СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДУГИ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2014 года по МПК C23C4/12 

Изобретение относится к технологии нанесения металлических композиционных материалов плазменным напылением с выносной электрической дугой пульсирующей мощности и может найти использование для изготовления или восстановления изношенных деталей, работающих в условиях повышенного износа и высоких контактных нагрузок в судостроительной промышленности, энергетике, прецизионном машино- и приборостроении и других отраслях машиностроения.

Известен способ получения композиционного покрытия на стальной детали плазменным напылением, включающий ввод напыляемого порошка в плазменную струю, термическое активирование обрабатываемой поверхности возбуждением выносной электрической дуги, которую совмещают с плазменной струей, и транспортирование порошка плазменной струей к обрабатываемой поверхности (см., например, Кулагин И.Д. и др. «Поверхностное упрочнение деталей дуговых разрядов», сб. Теория и практика газотермического нанесения покрытий, Дмитров, 1985, с.73-74).

Задачей данного изобретения является получение покрытий высокого качества за счет увеличения его локальной плотности и адгезионной прочности без перегрева обрабатываемой поверхности.

Это достигается тем, что в способе плазменного нанесения покрытий, включающем ввод напыляемого порошка в плазменную струю, термическое активирование обрабатываемой поверхности, возбуждением выносной электрической дуги, которую совмещают с плазменной струей, и транспортирование порошка плазменной струей к обрабатываемой поверхности, сначала осуществляют очистку и промывку напыляемой поверхности детали и поверхности детали, прилегающей к напыляемым зонам на расстояние не менее 50 мм, струйно-абразивную обработку для придания поверхности шероховатости по параметру R_Z не менее 20 мкм, и обдувку подготовленной поверхности сжатым воздухом, а плазменное напыление осуществляют с подачей порошкового материала из по крайней мере одного дозатора, для транспортирования порошка в плазмотрон используют сжатый воздух, в качестве плазмообразующего газа используют сжатый воздух с добавкой пропана, а выносную электрическую дугу питают пульсирующим током 60 А от отдельного источника током с частотой следования импульсов 25-200 Гц и при средней мощности пульсирующей дуги 2,5 кВт.

Для получения покрытия из разнородных материалов подачу порошка осуществляют из двух дозаторов, при этом используют порошки разного состава.

В качестве напыляемого порошка используют оксид хрома или оксид алюминия.

Очистка и промывка напыляемой поверхности детали позволяет увеличить прочность сцепления покрытия с основой, причем экспериментально установлено, что необходимо выполнять очистку и промывку также поверхности детали, прилегающей к напыляемым зонам на расстояние не менее 50 мм, что позволяет получить качественное покрытие в краевых зонах детали. Струйно-абразивную обработку осуществляют для придания поверхности шероховатости по параметру R_Z не менее 20 мкм, что повышает сцепление покрытия с основой, т.е. во много раз повышает адгезийную прочность покрытия.

Использование выносной дуги, питаемой пульсирующим током, позволяет обеспечить более эффективный и равномерный прогрев подаваемого порошка за счет улучшения условий теплообмена плазмы и порошка при импульсном изменении температуры и скорости плазменной струи, а также оптимизировать тепловое воздействие дуги на поверхность детали вследствие диффузии опорного пятна электрической дуги по поверхности, что ведет к повышению плотности и адгезионной прочности покрытия, так как оно формируется из проплавленных частиц на термически активированной или расплавленной поверхности. При этом экспериментально установлено, что для предотвращения коробления подложки и повышения устойчивости дуги, мощность пульсирующей дуги должна быть 2,5 кВт, частота следования импульсов 25-200 Гц а ток дуги 60 А.

Пример.

Осуществляют покрытие стальной детали. Для напыления используют порошки Т-Термо №60, (аналог отечественного порошка ПГСР4 (Ni Cr B Si), или оксид хрома или оксид алюминия фракцией 40-60 мкм.

Технологический процесс получения плазменного покрытия включает следующие этапы: подготовку порошков; подготовку поверхности, подлежащей напылению; нанесение покрытия; промежуточный контроль качества и размеров покрытия; окончательный контроль полученного покрытия.

Перед использованием порошки просушивают. Сушку порошков осуществляют в сушильном шкафу при температуре 130-150°C в течение 2-3 час на протвинях их нержавеющей стали, периодически помешивая. Затем осуществляют подготовку поверхности детали, подлежащей наплавке. Для этого поверхности очищают и промывают от масла, грязи и ржавчины с помощью волосяных или металлических щеток. Очистке и промывке подлежат также поверхности, прилегающие к наплавляемым зонам на расстоянии не менее 50 мм. Кроме того, поверхности детали, подлежащей наплавке, придают шероховатость струйно-абразивной обработкой. Шероховатость по параметру R_Z должна быть не менее 20 мкм по параметру R_Z по ГОСТ 2789. Данная операция позволяет повысить адгезийную прочность покрытия. После обработки поверхность детали обдувают сжатым воздухом. В дозатор засыпают порошковый материал, закрепляют деталь в патроне манипулятора, устанавливают соответствующие напыляемому порошковому материалу расход порошка. Для транспортирования порошка в плазмотрон использую сжатый воздух. Осуществляют напыление порошка. С помощью электрической дуги, горящей внутри плазменного генератора постоянного тока, нагревают поток газа, протекающий через него и создающий плазменную струю. В качестве газа используют сжатый воздух с добавкой пропана. В плазменную струю вводят порошок, напыляемый на поверхность. С осью плазменной струи совмещают электрическую дугу, питаемую от источника пульсирующего тока. Режимы напыления приведены в таблице 1, режимы электрической выносной дуги пульсирующей мощности - в таблице 2.

Табл. 1 Режимы напыления Состав получаемого покрытия Т-Термо N6O Т-Оксид Аl₂O₃ Т-Оксид хром Давление газа, атм 3.5-4.5 2.7-3.2 2.7-3.2 Расход газа л/мин 35-45 30-40 30-40 Сила тока, А 160-190 210-230 210-230 Напряжение, В 190-210 240-260 240-260 Расход порошка, г/с 4-5 2.5-4 2.5-4 Дистанция напыления, мм. 160-180 140-160 140-160

Табл. 2 мощность ЭДПМ 2,5 кВт; сила тока ЭДПМ 60 А частота пульсаций ЭДПМ 100 Гц

В результате получены покрытия, свойства которых приведены в таблице 3.

Табл. 3 Свойства Покрытие Т-Термо N6O Т-Оксид Al₂O₃ Т-Оксид хром Твердость, HRC 55-60 60-80 60-80 Адгезия, МПа 45-55 35-45 35-45 Рабочая температура, °C не более 800 1200 1100 Толщина покрытия, мкм 50-1000 50-1000 50-1000

Данный способ позволяет повысить качество покрытия за счет увеличения адгезионной прочности и плотности получаемых покрытий, при этом уменьшается процент брака, вызванного отслоением покрытий. Кроме того, за счет повышения коэффициента использования наносимого материала обеспечивается экономия дорогих и дефицитных порошковых материалов.

Изобретение относится к технологии нанесения металлических композиционных материалов плазменным напылением с использованием выносной электрической дугой пульсирующей мощности и может найти использование для изготовления или восстановления изношенных деталей, работающих в условиях повышенного износа и высоких контактных нагрузок в судостроительной промышленности, энергетике, прецизионном машино- и приборостроении. Осуществляют очистку и промывку напыляемой поверхности детали и поверхности детали, прилегающей к напыляемым зонам, на расстояние не менее 50 мм. Струйно-абразивной обработкой придают поверхности шероховатость по параметру R_Z не менее 20 мкм. Обдувают подготовленную поверхность сжатым воздухом. Осуществляют плазменное напыление с подачей порошкового материала из по крайней мере одного дозатора. Для транспортирования порошка в плазмотрон используют сжатый воздух, а в качестве плазмообразующего газа используют сжатый воздух с добавкой пропана. Выносную электрическую дугу питают пульсирующим током 60 А от отдельного источника током с частотой следования импульсов 25-200 Гц и при средней мощности пульсирующей дуги 2,5 кВт. Получаемые покрытия обладают высокими адгезионными качествами при отсутствии перегрева обрабатываемой поверхности. 3 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. Способ получения композиционного покрытия на стальной детали плазменным напылением, включающий ввод напыляемого порошка в плазменную струю, термическое активирование обрабатываемой поверхности возбуждением выносной электрической дуги, которую совмещают с плазменной струей, и транспортирование порошка плазменной струей к обрабатываемой поверхности, отличающийся тем, что сначала осуществляют очистку и промывку напыляемой поверхности детали и поверхности детали, прилегающей к напыляемым зонам, на расстояние не менее 50 мм, струйно-абразивную обработку для придания поверхности шероховатости и обдувку подготовленной поверхности сжатым воздухом, плазменное напыление осуществляют с подачей порошкового материала из, по крайней мере, одного дозатора, при этом для транспортирования порошка в плазмотрон используют сжатый воздух, в качестве плазмообразующего газа используют сжатый воздух с добавкой пропана, а выносную электрическую дугу питают пульсирующим током 60 А от отдельного источника током с частотой следования импульсов 25-200 Гц и при средней мощности пульсирующей дуги 2,5 кВт.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу порошка осуществляют из двух дозаторов, при этом используют порошки разного состава.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве напыляемого порошка используют оксид хрома или оксид алюминия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что струйно-абразивной обработкой придают поверхности шероховатость по параметру R_Z не менее 20 мкм.