Способ изготовления спеченных пористых покрытий

Авторы патента:

B22F3/16 - с последовательным или повторным проведением процесса уплотнения и спекания

B22F3/11 - изготовление пористых заготовок или изделий

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СПЕЧЕННЫХ ПОРИСТЫХ ПОКРЫТИЙ, включающий . приготовление шихты из метаплическо .го порошка и порообразователя, напрео совку шихты на поверхность заготовки, спекание с изотермической вьщержкой при температуре разложения порообразователя , от ичаюци йс я тем,- что, с целью повшения твердости покрытия и прочности сцепления его с заготовкой, после совки шихты на поверхность заготовки проводят предварительное спекание при температуре-гаске температуры разложен ния порообразователя при давлении не менее 10 МПа, но не более предела 5 текучестиматериала покрытия.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i Мл > Л-1,; „

)й

РИМь»щ ;., 1Д

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3477286/22-02 (22) 29.07.82 (46) 15.12.84. Бюл.. Р 46 (72) Н.Н.Дорожкин, М.А.Белоцерковский и Ю.Н.Гафо, (71) Институт проблем надежности и долговечности.машин АН БССР, (53) 621.762.5 (088.8) (56) 1. Дорожкин Н.H„ Упрочнение и восстановление деталей машин металлическими порошками. Минск, "Наукаи техника", 1975,с. 11 3-116.

2. Ярошевич В.К. Белоцерков-: ский М.А. Антифрикционные покрытия из металлических порошков . Минск, "Наука.и техника", 1981, с. 86-87.

3(51) В 22 Г 3 10 В 22 F 3 16 (54) (57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СПЕЧЕННЫХ ПОРИСТЫХ ПОКРЫТИЙ, включающий приготовление шихты as металлического порошка и порообразователя, напрес совку шихты на поверхность заготовки, спекание с изотермической выдержкой при температуре разложения порообразователя, о т л и ч а ю щ и йс я тем; что, с целью повыиения твердости покрытия и прочности сцен" ления его с заготовкой, после напрессовки шихты на поверхность заготовки проводят предварительное спекание при температуре.ниже температуры разложе» ния порообразователя при давлении не менее 10 ИПа, но не более предела I. текучестй материапа покрйтия.

1 11290

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к технологии получения пористых изделий и покрытий из металлических порошков. 5

Известен способ получения пористых порошковых покрытий, включающий приготовление пластифицированной шихты, нанесение ее на упрочняемую поверхность детали методом обмазки 1О и спекания 1. 1g.

Однако данный способ характеризуется недостаточно высокой пористостью получаемых..покрытий.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ приготовления спеченных покрытий, включающий приготовление шихты из металлического порошка и порошкообразователя, напрессовку шихты на поверхность заготовки, спекание с изотермической выдержкой при температуре разложения порообразователя j 2 ).

Недостатками известного способа являются низкая твердость и прочность сцепления его с заготовкой.

Цель достигается тем, что согласно способу изготовления спеченных пористых покрытий, включающему приготовление шихты из металлического порошка и порообразователя, напрессовку шихты на поверхность заготовки, спекание с иэотермической выдержкой при температурном 35 разложении порообразователя, после напрессовки шихты на поверхность заготовки проводят предварительное спекание при температуре ниже температуры разложения порообразова- 4О теля прн давлении не менее 10 МПа, но не более предела текучести материала покрытия.

Способ осуществляют следующим об. разом.

Вначале приготавливают шихту, qо" держащую металлический порошок и порообразователь, температура разложе ния которого лежит в интервале температур спекания металлического порошка. Затем формуют иэ шикты каким либо известным способом заготовку или покрытие на поверхности детали, после чего прикладывают к сформованной заготовке или покрытию давле- 55 ние, нагревают ее до температуры, находящейся в интервале температур спекания, ио более низкой, чем тем27 2 пература разложения породбразователя, и спекают при этой температуре. По окончании процесса спекания давление снимают и нагревают заготовку или покрытие до температуры разложения порообразователя или превьппающей ее, но не вьппе, чем верх-. ний предел температур спекания.

После испарения порообразователя охлаждают пористое изделие и покрытие.

В процессе спекания под давлением цри температуре, более низкой, чем температура разложения порообразователя, происходит образование контактных мостиков между частицами металлического порошка, обеспечивающих высокие прочностные свойства изделий, а также высокую тепло- и электропроводность. Кроме того, в случае полу-. чения покрытий за счет протеканий диффузионных процессов обеспечивается высокая прочность сцепления покрытий с основой. При этом существенно, что процесс спекания в данном случае практически не сопровождается уплотнением шихты, поскольку этому препятствует наличие в шихте неразлагающегося при спекании порообразователя. Увеличение температуры по окончании спекания приводит к разложению порообразователя и образованию пор, при этом величи-. на пористости зависит от концентрации порообразователя и практически не зависит от продолжительности спекания и величины прилагаемого давления . Ими определяются только физикомеханические свойства полученных иэделий и покрытий: прочность сцепления с основой, прочность межчастичных контактов, обуславливающих твердость, прочность на сжатие и т.д. Верхнее значение давления обусловлено тем, что нри температурах, лежащих в интервале температур спекания металлических порошков (300-1500 C), обеспечить без выхода из строя формующего пуансона давление более

100 МПа практически невозможно. Нижнее значение давления (10 МПа) явпяется.минимальной величиной активирующего давления при спекании под цавлением металлических порошков .

Для получения пористых изделий и покрытий с повышенными (по сравнению с известным способом) физико-ме- ханическими свойствами использованы хлористый аммоний (для баббита/Б-83), I тетрафторбориат аммония (для бронзы

БрОф10-1), хлорная медь (для твердого сплава ПГ-С1), гидрат хлористого железа (для железа ПЖ2М2).

В табл. 1 приведены режимы спекания под давлением покрытий из перечисленных порошков и их прочность сцепления со стальной основой после удаления порообразователя путем нагрева и 10-минутной выдержки при температуре, превышающей температуру разложения порообразователя на .20-50 С. Количество порообразователя выбирают таким образом, чтобы обеспечить пористость в пределах 30-40Х.

Проведенные исследования позволяют более точно определить верхний предел давления, который зависит ,от свойства спекаемого порошка. При повышении активирующего давления более предела текучести, который имеет при температуре спекания порошковый материал требуемой пористости, общая пористость покрытия снижается, несмотря на увеличение содержания порообразователя. Так, crieчеиная бронза пористостью 40Х имеет при 600 С предел текучести .

32,5 МН/м, для получения пористого

2 изделий или покрытия из порошка бронзы предлагаемым способом необходимо величину давления выбирать в интервале ) 0-32 МПа.

Пример 1 Шихту, содержащую порошок бронзы марки БрОФ10-1 и порошок тетрафторбориата аммония 8$ 9 мас.Х), температура разложения .которого составляет 650-850 С, напрессовывают на торцовые поверхности цилиндрических заготовок. Спекание и припекание сформованных слоев 40 иэ бронзы осуществляют на лабораторной установке для горячего прессования в атмосфере диссоциированного .аммиака при 600 С и давлении 32 МПа: в течение. 1 ч. После этого давле- 45 ние снимают, а температуру повышают до 880 С, и выдерживают при этой .температуре s течение 10 мин. 3атем изделие с нанесенным на него покрытием охлаждают. эО

Контрольное покрытие наносят известным способом. Шихту, содержащую

9 мас.Х тетрафторбориата аммония и порошок бронзы БрОФ10 1,.напрессованную на поверхность заготовки, спека- 55 ют в течение 1,5 ч при 880 С.

Исследование физико-механических свойств показывает, что при равной

3 1129027 ф .пористости (46-50X) покрытие, олу ченное по предлагаемому способу, имеет прочность сцепления с основой

37 вЂ” 40 МПа, а твердость 38-40 НВ. Покрытие, полученное по известному способу, имеет прочность сцепления

25-28 МПа и твердость 28-3! НВ. Тепло- и электропроводность порошковых покрытий, полученных по предлагаемому способу, иа 20-24Х выше, чем у покрытий, полученных иэвестнья способом.

Таким образом, предлагаемый способ получения пористых изделий и покрытий обеспечивает получение высокопористых покрытий с более высокими физико-механическими свойстнами (прочностью сцепления, твердостью, тепло- и электропроводностью ), чем известные методы.,Эти свойства особенно важны при изготовлении самосмазывающихся подшипников скольжения, теплообменников и фильтров.

Пример 2. Шихту, содержащую порошок бронзы БРОФ10-1 и поро шок тетрафторбориата аммония (7 мас.Х) напрессовывают на торцовые поверх. ности цилиндрических заготовок. Спекание н припекание сформованных слоев осуществляют на лабораторной установке для горячего прессования, в атмосфере диссоциированного аммиака при 600оС и давлении 9-40 МПа в те чение 1 ч. Затеи давлением снимают, 1 а температуру повышают до 880 С и .выдерживают. при этой температуре в течение 10 мин. Контрольное покрытие наносят известным методом. Шихту, содержащую 7 мас.Х тетрафторбориа1 . та аммония напрессовьвают на цоверх1 ность заготовок и спекают в течение 1,5 ч при 880 С.

В табл.2 приведены результаты исследований физико-механических свойств полученных покрытий (образцы 2-4 получены по предлагаемому спо,собу, образец, вЂ” по известному 1.

П р и и е р 3. Шихту, содержащую порошок железа ПЖ2М2 и кристаллогидрат хпористого железа (3,5 мас.X), напрессовывают на торцовые поверхности цилиндрических заготовок. Спекание и припекание осуществляют в атмосфере эндогаза при 850 С и давлении 9-61 МПа в течение 1,5 ч. Затем давление снимают и повышают температуру до 1100 С с выдержкой нри этой .температуре 10 мин. Контрольное по,1129027 крытие получают известным методом.

Покрытие того же состава спекают в течение 2 ч при 1100 С (табл.2,,образцы 8-10 получены по предлагаемому способу, образец 12 по иэвестномуJ., ъ

Пример 4. Шихту, содержащую порошок твердого сплава ПГ-С! и хлорной меди /3,5 мас.Ж/, напрессовыва- 1О ют и спекают в атмосфере зндогаза при 800 С и давлении 9 - 102 ИПа в течение 1,5 ч. Затем давление снимают и повышают температуру до !020 С выцержка 10 мин). Контрольные об- 1S разцы с покрытиями того же состава спекают при 1020 С в течение 2 ч (табл.2, образцы 14-16 получены по предлагаемому способу, образец 1 S вЂ”.по известному}.

Анализ результатов исследований (табл.2 ) показывает, что при равной пористости, обеспечиваемой порообразователем, покрьггия, полученные по предлагаемому способу, имеют более высокие физико-механические свойства, чем полученные по известному способу. Покрытия, полученные под давлением меньшим, чем в способе по изобретению (образцы 1, 7, 13), имеют высокую пористость, но свойства ниже, чем у полученных по известному способу. Покрытие на образцах 5, 11, 17, полученные припеканием под давлением, величина которого больше предела текучести пористого материала при температуре припекания, имеют низкую пористость, причем доля открытых пор резко уменьшается. о

I ! жо

1 f» о!Ч о и ф W % ф ь

° Ь A й Ч м Ol

° ° м г. !.

an и Ь.д юь а о сч м м

О I

3 н

t г

СЧ, <Ч г.

-1! ь л ь о ь ю ь

00 . ОО ь

Itt О и о о