Способ обработки поверхности под покрытия Советский патент 1992 года по МПК C23C4/02 

Изобретение относится к области газотермического напыления, а, конкретно, к подготовке поверхности перед напылением и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности.

Известен способ обработки поверхности перед нанесением покрытия газотермическим методом, характеризующийся тем, что на поверхности создаются рифления.по- средством обработки поверхности различными накатками, причем установлено, что с увеличением шероховатости достигается снижение потерь напыляемого материала

1.

Недостатком известного способа является отсутствие сплошного контакта покрытия с обработанной поверхностью. В зоне контакта покрытие-подложка возможно образование типа пор и отслоений

Прототипом настоящего изобретения является способ обработки поверхностей 2. По известному способу производят обработку поверхности путем рифления, причем при рифлении поверхности придают вид сотовых ячеек, имеющих форму правильной пирамиды. Вершину пирамид внедряют в поверхность подложки образуя на поверхности сотообразные ячейки в виде воронок.

Недостатком известного способа является то, что известный способ не снижает вероятность дефектообразования типа пор и несплошностей на границе системы покрытие-подложка. Кроме того, известно, что в процессе напыления процесс образования решетки зародыша в основе сопровождается стремлением продолжить решетку материала подложки. Этот эффект получил название Эпитаксия. означает ориентированное нарастание. Неравновесность системы покрытие-подложка в процессе напыления, когда происходит рост покрытия, сопровождается дефектообразовани- ем. Таким образом, неоднородность обработки подложки (анизотропийность)

s Ю О О xj

4,

приводит к снижению качества покрытия и его текстуры.

Целью изобретения является снижение дефектообразования типа пор и несплош- ностей на границе системы покрытие-подложка, путем устранения неравновесности системы.

Поставленная цель достигается тем, что для устранения неравновесности вершины пирамидальных ячеек им придают полушарообразную форму, при этом радиус полусферы, вписанной в вершину пирамидального угла принимают равным 0,15-0,25 стороны основания правильной пирамиды.

По предложенному способу рифление, как и по прототипу, выполняют путем создания на поверхности сотовых ячеек в форме правильной пирамиды, Вершину пирамиды внедряют в подложку, но при этом по предложенному способу вершины пирамидальных ячеек выполняют полушарообразной формы, причем радиус полусфер, вписанных в вершину пирамидального угла принимают равным 0,15-0,25 стороны основания правильной пирамиды. Наличие полушаро- вой формы вершины пирамиды исключает образование в вершине пор и подобных им несплошностей и пустот. Повышается прочность сцепления, снижается напряженность в нижних слоях покрытия.

Способ осуществляют следующим образом.

На детали 1 (фиг.1) преимущественно методом накатки выполняют рифленую поверхность в виде сотовых ячеек 2. Ячейки выполняют по форме в виде правильной пирамиды с числом сторон в основании не более 6 (т.е. 3-6, предпочтительно 4). При большем числе сторон увеличивается вероятность поверхности не подвергшейся обработке, за счет перемычек между ячейками.

Различная величина перемычек увеличивает вероятность нестабильности остаточных напряжений в поверхностном слое подложки. В результате в процессе старения происходит перераспределение напряжений в материале подложки, что приводит к преждевременному отслаиванию покрытия.

По изобретению вершину 3 пирамиды внедряют в основу детали 1, но при этом устраняют неравновесность системы покрытие-подложка путем выполнения вершин 3 пирамидальных ячеек полушарообразной формы (см.фиг,2), при этом радиус R полусферы, вписанной в вершину пирамидального угла, принимают (0,15-0,25)t стороны основания правильной пирамиды. Заданную поверхность выполняют методом накатки, например, роликом.

Экспериментально установлено, что для обеспечения постоянства шероховатости и четкого очертания (границ ячеек) твердость материала инструмента должна составлять не менее 1,2 величины твердости материала подложки (основы). При меньшем основании не обеспечивается шерохо0 ватость и инструмент быстро выходит из строя.

Пример. Производили подготовку поверхности роликом, содержащим на рабочей поверхности с равномерным шагом

5 выступы в виде правильной пирамиды, содержащие в основании квадрат, пятиугольник и шестигранник. Во всех случаях сторона основания составляла 1-2 мм. Длина h ребра пирамиды (расчетная) была зада0 на 1,5 длины стороны t основания. Твердость материала подложки 26-28 ННСэ, твердость материала инструмента 45 НЯСэ. Радиус сферы (закругление вершины угла пирамиды) составлял от 0,1 до 0,3. Напыле5 ние производили порошком ПН55Т45 величина зерна (40-100), (100-110), (100-320).

Установлено, что наилучшие свойства покрытия достигают, если вершина пирамидального угла имеет сферу с радиусом 0,150 0,25 стороны основания. При радиусе менее 0,15 в условиях эпитаксии покрытие не заполняет вершину пирамидальной ячейки. В системе подложка-покрытие 4 образуют-- ся несплошности. Адгезионная прочность

5 покрытия не превышает 26 МПа. При R 0,25 стороны основания нарушается соотношение основания сферы к основанию пирамиды, снижается прочность сцепления, увеличивается расход напыляемого матери0 ала, увеличивается отсев.

Установлено также, что размер напыляемых частиц должен быть соизмерим с основанием ячеек. Кратность диаметра напыляемых частиц к стороне основания

5 ячейки должна быть от 1:2 до 1:10. При соотношении 1:2 не происходит заполнение расплавленным материалом пирамидальных ячеек, а при соотношении более 1:10 метод рифления не дает преимущества и

0 требует обязательной обработки пескостру- ением.

Напыление покрытия по предложенному способу с выдерживанием требований обеспечивается сокращение расхода напы5 ляемого материала на 10%, обеспечена рав- нопрочность покрытия на границах между ячейками. Установлено, также соотношение ребра пирамиды (зоны пересечения основания полусферы с пирамидой) со стороной основания пирамиды должно быть от 0.75-1

до 1.0-0,75. При соотношении, выходящем за пределы указанных, снижается прочность сцепления покрытия с подложкой (основой).

Предложенный способ имеет преимущества для деталей средних габаритов в условиях серийного и массового производства.

Формула изобретения Способ обработки поверхности под покрытия, наносимые газотермическим напы

лением, включающий рифление поверхности в виде сотообразных пирамидальных ячеек, отличающийся тем, что, с целью снижения дефектообразования типа пор и несплошностей на границе системы покрытие-подложка, вершинам пирамидальных ячеек придают полушарообразную форму, радиус полусферы, вписанной в вершину пирамидального угла, составляет 0,15-0,25 стороны основания правильной пирамиды.

Использование: в машиностроении и других отраслях промышленности при напылении покрытий различного назначения. Сущность изобретения: на поверхности изделия выполняют сотообразные пирамидальные ячейки с вершинами полушарообразной формы, и радиус полусферы, вписанной в вершину пирамидального угла, составляет 0,15-0,25 стороны основания правильной пирамиды 2 ил

фиг. 7