Способ получения покрытий

 

Использование: для нанесения покрытий напылением в машиностроении. Сущность: формируют высокоэнергетическую струю жидкости и вводят в нее напыляемый материал в виде порошка или термически разлагаемого соединения. Струю направляют на подложку, на которой формируется покрытие. В качестве жидкости используют воду, водные растворы солей, кислот, оснований, их смеси. Возможен подогрев потока. Между потоком и подложкой прилагают разность потенциалов. Перед напылением подложку подготавливают струей жидкости, содержащей абразив, или раствором электролита с пропусканием электрического тока. Напыленное покрытие упрочняют струей электропроводной жидкости с наложением разности потенциалов. 12 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к нанесению покрытий напылением и может быть использовано в машиностроении.

Известные способы напыления характеризуются низкими технологическими возможностями, неэкономичны.

Прототипом является способ, включающий создание потока, ввод в него материала, формирующего покрытие и направление его на нагретую подложку.

Недостатки прототипа низкие технологические возможности, в частности высокотемпературный нагрев изделия и низкое качество покрытий.

Цель изобретения расширение технологических возможностей и повышение качества покрытий.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения покрытий, включающем подготовку поверхности подложки, ввод материала, формирующего покрытие в поток носителя и нанесение его под давлением на подложку, в качестве носителя порошкового материала используют жидкость. В качестве жидкости может быть использована вода, водные растворы кислот, оснований солей и их смеси. Жидкий носитель может быть подогретым. Подогрев жидкого носителя может быть осуществлен приложением разности потенциалов между подложкой и потоком. Нанесение порошкового материала может быть осуществлено на подложку, покрытую слоем неэлектропроводной жидкости. В качестве неэлектропроводной жидкости может быть использован раствор флюса. Жидкость носителя может быть подана под давлением 80-4000 атм. Поток носителя с порошком может быть направлен на подложку под углом к ней 20-70^о. В порошковый материал, формирующий покрытие, может быть введено термически разлагаемое соединение.

Подогревка поверхности подложки может быть осуществлена струей жидкости, содержащей абразив, подаваемой на подложку под давление 10-4000 атм под углом 5-60^о. Подготовку поверхности подложки можно осуществлять струей электропроводной жидкости, подаваемой под давлением 30-4000 атм при наложении разности потенциалов 50-500 В промышленной частоты и расстоянием между срезом сопла и подложкой 1-6 мм. После нанесения покрытия его можно упрочнять струей электропроводной жидкости, подаваемой под давлением 50-4000 атм при наложении разности потенциалов 150-3000 В и расстоянием между срезом сопла и подложкой 3-10 мм.

Расширение технологических возможностей заключается в следующем. Исключается нагрев всего изделия. Исключается нагрев до 1000^оС. Если применяют нагрев, то он предельно локализован и кратковременен. Расширяется круг материалов изделий, например можно наносить покрытие на дерево. Расширяется круг наносимых материалов, например можно наносить дисульфид молибдена. Можно напылять мелкие детали сложной конфигурации. Можно напылять внутренние поверхности отверстий. Размеры пятна и полосы напыления очень малы.

Повышение качества покрытий заключается в следующем. Исключается окисление подложки и наносимого материала. При определенных условиях с подложки и порошка удаляются оксидные пленки и происходит их активация в электролитной плазме. Порошок имеет очень высокую скорость. Все это способствует повышению адгезии, когезии и некоторых функциональных свойств, чувствительных к изменению состава покрытия.

Способ осуществляют следующим образом.

Создают поток жидкости с наносимым материалом и направляют на подложку, подготовленную обычными методами. При необходимости формируется покрытие или прилагают разность потенциалов. На подложке формируется покрытие. Применение жидкости позволяет формировать поток с очень большой скоростью до 2400 м/с. Порошок в жидкости приобретает скорость, близкую к скоpости потока на малом пути ускорения.

Наиболее подходящей жидкостью является вода, хотя дисульфид молибдена можно наносить с использование и керосина. Масло оказалось непригодным.

Подогрев жидкости приводит к снижению вязкости, что позволяет при неизменных параметрах создать поток более высокой скорости. При использовании растворов происходит более интенсивное удаление оксидов с подложки и порошка. Использование различных растворов обеспечивает травление порошка и подложки с повышением качества покрытий.

Наложение разности потенциалов обеспечивает нагрев потока и подложки в области пятна напыления. Оптимальной является разность потенциалов, обеспечивающая возникновение электрических разрядов на поверхности подложки (образование слоя электролитной плазмы).

Давление 80-4000 атм обеспечивает устойчивое нанесение широкого круга материалов. Некоторые материалы (дисульфид молибдена) могут быть нанесены при более низких давлениях.

Нанесение покрытия в неэлектропроводной жидкости приводит к большей локализации протекания тока и, следовательно, разряда. При неизменных электрических параметрах происходит усиление разряда и формирование покрытия повышенного качества. То же обеспечивает заявленный интервал углов: при этих углах происходит отражение струи от подложки.

П р и м е р 1 (прототип). Напыляют медный порошок струей на стальную деталь, нагретую до 1000^оС. Формируется покрытие с содержанием оксидов 27% Сильный отжиг детали. Диаметр пятна и ширина полосы напыления не менее 7 мм.

П р и м е р 2. Напыляют медный порошок струей воды при давлениях 80, 130, 500, 1000, 2000, 3000, 4000 атм. Диаметр сопла 1,0-0,16 мм. Формируется медное покрытие на стальной, алюминиевой, деревянной подложках. Толщина покрытия до 3 мм. Возможна механическая обработка покрытия. Содержание оксидов менее 5% Диаметр пятна и ширина полосы напыления 2,5-0,5 мм.

П р и м е р 3. То же, что в примере 2, но напыление проводят на внутреннюю поверхность трубы диаметром 16 мм. Формируется покрытие. По прототипу процесс невозможен.

П р и м е р 4. То же, что в примере 2, но напыляют MoS₂ на дно отверстия диаметром 8 мм при глубине 100 мм. Формируется покрытие. По прототипу процесс невозможен.

П р и м е р 5. Напыляют MoS₂ водой и керосином при давлениях 50, 100, 500 атм. Формируется покрытие. По прототипу процесс невозможен.

П р и м е р 6. Напыляют медный порошок на стальную подложку при давлении 500 атм при температуре воды 20, 50, 90^оС. Прочность сцепления (клеевая методика) 6, 8, 11 Мпа.

П р и м е р 7. Напыляют алюминиевый порошок на стальную подложку водой, раствором NaOH (50 г), раствором NaOH и соды (по 30 г/л) при 50^оС. Прочность сцепления 5,9 МПа.

П р и м е р 8. Напыляют ПГ-СР2 15%-ным раствором NaCl с наложением разности потенциалов 500 В. Формируется покрытие с прочностью сцепления 9 МПа. При введении в жидкость 3% фторбората калия прочность сцепления 12 МПа.

П р и м е р 9. То же, что в примере 8, но напыление осуществляют в воде. Прочность сцепления 10 и 13 МПа соответственно.

П р и м е р 10. То же, что в примере 8, но угол струи составляет 70, 40, 25^о. Прочность сцепления с флюсом и без флюса 13 и 11 МПа для всех углов.

П р и м е р 11. Жидкость 15%-ный раствор NaCl. Напыляемое вещество карбонил никеля. Разность потенциалов 250 В. Формируется никелевое покрытие.

П р и м е р 12. Напыляют медный порошок на стальную подложку, подложку под напыление готовят обдувом абразивом. Прочность сцепления 6 МПа.

П р и м е р 13. То же, что в примере 12, но подготовка подложки струей воды с абразивом под давлением 10, 1000, 4000 атм под углами 5, 30, 60^о. Прочность сцепления 6-7 МПа. Процесс более технологичный.

П р и м е р 14. То же, что в примере 12, но подготовка 15%-ным раствором NaCl, подаваемым под давлением 30, 1000, 4000 атм с наложением разности потенциалов 50, 150, 500 В при дистанциях обработки 1, 3, 6 мм. Прочность сцепления 7-9 МПа.

П р и м е р 15. То же, что в примере 12, но покрытие обрабатывают струей 15% -ного раствора NaCl под давлением 50, 1000, 4000 атм с наложением разности потенциалов 150, 1000, 3000 В при дистанции 3, 6, 10 мм. Прочность сцепления 7-9 МПа, пористость менее 5% Заявленный способ обеспечивает формирование широкого круга покрытий.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, включающий подготовку поверхности подложки, ввод материалов формирующего покрытия в поток носителя и нанесение его под давлением на подложку, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышение качества покрытий, в качестве носителя порошкового материала используют жидкость.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкости используют воду.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве жидкости используют водные растворы кислот, оснований, солей и их смеси.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что жидкий носитель подогревают.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что подогрев носителя осуществляют приложением разности потенциалов между подложкой и потоком.

6. Способ по пп.1, 3 и 5, отличающийся тем, что нанесение порошкового материала осуществляют на подложку, покрытую слоем неэлектропроводной жидкости.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что в качестве неэлектропроводной жидкости используют раствор флюса.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что жидкость носителя подают под давлением 80 4000 атм.

9. Способ по п.1, отличающйся тем, что поток носителя с порошком направляют на подложку под углом к ней 25 70^o.

10. Способ по п.1, отличающийся тем, что в порошковой материал, формирующий покрытие, вводят термически разлагаемое соединение.

11. Способ по п.1, отличающийся тем, что подготовку поверхности подложки осуществляют струей жидкости, содержащей абразив, подаваемой на подложку под давлением 10 4000 атм и под углом 5 60^o.

12. Способ по п.1, отличающийся тем, что подготовку поверхности подложки осуществляют струей электропроводной жидкости, подаваемой под давлением 30 - 4000 атм при наложении разности потенциалов 50 500 В промышленной частоты и расстоянием между срезом сопла и подложкой 1 6 мм.

13. Способ по п.1, отличающийся тем, что после нанесения покрытия его упрочняют струей электропроводной жидкости, подаваемой под давлением 50 4000 атм при наложении разности потенциалов 150 3000 В и расстоянием между срезом сопла и подложкой 3 10 мм.