Шихта для электроконтактного нанесения покрытий Советский патент 1993 года по МПК C22C33/02 C23C4/04 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано для создания покрытий на поверхностях новых и изношенных деталей.

Известны порошковые композиции для получения армированных покрытий посредством диффузионного спекания частиц без расплавления, например, электроконтактным напеканием. В качестве основного компонента порошковых композиций в этом случае выступает железный порошок, а в качестве армирующего материала высоколегированные металлические порошки ПГ- СР, УС-25, УС-15, либо специальные порошки на основе сормайта, карбидов и нитридов металлов.

Но применение высоколегированных порошков не всегда выгодно с экономической точки зрения, вследствие их высокой стоимости и дефицитности. Применение же специальных порошков на основе сормайта, карбидов, нитридов и оксидов металлов не всегда возможно, так как многие из них очень плохо спекаются при температурах ЭКН, что приводит к снижению прочности сцепления слоя. Кроме того, требуется очень точное соблюдение параметров процесса, так как при повышении температуры

многие из указанных соединений, например, сормайт оплавляются и теряют свои свойства.

Наиболее близко по своей технической сущности и составу к предлагаемому изобретению находится термореагирующий состав для нанесения покрытий, содержащий термореагирующие компоненты на основе алюминия, оксидов металлов и железа. Положительный эффект от применения указанного состава достигается при металлизации напылением, за счет растворения оксидных пленок, восстановления оксидов металлов алюминия, повышения температуры процесса от тепла экзотермических реакций. Подобный состав не позволяет получать армированные покрытия диффузионным злек- троконтактным спеканием, так как содержит значительный процент термореа- гирующих компонентов, что неизбежно приводит к плавлению покрытия. Кроме того, наличие никеля повышает себестоимость покрытия.

Целью изобретения является повышение качества покрытия и снижение его себестоимости. Цель может быть достигнута за счет образования дисперсно-упрочненных частиц непосредственно в процессе нанесения покрытия. Это возможно если в состав

со

с

VJ оо

00

о

Qs

а

порошковой композиции помимо железного порошка, алюминия, оксидов металлов, восстанавливаемых алюминием, будет входить карбамидо-формальдегидная смола, при следующем соотношении компонентов: алюминий 6-12%, оксид металла 16-24%, карбамидо-формальдегидная смола 5-10%, остальное железо.

Порядок приготовления композиции следующий: порошки алюминия и оксида металла берутся в стехиометрИческом соот- ношениигпосле тщательного перемешивания пропитываются 66% водным раствором карбамидо-формальдегидной смолы, после испарения воды, при температуре не более 70-80°С, измельчается. При этом происходит связывание частиц оксида металла и алюминия, что позволяет в дальнейшем проводить реакцию между ними в более полном объеме. После измельчения термо- реагирующие компоненты смешиваются с желёШым порошком И равномерно распределяются в нем,

При элёктро коНтактном напекании предлагаемой композиции будет происходить ее разогрев электрическим током до температуры спекания железного порошка. Затем при достижении температуры начала экзотермической реакции, (что немного выше температуры спекания) будет наблюдаться восстановление оксида металла и образование оксида алюминия, что будет происходить с выделением тепла и вызовет плавление частиц в локальных объемах зоны реакций (равномерно распределенных по напекаемому слою) и дальнейшее спекание частиц матрицы. Кроме того карбамидо- формальдегидная смола будет разлагаться с выделением свободного углерода и азота, которые активно взаимодействуют с восстанавливаемым металлом, образуя карбиды и нитриды этого металла и вызывая нитроце- ментацию железного порошка вокруг зон реакции. После накесения покрытия в зонах протекания реакций, будут образованы.армирующие частицы, состоящие из оксида алюминия, восстановленного металла, его оксидов, карбидов, нитридов. Оксид алюми- ния, карбиды и нитриды металлов смачиваются расплавленным металлом, адгезионно взаимодействуя с ним и уже в момент образования находится в матрице мз спекшихся частиц железного порошка, поэтому не наблюдается отрицательного влияния армирующих частиц на прочность сцепления слоя.

Следует отметить, что энергетические параметры процесса ЭКН могут быть при использовании предлагаемого состава, снижены, так как значительное количество теплоты будет выделяться в результате экзотермической реакции компонентов.

Процентное содержание компонентов в порошковой композиции было получено в

результате обработки экспериментальных данных. Содержание компонентов изменялось в каждой серии опытов, но соблюдалось стехиометрическое соотношение между термореагирующими компонентами

0 (оксидом металла и алюминием).

Параметры процесса ЭКН в каждом опыте оставались постоянными и составляли: напряжение холостого хода трансформатора Uxx 1,95 В, скорость наращивания

5 610 м/с, давление со стороны ролика- электрода 25 МПа, ширина ролика-электрода 4 мм.

П р и м е р 1. Содержание алюминия 12%, оксид хрома СгсОз 24%, карбамидо0 формальдегидной смолы 10%, железного порошка 54%. При дальнейшем увеличении содержания термореагирующих компонентов и карбамидо-формальдегидной смолы наблюдалось разбрызгивание металла, по5 теря сплошности покрытия, горения карбамидо-формальдегидной смолы.

П р и м е р 2. Содержание алюминия 6%, оксид хрома СгаОз 16%, карбамидо-формальдегидной смолы 5%, остальное железо.

0 При дальнейшем уменьшении содержания термореагирующих компонентов и карбамидо-формальдегидной смолы наблюдалось снижение качества покрытия из-за ухудшения физико-механических свойств

5 покрытия (твердости, микротвердости), снижалось количество армирующих частиц,

П риме рЗ. Содержание алюминия 9%, оксида хрома 20%, карбамидо-формальдегидной смолы 75%, железа 63,5. При таком

0 содержании компонентов наблюдалось качественное формирование покрытия, повышение его твердости, микротвердости. Анализ микрошлифов показал равномерное распределение армирующих частиц.

5 Таким образом, применение предлагаемого состава позволяет получать качественные покрытия на поверхностях деталей при использовании не дорогих и доступных материалов.

0 Форм у ла изобретения

Шихта для электроконтактного нанесения покрытий, содержащая порошки железа, алюминия и оксида металла, восстанавливаемого алюминием, выбран5 ного из группы, включающей оксид вольфрама, молибдена, ниобия, титана, кобальта, никеля, железа, меди и хрома, отличаю- щ а я с я тем, что, с целью повышения качества покрытий и снижения себестоимости, за счет образования дисперсноупрочняющих частиц непосредственно в процессе нанесения покрытия, она дополнительно содержит карбамидо-формальдегидную смолу при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Алюминий Оксид металла Карбамидо-формаль- дегидная смола Железо

Сущность изобретения: шихта содержит порошок алюминия 6-12 мас.% и порошок оксида металла, восстанавливаемого алюминием, выбранный из группы, включающей оксиды вольфрама, молибдена, ниобия, титана, кобальта, никеля, железа, меди и хрома, в количестве 16-24 мас.%, также шихта содержит карбамидо-формальдегид- ную смолу 5-10 мае, % и остальное порошок железа.