Способ формирования покрытий

 

1. СПОа)Б ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ на т.окопроводящих поверхностях при помощи электроискровых разрядов, включакиций нанесение интерметаллических покрытий из смеси порошковых материалов, отличающийся тем, что, с целью увеличения долговечности покрытия при температурах до , на токопроводящую поверхность предварительно, наносят промежуточное покрытие при удельном времени обработки 0,20 ,5 мин/см и энергии разряда 1218 Дж. 2 . Способ по п. 1, о т л и ч a ю щ и и с я тем, что промежуточное покрытие наносят из материалов, температура плавления и теплота сублимации которых превышает соответствующие характеристики материалов токо-проводящей поверхности и компонентов порошковых материалов. 3. Способ по П..1, о тли чающийся тем, что промежуточное g покрытие наносят из материалов, образукшщх с материалом токопроводящей (О поверхности соединения, температура плавления и теплота сублимации которых превышает соответствующие характеристики материалов токопроводящей поверхности и компонентов порошковых материалов . оо 00 со

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

ОЗ,И ЛИ И%

РЕСПУБЛИК Вцу В 23 Р l 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

hO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 0YHPblTIO (2l) 3502192/25-08 (22) 22. 10.82 (46) 30.04.84. Бюл. М 16 (72) А, Е. Гитлевич, Н. Я. Парканский и В. В. Михайлов (71) Институт прикладной физики

АН МССР (53) 62 1.9.048.4..06(088.8) (56) li Лазаренко Б. P. и др. Износостойкие электроискровые металлические и интерметалдидные покрытия на сплаве титана, - "Электронная обработка материалов", 1977, Ф 2, с, 25 (прототип) ° (54)(57) 1, СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ПОКРЫТИЙ на токопроводящих поверхностях при помощи электроискровых разрядов, включающий нанесение интерметаллических покрытий нз смеси порошковых материалов, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью увеличения долговечности покрытия при температурах до 900 С, на токопровоо

„,SU„„1088908 А дящую поверхность предварительно на-. носят промежуточное покрытие при удельном времени обработки 0 22

Э

0,5 мин/см и энергии разряда 1218 Дж.

2. Способ по п. l, о т л и ч а ю— шийся тем, что промежуточное покрытие наносят из материалов, температура плавления н теплота сублимации которых превышает соответствующие характеристики материалов токо-. проводящей поверхности и компонентов порошковых материалов.

3. Способ по п., 1, о т л и ч а юшийся тем, что промежуточное покрытие наносят Hs материалов, образующих с материалом токопроводящей поверхности соединения, температура плавления и теплота сублимации которых превышает соответствующие характеристики материалов токопроводящей поверхности и компонентов порошковых материалов.

*x моль

Основа

Трддф C 111исA

339 417)

1938 472

1500 424

670 314

2176 396

2600 662

Fe

Г1.

Ni

Al

Cr

Мо

Компоненты покрытий

1 10889

Изобретение относится к области электрофизических и электрохимических методов обработки, в частности к технологии электроискрового нанесения порошковых материалов, и может быть использовано для формирования защитных покрытий на токопроводящих поверхностях.

Известен способ формирования покрытий на токопроводящих поверхностях при помощи электроискровых разрядов, при котором интерметаллические покрытия наносят из смеси порошковых материалов (1 ).

Недостатками известного способа являются ухудшение прочности и жаростойкости покрытия в процессе эксплуатации, а следовательно, уменьшение

его долговечности. Это объясняется тем, что в процессе эксплуатации детали с покрытием, в данном случае с алюмидным, происходит обеднение его никелем. Никель глубоко диффундирует в основу (до 500-600 мкм). В результате рассасываются наиболее стойкие фазы Ni>A1 и NiA1. Микротвердость покрытия при испытании на трение при 600-800 С и времени выдержки 1 ч снизилась в 1,5 раза.

В связи с обеднением покрытия ни-.

30 келем снижается его жаростойкость.

Оно выдерживает 15-кратный цикличес-. кий нагрев до 900 С после чего наблюдается разрушение. Следовательно, нанесение интерметаллического покры)г тия непосредственно на основу приво-дит к истощению его при высоких температурах и долговечность покрытия снижается.

Цель изобретения — увеличение

41 долговечности покрытия.

Поставленная цель достигается тем, что при формировании покрытий на токопроводящих поверхностях при по.мощи электроискровых разрядов, включающем нанесение интерметаллических покрытий иэ смеси порошковых материалов, на токопроводящую поверхность предварительно наносят промежуточное покрытие при удельном времени обработки 0,2-0,5 мин/см2 и энергии разряда 12-18 Дж, Промежуточное покрытие наносят или из материалов, температура плавления и теплота сублимации которых превышает соответствующие характеристики материалов токопроводящей поверхности и компонентов порошковых материалов, или иэ материалов, образующих с материалом

08 2 токопроводящей поверхности соединения, температура плавления и теплота сублимации которых превышает соответствующие характеристики материалов токопроводящей поверхности и компонентов порошковых материалов.

Нанесение интерметаллического покрытия не на покрываемую поверхность, а на промежуточное покрытие, обладающее барьерными свойствами, приводит к увеличению его долговечности.

Данное промежуточное покрытие при о температуре выше 600.С препятствует проникновению элементов покрытия в основу. Следовательно, фазовый состав покрытия сохраняется как при высоких температурах, так и при механических нагрузках. о

Элемент промежуточного покрытия выбирается в зависимости от состава порошковой смеси самого покрытия.

Полученные экспериментальные данные позволяют обосновать и обобщить ма" териалы (Сг, А1 0, Ti В, Zr В, М, Мо), необходимые для создания промежуточного слоя с барьерными свойствами.

Так, температура плавления материала барьерного слоя должна быть выше, чем у материала обрабатываемой поверхности и компонентов покрытия, В противном случае покрытие отспаивается, а подложка от взаимодействия с расплавленным материалом охрупчивается, ресурс работы детали сокращается. Кроме того, необходимо, чтобы удельная теплота испарений, характеризующая силу межатомной связи материала барьерного слоя была выше, чем у материала обрабатываемой поверхности и компонентов покрытия.

Такое соотношение обеспечивает низкую подвижность атомов материала барьерного слоя и препятствует проникновению в него атомов материала обрабатываемой поверхности и компонентов покрытия.

Все отмеченные выше материалы, кроме Сг, при нанесении Ni — А1 покрытий на Ст45 соответствуют двум неравенствам, приведенным ниже.

t5

25

ЗО

3S ВНИИПИ Заказ 2784/12

Хираж 1037 Полписное

Филиал ГПШ Натакт ° r. Óìãîðîä, ул. Проектная, 4

3 10

Alp Ops 2050 485

Гi В 2200 472 Материалы

ZrB 3200 610 барьерных

Сг С 1895 425 слоев

Из приведенных данных и с учетом результатов испытаний следует, что превышение Т „„и О уд т Е плот испо реми материалов барьерного слоя над этими характеристиками компонентов покрытия и материалов защищаемой детали .колеблется в широких пределах от долей процентов до 40-50%, т.е. величина данного превышения не существенна. Материал барьерного слоя выбирают исходя из того, какое покрытие и на какую подложку наносят, причем при прочих равных условиях предпочтение отдают менее дорогому и более распространенному материалу, Cr при легировании Ст45, кроме твердых растворов в железе, образует благодаря большому сродству к углероду карбиды, препятствующие дальнейшему проникновению хрома в сталь. Карбиды хрома, например Cr С.,уже полностью отвечают полученным соотношением.

Указанное удельное время 0,20,5 мин/см2 обеспечивает удовлетворительную сплошность промежуточного покрытия и высокое качество его.

Удельное время меньше 0,2 мин/см не позволяет получить сплошность промежуточного покрытия выше 80%. В результате на, непокрытых участках интерметаллидное покрытие контактирует непосредственно с покрываемой токопроводящей поверхностью, что приводит к его обеднению и снижению эксплуатационных характеристик в местах контакта. Удельное время большее 0,5 мин/см2 понижает производительность процесса и ухудшает качество промежуточного покрытия. В его кристаллической решетке возрастает количество дефектов. Промежуточное покрытие становится проницае мым для элементов интерметаллического покрытия.

Формирование промежуточного покрытия производят при энергии разряда

12-18 Дж, Это объясняется тем, что энергия меньше 12 Дж при Указанном удельном времени не позволяет получить промежуточное покрытие нужной толщины (15-30 мкм) со сплошиостью выше 85%. Энергия разряда большая

88908 4

18 Дж приводит к увеличению количества дефектов кристаллической решетки промежуточного покрытия.

Результаты испытаний покрытий, нанесенных предлагаемым способом, следующие (межэлектродный промежуток во всех случаях 0,75 мм). Нанесение Ni †. А1 покрытий на. Ст45 с барьерным слоем .из Al 0 позволяет довести количество циклов нагрева детали (до 900 С) без разрушения покрытия до 28 при энергии разряда

18 Дж и удельном времени обработки

0,5 мин/см . Использование удельного времени 0,1 или 0,6 мин/см2, .равно как и использование энергии разряда

10 или 20 Дж, приводит к уменьшению циклов нагрева до 14-16.

Аналогичные результаты были получены и при нанесении на Ст45 покрытия из Cr — Al с барьерным слоем из TiBr а также при нанесении

Ю

Cr — Аl на титановый сплав ВТ6 с барьерным слоем из ZrBr.

Нанесение Ni — Аl на ВТ6 с барьерным слоем из.Мо позволяет до- вести число циклов нагрева (до 900ОC) без разрушения до 30 при энергии

16 Дж и удельном времени 0,5 мин/см а использование хрома в качестве барьерного слоя нри нанесении Ni

Al iна Ст45 обеспечивает 25 циклов нагрева. Во всех случаях выход эа пределы энергии разряда 12-18 Лж и удельного времени обработки 0,20,5 мин/см > приводит к ревкому уменьшению количества циклов нагрева детали (до 12-16) и разрушению покрытия.

При этом следует отметить, что

Ni — Аl покрытие на Ст45 без про- межуточного барьерного покрытия выдерживает лишь 15-кратный нагрев до

900 С, после чего разрушается. о

Хаким образом, использование предлагаемого способа формирования покрытий по сравнению с известными способами в 1,5-2 раза повышает долговечность деталей; процесс формирования интерметаллического покрытия и промежуточного покрытия с барьерными свойствами осуществляется в едином технологическом цикле, что позволяет в короткое время сформировать на токопроводящей поверхности долговечное покрытие °