Способ получения плазменных покрытий

 

Изобретение относится к получению плазменных покрытий, преимущественно из оксидной керамики и интёрметаллидов, и может быть использовано в машиностроении для упрочнения и восстановления деталей . Целью изобретения является повышение адгезионной и когезионной прочности и износостойкости покрытий за счет их вискеризации. Способ включает в себя напыление в динамическом вакууме мм/рт.ст., причем плазменную струю пропускают через диафрагму, расположенную на определенном расстоянии от среза сопла металлической и водоохлаждаемой подложек , при следующих режимных параметрах: напряжение дуги 80...85 В, ток 700...750 А, расход аргона 50...55 л/мин, расход водорода 10...15 л/мин, при этом порошок для напыления с размером частиц 10...50 мкм предварительно вакуумируют и подогревают до 50...100°С. При использовании способа адгезия 60...90МПа, когезия 100...140 МПа, износостойкость 8...15 мкм. 2 табл. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц5 С 23 С 4/12, 4/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4649959/02 (22) 28.11.88 (46) 30.11.91. Бюл. М 44 (71) Белорусское республиканское научнопроизводственное объединение порошковой металлургии (72) И.Л.Куприянов, E.В,Кремко, B.Â.Êðåìêî и А.Ф.Ильющенко (53) 621.793-7(088,8) (56) Тарнопольский Ю,M. и др, Пространственно-армированные композиционные материалы. Справочник, М., Машиностроение, 1987.

Материалы Всесоюзной конференции

"Исследование и разработка теоретических проблем в области порошковой металлургии и защитных покрытий". Минск, 1983, ч.Ш, с. 176 — 179. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ

ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится к получению плазменных покрытий, преимущественно

Изобретение относится к получению плазменных покрытий и может быть использовано в машиностроении для упрочнения и восстановления деталей.

Целью изобретения является повышение адгезионной и когезионной прочности и изностойкости покрытий за счет их вискериэации.

По изобретению плазменное напыление осуществляют в динамическом вакууме

10 мм рт.ст., пропуская плазменную струю через диафрагму с отверстием диаметром

10-15 мм, расположенную на расстоянии

100- 150 мм от среза сопла, на металличе„„Я „„1б94688 А1 из оксидной керамики и интбрметаллидов, и может быть использовано в машиностроении для упрочнения и восстановления деталей. Целью изобретения является повышение адгезионной и когезионной прочности и износостойкости покрытий за счет их вискеризации. Способ включает в

-2 себя напыление в динамическом вакууме 10 мм/рт.ст., причем плазменную струю пропускают через диафрагму, расположенную на определенном расстоянии от среза сопла металлической и водоохлаждаемой подложек, при следующих режимных параметрах: напряжение дуги 80...85 В, ток

700...750 А, расход аргона 50...55 л/мин, расход водорода 10...15 л/мин, при этом порошок для напыления с размером частиц 10...50 мкм предварительно вакуумируют и подогревают до 50...100 С. При использовании способа адгезия 60...9О МПа, когезия 100...140 МПа, износостойкость

8...15 мкм. 2 табл. скую водоохлаждаемую подложку, находящуюся на расстоянии 100...150 мм от диафрагмы при следующих режимных параметрах:

Напряжение дуги 80„,85 В

Ток дуги 700...750 А

Расход транспортирующего газа аргона 50...55 л/мин

Расход плазмообразующего газа водорода 10...15 л/мин, причем порошок для напыления с размером частиц 10...50 мкм предварительно. вакуумируют и подогревают до 50...100 С.

Сущность изобретения заключается в . том; что в процессе плазменного напыления

1694688

30

40

50 одновременно с кристаллизацией порошкового материала на металлической подложке в объеме покрытия происходит формирование вискерсов — нитевидных кристаллов диаметром около 1 мкм, Степень вискеризации для полученных плазменных покрытий составляет 10 — 15;ь, При меньшей степени вискеризации она не оказывает существенного влияния на прочностные характеристики покрытия, а при большей степени вискеризации образуется каркасная структура из нитевидных кристаллов, которую необходимо заполнять матричным материалом, т.е. совершенно иной тип композиционного материала, и при этом прочностные характеристики его не улучшаются.

Важным является соотношение парообразной, жидкой и твердой фаз в момент формирования покрытия, Напыление по изобретению приводит к получению 1 и 2 фаз и исключению 3.

Выбор диапазонов параметров напыления сделан на основании следующего. Значение тока электрической дуги менее 700 А и напряжения менее 80 В не обеспечивают полного проплавления.исходного порошкового материала, Значения тока электрической дуги более 750 А и напряжения более, чем 85 В ограничены конструктивными особенностями плаэмотрона, Увеличение или уменьшение расхода газов, т.е. выход из указанного диапазона для аргона

50...55 л/мин и для водорода 10...15 л/мин соответственно приведет к неполному проплавлению порошкового материала из-за слишком высокой скорости транспортировки порошка или к быстрому износу (выходу из строя) электродов плазмотрона.

Периферийная часть плазменной струи отсекается диафрагмой, стоящей на расстоянии 100...150 мм от плазменной горелки, с целью исключить попадание в структуру покрытия нерасплавленных и крупных частиц, поскольку только раСплавленные, перегретые и мелкодисперсные частицы диаметром от 1 до 5 мкм формируют искомое вискеризованное покрытие. Для интенсификации вискериэации и кристаллизации покрытия подложка с обратной стороны охлаждается, установлена она на расстоянии от среза сопла плазмотрона 250...300 мм. Если изменить расстояние от горелки до диафрагмы, она перестает выполнять свою основную функцию — отсекать крупные или нерасплавленные частицы, который располагаются по периферийной части струи. Если изменить расстояние от горелки до подложки, то получается структура покрытия с меньшей степенью вискеризации и со значительно худшими прочностными характеристиками, т.е. не достигается цель изобретения.

Необходимость конкретизации размера частиц порошка связана не только с конструктивными особенностями используемого оборудования, но также с необходимостью расплавить и перегреть до парообразного состояния определенную часть порошкового материала при напылении покрытия.

При использовании частиц порошка размером менее 10 мкм затрудняется стабильная подача порошка в плазменную горелку. Частицы порошка размером более 5 мкм не успевают полностью расплавиться в плазменной струе и, таким образом, не обеспечивают получение вискеризованного покрытия.

Нагрев порошка до температуры более чем 100" С в вакуумированном порошковом дозаторе приводит к разрушению отдельных систем, узлов дозатора, главное,приводит к спеканию и конгломерации и укрупнению частиц порошка, что нежелательно. Нагрев порошка до температуры менее 50 С не эффективен, так как не оказывает положительного воздействия на удаление газов и влаги, адсорбируемых порошками.

Пример, Плазменное напыление производилось на установке фирмы "Плаз-ма-Техник" тип горелки НВ-4, Исходные порошковые материалы:

AIgOg, TIOy, NITi, NiAI вакуумируются (10 мм рт,ст.) и подогреваются до определенной температуры (от 50 до 100 С) перед подачей в плазменную струю. В вакуумной рабочей камере устанавливают диафрагму с отверстием от 10 до 15 мм на расстоянии от горелки 100.„150 мм и до подложки 100...150 мм таким образом, чтобы дистанция напыления была 250...300 мм. Диафрагма изготовлена из фторопласта. Порошковый материал, не прошедший через диафрагму, собирается в специальный бункер и используется для повторного напыления. B процессе напыления поддерживается динамический вакуум

-2

10 " мм рт.ст. — основное условие получения вискеризованного плазменного покрытия.

В табл,1 приведены режимы напыления используемых порошковых материалов.

Для проведения сравнительных испытаний свойств плазменных покрытий, достигаемых по известному (без диафрагмы) и изобретению (с диафрагмой), были соответственно напылены по 5 образцов в одинаковых условиях и испытаны на адгезионную, когеэион ную прочность, износостойкость.

Результаты проведенных испытаний в аналогичных условиях для образцов по извест1694688

50...55 л/мин

Таблица 1

TIOz

А! газ

Ед-ца измерения

NIAI

NlTi

10 — 20

1Р

300

10 — 50

10-2

?00

250

10 — 20

10-2

82

300

10 — 50

10а

250 мкм

ОС мм рт. ст

А мм

0,3

0.3, 150

0,3

150 . 50

15, 15

0,3 мм л/мин л/мин мм мм ному способу и по изобретению приведены в табл.2.

Оценку количества вискерсов в структуре плазменных покрытий производили методом количественного металлографиче- 5 ского анализа на растровом электронном микроскопе Nanolab-7.

Измерение характеристик адгеэионной и когеэионной прочности производили по разработанным в БРНПО ПМ методикам с 10 помощью разрывной машины INSTRON. Износостойкость оценивали по глубине, вытертой контртелом (сплав ВК-6) канавки при нагрузке 10 МПа и времени испытаний 20 ч, скорость вращения контртела 0,5 м/с, В 15 табл.2 приведены средние величины из пяти полученных результатов по каждому способу и материалу.

Как видно из данных, приведенных в 20 табл.2, способ по изобретению приводит к повышению адгезионной, когеэионной прочности в среднем на 20...40 МПа и изностойкости на 8...40 мкм за счет вискеризации плазменных покрытий. Если напыление 25 осуществлять без диафрагмы, степень вискеризации достигает 1...3 в общем объеме покрытия. Введение диафрагмы позволяет увеличить степень вискеризации до

10.„15ь в общем объеме покрытия. 30

Наименование параметров нэпыления ранулометрический состав одогрев порошка

Динамический вакуум

Напряжение эл. дуги

Ток эл. дуги

Дистанция напыления

Расстояние от горелки до диафрагмы

Расход аргона

Расход водорода

Диаметр диафрагмы

Толщина покрытия

Формула изобретения

Способ получения плазменных покрытий, преимущественно иэ оксидной керамики и интерметаллидов, включающий нагрев порошка в плазменной струе до жидкого и парообразного состояния и кристаллизацию его на подложке в процессе формирования покрытия, отличающийся тем, что, с целью повышения адгезионной и когезионной прочности и иэносостойкости покрытий за счет их вискеризации, напыление осуществляют в динамическом вакууме — 10 мм рт.ст;, пропуская плазменную струю через диафрагму с отверстием диаметром 10 — 15 мм, расположенную на расстоянии 100..;150 мм от среза сопла и на таком же расстоянии от подложки при охлаждении последней водой и следующих режимах напыления:

Напряжение дуги 80...85 В

Ток дуги 700„,.750 А

Расход транспорти-. рующего газа аргона

Расход плазмообразующего газа водорода 10.„15 л/мин, причем порошок с размером частиц

10...50 мкм предварительно вакуумируют и подогревают до 50...100 С.

1694б88

Таблица 2

Составитель А. Купренкова

Редактор Е. Зубиетова Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор В, Гирняк

Заказ 4132 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 !