Способ изготовления спеченных изделий из металлических порошков Советский патент 1991 года по МПК B22F3/24 B22F7/02 

3

(Л

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления спеченных изделий из металлических порошков с покрытиями. Цель - повышение качества изделий. Способ включает приготовление шихты, прессование,спекание, насыщение приповерхностного слоя прессовок плазмой в вакууме при напряжении на прессовках 2000 - 2500 В и нанесение покрытия при напряжении 150-300 В. При этом покрытие возможно наносить в среде рабочего гаяа при давлении 1,33-10 - 1,33-10 Па. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления порошков с покрытиями .

Цель изобретения - повышение качества изделий.

Сущность способа заключается в термомеханическом воздействии на материал прессовки ионизированного, высокоэнергетичного потока частиц рабочего материала, при этом в вакууме происходит нагрев прессовок для спекания, насыщение (ионное легирование) частицами плазмы приповерхностного слоя прессовок и нанесение покрытия в зависимости от вида либо в вакууме, либо в среде рабочего газа.

Термомеханическое воздействие наиболее эффективно в вакууме,поскольку энергия плазмы не затрачивается и не рассеивается от столкновения частиц плазмы (ионов) с частицами рабочих газов.

Осаждение ионов на поверхности прессовки в вакууме образует простые, а при напуске рабочего газа и сложного состава покрытия, удовлетворяющие эксплуатационные требования к порошковым деталям (упрочняющие,антикоррозионные, декоративные, жаростойкие и другие покрытия). При этом можно управлять параметрами покрытия (плотность, состав,структура, толщина, микротвердость), а также получать многослойные композиционные покрытия.

Плазменную обработку спрессованного изделия осуществляют в две стадии. Спекание и насыщение приповерхностного слоя осуществляют при напряжении на прессовках 2000-2500 В, а нанесение покрытия проводят при напряжении 150-300 В.

о

4ь ОЭ О5 vl 1

Подать напряжение на прессовки более 2500 В не позволяют характеристики высоковольтного источника питания.

При подаче напряжения на прессовки ниже 2000 В большое количество ионов в плазменном потоке имеет энергию ниже необходимой для реали- ,зации процесса насыщения, что отрица тельно сказывается на свойствах изделия (недостаточная концентрация насыщения ).

Процесс конденсации покрытия характеризуется более низкими энергия- ми (порядка 20-40 эВ), чем процесс насыщения.

При подаче на прессовки напряжения выше 300 В покрытие получается недостаточной плотности в связи с тем, что наряду с конденсацией идет процесс распыления поверхности,что также снижает и производительность процесса.

Температура изделий определяется энергией частиц плазменного потока, т.е. величиной напряжения. Поэтому снижение при нанесении покрытия напряжения ниже 150 В приводит к уменьшению температуры изделия, что, в свою очередь, снижает качество покрытия и его адгезию к поверхности.

Следовательно, при подаче напряжения в интервале 150-300 В обеспечивается поддержание температуры в пределах 400-500°С и реализуется процесс получения качественного покрытия с хорошей адгезией, удовлетворяющей условиям работы изделий.

Для получения покрытий сложного состава на поверхности прессовок в рабочую камеру напускают газ (например, для получения нитридов азот) При превышении давления 1, Па получаются покрытия с низкой микро- твердостью.

При снижении давления рабочего газа ниже ЗЗЧО Па также наблюдается снижение микротвердости покрытия, что ухудшает износостойкость изделия.

Пример I. Изготавливают детали магнитопровод с размерами 0 80 х ф 27 х 8 мм. Технологические операции осуществляют в следующем порядке. Готовят шихту из порошка марки ПЖРВЗ механическим смешиванием его сО,3-0,4 мас.% стеарата цинка. Пресссуют детали на прессе модели

Д2430Б,оснащенном сферодвижным прес сователем модели СМ-100. Параметры процесса прессования:

Усилие прессования, тс 50

Угол наклона пуансона,

град2

Количество качаний

пуансона, ,3

Время выдержки пид

давлением, с5-7

Плотность прессовок 7,0-7,2 г

/см3.

Прессовки помещают в вакуумную камеру установки Пуск, располагая их напротив плазменных ускорителей перпендикулярно потоку плазмы.

Камеру вакуумируют до давления I ,.

Подают питание на плазменные ускорители и высоковольтный источник. Потоком плазмы (при напряжении на прессовках 2-2,5 кЗ) нагревают изделия до 1160-1200°С и выдерживают в течение 1 ч. Одновременно со спеканием проводят легирование приповерхностного слоя ионами никеля (материа катода). По окончании выдержки снижают потенциал на изделиях до 150 - 300 В, этим осуществляют конденсацию ионов никеля на поверхности изделий.

Толщину никелевого покрытия регулируют выдержкой при t e 400-500 С в течение 20-60 мин. После окончания процесса готовые изделия выгружают из камеры.

Металлографический анализ показал что толщина приповерхностного слоя, легированного никелем, 12-15 мкм.

Толщина никелевого покрытия 6 - 9 мкм.

3 таблице приведены параметры магнитных цепей,собранных из магнито проводов, изготовленных по известному и предложенному способам л

у

Намагничивание систем при напряженности магнитного поля 0,8 Тл. Замеры магнитной индукции при помощи дифференциальной измерительной катушки и мноливеберметра.

П р и м е р 2. Изготавливают детали штамповкой оснастки с размерами 80 х ф 50 х 10 мм. Технологические операции осуществляют в следующем порядке. Готовят шихту из порошка быстрорежущей стали марки Р6М5 механическим смешиванием с О,25% углерода в виде свободного графита.

Прессование осуществляют на прессе модели ДБ2432, оснащенном сфсро- цвижным прессователем модели (ТМ-1 0.

Параметры процесса прессованси.

Усилие прессования, тс 80

Угол наклона пуансона, град.3

Количество качаний, ,3

Время выдержки под

давлением, с5-7

Плотность прессовок7,2 и

7,4 г/см .

Прессовки помещают в вакуумную камеру установки Пуск, располагая их напротив ускорителей перпендикулярно потоку плазмы. Камеру вакууми- руют до давления 1,33-10 Па.

Подают питание на плазменные у-ко рители и высоковольтный источник. Потоком плазмы (при напряжении на прессовках 2-2,5 кВ) нагревают изделия до 1200 - 1240°С и выдерживают в течение 1 ч.

Одновременно со спеканием проводят легирование приповерхностного слоя ионами титана (материал катода) По окончании выдержки снижают потенциал на изделиях до 150-300 В и подают в камеру азот.

При этом на поверхность изделий наносят сложное покрытие из нитридов титана.

Давление азота в камере поддерживают в пределах 1,33x10- 1,ЗЗх10 2П Толщину покрытия регулируют выдержко при t « 400-500°С в течение 20-60 мин После окончания процесса готовые изделия выгружают из камеры.

Металлографический анализ показал, что толщина приповерхностного слоя легированного титана 10-12 мкм, в слое присутствует карбид титана

TiC, р.чичер черен карбида титана ц:. мкм, (1 I 200 кг/мм2, толщина покрытия, состоящего из нитрида титана, 8-10 мкм, И, 2000 - 2300 кг/ммг.

Стойкость штампованного инструмента в сравнении с инструментом, изготовленным по известному способу, увеличивается в 2 раза. При предложенном способе технологические возможности расширяются за счет легирования приповерхностного слоя изделия различными легирующими элементами в широком диапазоне кон- 5 центраций независимо от предельной растворимости того или иного элемента в материале прессовок (термомеханическое легирование). Предложенный способ также позволяет наносить 0 различные сложные композиционные покрытия с различными свойствами (плотность, состав, структура, толщина, микротвердость, жаростойкость, износостойкость и др.).

5 Эти же признаки приводят к повышению качества изделий за счет увеличения стойкости, прочности сцепления покрытия с основой, повышения эксплуатационных свойств покрытий. 0

Формула изобретения

с одновременным насыщением прицоверх- ностного слоя прессовок легирующими компонентами, нанесение покрытия, отличающийся тем,что, с

д целью повышения качества изделий, спекание, насыщение приповерхностного слоя и нанесение покрытия осуществляют плазмой в вакууме, при этом спекание и насыщение приповерхност5 ного слоя осуществляют при напряжении на прессовках 2000 - 2500 В, а нанесение покрытия проводят при напряжении 150 - 300 В.

5

газа при давлении 1,33 х 10 - 1,33 х 1СГ4Па.

и