экономичным способом. 1 з.п. ф-лы.

Формула изобретения RU 2 499 077 C1

1. Способ нанесения износостойких покрытий на стальные изделия, включающий очистку поверхности изделия перед покрытием, нанесение флюса на покрываемые поверхности изделия, погружение изделия в расплав и извлечение изделия с покрытием из расплава, отличающийся тем, что в качестве материала покрытия используют износостойкую сталь, нагрев ванны расплава стали производят до температур 1560-1650°C, а нанесение флюса на поверхность изделия производят с разогревом обрабатываемой части изделия до температуры 450-600°C при использовании пропан-бутановой газовой смеси.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед погружением в расплав производят предварительный подогрев изделия до 200-300°C, а после извлечения из расплава изделие с нанесенным покрытием медленно охлаждают на воздухе или вместе с термической печью с начальной температурой 500-600°C.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2013 года RU2499077C1

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА МЕТАЛЛИЧЕСКУЮ ПОДЛОЖКУ И ПОДЛОЖКА С НАНЕСЕННЫМ ПОКРЫТИЕМ 2007
  • Макмэрди Нелл Д.
  • Макмиллен Марк В.
  • Ракиевич Эдвард Ф.
  • Майлз Мишель С.
  • Карабин Ричард Ф.
RU2411090C1
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ЗАЩИТНЫХ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯ ИЗ ЧУГУНА ИЛИ СТАЛИ 2001
  • Волков Ю.С.
  • Марутьян С.В.
RU2202648C2
Прибор для направления распространения через почву колебаний 1929
  • Гоммель С.П.
SU17769A1
US 6143364 А, 07.11.2000
WO 1991004349 A, 04.04.1991
JP 4781172 B2, 28.09.2011.

RU 2 499 077 C1

Авторы

Перфилов Михаил Евгеньевич

Перфилов Олег Михайлович

Даты

2013-11-20Публикация

2012-03-20Подача