СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА СТАЛЬНУЮ ОСНОВУ Российский патент 2015 года по МПК C23C24/04 

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности изделий, а именно к способам получения покрытий с использованием неорганического порошка, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Известен способ получения покрытия путем нанесения порошковых металлов, ускоренных подогреваемым газовым потоком в сверхзвуковом сопле (См. авт. свид. СССР 1618778, кл. C23C 4/00, 1986 г.).

В этом способе обеспечивается ускорение частиц порошка до высоких скоростей (650-1200 м/с), что позволяет получать покрытия с повышенной прочностью сцепления и невысокой пористостью.

Однако этот способ сравнительно дорог и технически сложен, так как для его реализации необходимо использовать дорогостоящие газы (например, гелий) и высокое давление рабочего газа (15-20 атм).

Наиболее близким к заявляемому решению является способ нанесения покрытия на стальную основу, включающий предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и никеля в равных долях и нанесение порошкового покрытия толщиной 0,2-0,3 мм на основу (См. Патент РФ 2038411, C23C 4/00, 1993 г.).

Этот способ не трудоемок и не требует больших материальных затрат.

Процесс нанесения покрытия газодинамическим напылением заключается в направлении на поверхность стали механической смеси твердых и пластичных частиц, в результате чего на поверхности формируется покрытие с пористостью 4-8%.

К основному недостатку способа можно отнести низкую коррозионную стойкость покрытий, которые используются для защиты изделий из стали от воздействия агрессивной среды.

Задачей заявляемого решения является улучшение качества покрытия, а именно повышение коррозионной стойкости.

Поставленная задача достигается тем, что в способе нанесения покрытия на стальную основу, включающем предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и никеля в равных долях и нанесение порошкового покрытия толщиной 0,2-0,3 мм на основу, перед нанесением покрытия на основу формируют на ней подложку путем предварительного нагрева сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачи его в сверхзвуковое сопло, формирования в нем высокоскоростного воздушного потока, введения в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и меди в равных долях и нанесения порошкового покрытия на основу до формирования толщины слоя подложки 0,3-0,4 мм.

Испытания на сопротивление коррозии продолжительностью 12 недель (2016 часов) проводили по методике ускоренных испытаний при полном погружении образцов из стали 20 и стали 20 с покрытием, нанесенным газодинамическим напылением, в ванну с электролитом (3% раствор NaCl).

Пример 1.

Предварительно на стальную основу наносят подложку. Для этого производят предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подают его в сверхзвуковое сопло, формируют в нем высокоскоростной воздушный поток, вводят в этот поток порошковый материал из оксида алюминия и меди в соотношении 1:1 и наносят порошковое покрытие на стальную основу до формирования толщины слоя подложки 0,3-0,4 мм. Затем производят нанесение основного покрытия. Для этого предварительно нагревают сжатый воздух до температуры 400-500°C, подают его в сверхзвуковое сопло, формируют в нем высокоскоростной воздушный поток, вводят в этот поток порошковый материал из оксида алюминия и никеля в соотношении 1:1 и наносят порошковое покрытие толщиной 0,2-0,3 мм.

Примеры 2-4.

Ведут процесс по технологии, описанной в примере 1. Параметры процессов представлены в таблице 1.

Таблица 1 Параметры процесса Образцы по примерам 1 2 3 4 Нанесение подложки на стальную основу Марка стали Ст.3 20 20 Ст.3 Температура сжатого воздуха, °C 400 500 350 550 Соотношение количества порошков Al₂O₃ и Cu 1:1 1:1 1:1 1:1 Толщина покрытия, мм 0,4 0,3 0,2 0,5 Нанесение основного покрытия Температура сжатого воздуха, °C 400 500 550 350 Соотношение количества порошков Al₂O₃ и Ni 1:1 1:1 1:1 1:1 Толщина покрытия, мм 0,2 0,3 0,2 0,4

Испытания на сопротивление коррозии продолжительностью 12 недель (2016 часов) проводили по методике ускоренных испытаний при полном погружении образцов по примерам 1-4 в ванну с электролитом (3% раствор NaCl). Одновременно проводили испытания образца и напыление покрытия по способу-прототипу.

Результаты испытания представлены в таблице 2.

Таблица 2 Параметры оценки Образцы по примерам По прототипу 1 2 3 4 Коррозионные потери массы, кг/м² × 10^-15 5,9 5,9 54,0 57,1 63,0 Скорость коррозии, кг/м² год × 10^-15 1,34 1,33 11,0 12,3 14,3 Повышение сопротивления коррозии, раз 10,7 10,7 1,3 1,5 1

Как показано в таблице 2, после нанесения покрытия по оптимизированной технологии согласно изобретению (примеры 1 и 2) сопротивление разрушению под воздействием коррозионной среды у стали повышается более чем в 10 раз по сравнению с известной технологией нанесения никелевого покрытия газодинамическим напылением по способу-прототипу. При отклонении параметров нанесения покрытия от предложенной технологии (примеры 3 и 4) параметры коррозионной устойчивости мало отличаются от соответствующих параметров покрытия, нанесенного известным способом.

Использование изобретения позволяет повысить качество и ресурс эксплуатации стальных деталей с покрытием никеля, нанесенным газодинамическим напылением, в коррозионной среде.

Изобретение относится к технологии получения покрытий и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении или восстановлении деталей для придания поверхности повышенных характеристик сопротивления коррозии. Способ включает формирование на поверхности изделия подложки путем предварительного нагрева сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачи его в сверхзвуковое сопло, формирования в нем высокоскоростного воздушного потока, введения в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и меди в равных долях и нанесения порошкового покрытия на основу до формирования толщины слоя подложки 0,3-0,4 мм, а также нанесение покрытия путем предварительного нагрева сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачи его в сверхзвуковое сопло, формирования в нем высокоскоростного воздушного потока, введения в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и никеля в равных долях и нанесения порошкового покрытия до толщины 0,2-0,3 мм. Предложенный способ позволяет увеличить сопротивление разрушению низкоуглеродистой стали под воздействием агрессивной среды более чем в 10 раз и тем самым повысить ресурс работы изделий. 1 пр., 2 табл.

Способ нанесения покрытия на стальную основу, включающий предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и никеля в равных долях и нанесение порошкового покрытия толщиной 0,2-0,3 мм на основу, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия на основу формируют на ней подложку путем предварительного нагрева сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачи его в сверхзвуковое сопло, формирования в нем высокоскоростного воздушного потока, введения в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и меди в равных долях и нанесения порошкового покрытия на основу до формирования толщины слоя подложки 0,3-0,4 мм.