Способ нанесения плазменных покрытий

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 23 С 4/06, 4/08

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕ НТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4878660/26 (22) 20.10.90 (46) 28,02.93, Бюл. М 8 (71) Институт металлургии уральского отделения АН СССР (72) Н,А. Клинская, Е.В.Цхай, В.А.Копысов, Л.Б.Сигалов и А.М.Токмаков (56) Заявка Японии

N. 60 †2048, кл. С 23 С 16/50, 1985.

Заявка Японии

N 61 †179, кл, С 23 С 28/00, 4/02, 1986.

Hoganas Metal Spray. Powders, Sweden, HMSP, 1980, 51 р..Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к нанесению покрытий из керамико-металлических порошков на детали, подверженные износу при вЫсоких температурах и ударных нагрузках.

Цель изобретения — повышение износостойкости, 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 е смесителе типа "пьяная бочка". Такую смесь подавали под срез газовоздушного плазматрона 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

„„5U „„1798376 А1 (54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПЛАЗМЕННЫХ

ПОКРЫТИЙ (57) Использование: при нанесении покрытий из керамико-металлических порошков на детали, подверженные износу при высоких темпе.ратурах 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 кВА. 3 табл. окисление тугоплавкой составляющей, в у связи с чем увеличивается пористость покрытий, снижаются износо- и жаростой- кость, Кроме того, увеличение мощности энергетически невыгодно. Оптимальный режим 35 кВА (табл. 1), После нанесения покрытия его подвергали оплавлению гаэокислородным пламенем. 4

Наблюдаемые существенные изменения микротведости составляющих фаз связаны, как показали исследования микроструктуры, с увеличением количества цветных фаз, образование которых интен- 4 сифицируется с ростом мощности плазмот- 0 . рона. Природа их состоит в образовании широкой гаммы твердых растворов кислорода в нитриде титана, Ъ

В качестве плазмообраэующего 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, сообщаемым частицам, которые, не успев оплавить1798376

Формула изобретения

Таблица 1

Зависимость микротвердости составляющих покрытие фаз от мощности плазменной струи, ся, упруго отражаются от подложки и рассеиваются в пространстве.

Добавка природного газа к воздуху в количестве 50 обеспечивает КИП=72 .

Оптимальное содержание природного газа составляет 30, поскольку именно при таком соотношении компонентов плазмообраэующего газа достигается наибольший

КИ П=77%..

Сущность использования различных плазмообраэующих газов следующая: воздух, углеводороды и их смеси повышают тепловложение 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 раэ, а воздуха в 3 раза, выше чем аргоновой плазменной струи. В смесях углево- 20 дородов с окислителем обеспечивается и более высокая, чем в инертных газах эффективность нагрева порошков, что в частности . обьясняется наличием в составе плазмообразующей струи свободного водорода — од- 25 ного из продуктов пиролиза углеводородов;

Стоимость газа, используемого для напыления {на примере штока бурового насоса, выпускаемого ПО "Уралмаш" ) при использовании композиции воздух — при- 30 родный газ, снижается в 16,3 раза в сравнении с Ar — Йг плазмой.

При температурах 700 — 900О 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 жаростой- 40 кости интервал рабочей температуры покрытия по предлагаемому техническому решению расширяется до 1000 С.

Полученные покрытия испытывали на стойкость в условиях сухого абразивного 45 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 0 — 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 пирамиды 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 1100О С (на

250 С). снизить затраты на напыление в

163 раза. Промышленные испытания проводили на вытяжных штампах при одновременном воздействии трех видов нагрузок:t до 1000 С, износе и ударе, Способ нанесения плазменных покрытий, включающий ввод в гээоплазменную струю шихты на основе самофлюсующегося сплава и твердой составляющей и напыление, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости и жаростойкости при ударных нагрузках; в качестве твер- . дой составляющей вводят 10 — 40 мас.% нитрида титана, а напыление ведут в газовоздушной плазменной струе мощностью

30 — 46 кВА.

Таблица 2

Таблица 3

Результаты термографическаго анализа

Составитель Е.Цхай

Редактор С,Ходакова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М.Керецман

Заказ 752 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета lio изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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