Способ нанесения плазменных покрытий Советский патент 1993 года по МПК C23C4/06 C23C4/08 

j Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к нанесению покрытий из керамико-металлических порош- крв на детали, подверженные износу при высоких температурах и ударных нагрузках.

г Цель изобретения-повышение износо- суойкости, жаростойкости плазменных покрытий при ударных нагрузках..

Изобретение осуществляется следующим образом. Для получения покрытий готовим механическую смесь, состоящую из TiN в количестве 10-40 мас,% и самофлюсующегося сплава 90-60 мас.% (дисперсность порошков составляла 40-100 мкм). Механическую смесь тщательно перемешивали в смесителе типа пьяная бочка. Такую смесь подавали под срез газовоздушного плаз- мотрона и напыления на стальные (ст. 3) образцы, предварительно подвергнутые дробеструйной обработке и обезжириванию. Напыление проводили при мощности плазмотрона 40-60 кВА. При мощности менее 30 кВА (28 кВА) микротвердость составляющих фаз недостаточно высока. Выше 46 кВА (при 50 кВА) происходит интенсивное

окисление тугоплавкой составляющей, в связи с чем увеличивается пористость покрытий, снижаются износо- и жаростойкость. Кроме того, увеличение мощности энергетически невыгодно. Оптимальный режим 35 кВА (табл. 1). После нанесения покрытия его подвергали оплавлению газокислородным пламенем.

Наблюдаемые существенные изменения микротведости составляющих фаз связаны, как показали исследования микроструктуры, с увеличением количества цветных фаз, образование которых интенсифицируется с ростом мощности плазмотрона. Природа их состоит в образовании широкой гаммы твердых растворов кислорода в нитриде титана.

В качестве плазмообразующего газа использовали смесь воздуха и природного газа.

При напылении чистым воздухом коэффициент использования порошка (КИП) составляет 60% (табл. 2), что связанно с недостаточным количеством тепла, сообща- емымчастицам, которые, не успев оплавить(Л

С

XI

Ю со

СА) Х|

О

ся, упруго отражаются от подложки и рассеиваются в пространстве.

Добавка природного газа к воздуху в количестве 50% обеспечивает . Оптимальное содержание природного газа составляет 30%, поскольку именно при таком соотношении компонентов плазмооб- разующего газа достигается наибольший .

Сущность использования различных плазмообразующих газов следующая: воздух, углеводороды и их смеси повышают телловложение в нагреваемый материал (напыляемый порошок) и позволяют регулировать окислительно-восстановительный потенциал плазменной струи к обрабатываемому материалу. Энтальпия плазменной струи смесей природного газа и воздуха в 5-6 раз, а воздуха в 3 раза, выше чем аргоновой плазменной струй. В смесях углеводородов с окислителем обеспечивается и более высокая, чем в инертных газах эффективность нагрева порошков, что в частности объясняется наличием в составе плазмооб- разующей струи свободного водорода - одного из продуктов пиролиза углеводородов.

Стоимость газа, используемого для напыления (на примере штока бурового насоса, выпускаемого ПО Уралмаш) при использовании композиции воздух - природный газ, снижается в 16,3 раза в сравнении с Ar-Na плазмой.

При температурах 700-900° С жаростойкость предлагаемого состава повышается в 1,7-1,9 раза. Дальнейшее увеличение температуры повышает различие в стойкости к окислению в 3,6 (1000° С), в 6,0 (1100° С), в:3,3 (1200° С) (табл. 3). Таким образом, если чистый самофлюс считается работоспособным до 800-850° С, то по жаростойкости интервал рабочей температуры покрытия по предлагаемому техническому решению расширяется до 1000° С.

Полученные покрытия испытывали на стойкость в условиях сухого абразивного

0

трения по стандартной методике (ГОСТ 17367-71) на машине Х4-Б. Условия износа: абразив - шкурка из SIC (размер зерна 50-63 мкм), эталон - ст. 50, закаленная до HRC 52-54 ед.

Термографический анализ покрытий проводили на дериватографе Q - 1500 Д фирмы MOM. Образцы в виде покрытий нагревали до 1200° С с интервалом 100° С, измеряя при этом изменения веса.

Микротвердость фаз, составляющих покрытие, измеряли на шлифах согласно ГОСТ 9450-76 на приборе ПМТ-3 вдавливанием четырехгранной алмазной пира5 миды при нагрузке 50 г. Шлифы готовили следующим образом: стальные кубики размером 10 х 10 х 3 мм с напыленным слоем на грани 10 х 10 заливали сплавом Вуда, затем шлифовали и полировали. Результаты испытаний представлены в табл. 1-3. Эксперименты показали, что предлагаемый способ обеспечивает в 1,3- 2,5 раза более высокую износостойкость, в 1,7-6.0 раза более высокую жаростойкость, позволяет расширить температурный интервал работы покрытий до 1100° С (на 250 ° С), снизить затраты на напыление в 163 раза. Промышленные испытания проводили на вытяжных штампах при одно0 временном воздействии трех видов нагрузок: t до 1000° С, износе и ударе.

Формула изобретения

5 Способ нанесения плазменных покрытий, включающий ввод в газоплазменную струю шихты на основе самофлюсующегося сплава и твердой составляющей и напыление, отличающийся тем, что, с целью

0 повышения износостойкости и жаростойкости при ударных нагрузках, в качестве твердой составляющей вводят 10-40 мас.% нитрида титана, а напыление ведут в газовоздушной плазменной струе мощностью

5 30-46 кВА.

0

5

Использование: при-нанесении покрытий из керамико-металлических порошков на детали, подверженные износу при высоких температурах и ударных нагрузках. Сущность изобретения: распылению подвергают шихту на основе самофлюсующего сплава, содержащую в качестве тугоплавкой добавки нитрид титана в количестве .10-40 мас,%, а напыление ведут в газовоздушной плазменной струе мощностью 30- 4.6 к В А. 3 табл.

Таблица 1

Зависимость микротвердости составляющих покрытие фаз от мощности

плазменной струи.

Результаты термографического анализа

Таблица 2

Таблица 3