Способ нанесения покрытий из металлических порошков

 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам нанесения покрытий из порошковых материалов на поверхности деталей. Способ включает нанесение порошка на поверхность детали, нагрев детали и изотермическую выдержку, причем начальный нагрев детали осуществляют до момента достижения на стыке с порошковым материалом температуры, равной температуре плавления последнего, а затем нагрев прекращают и повторно возобновляют при снижении температуры до температуры спекания порошка, при которой осуществляют изотермическую выдержку. Изобретение направлено на повышение прочности сцепления порошкового материала с поверхностью детали за счет образования тонкого слоя расплава на стыке между поверхностью и порошковым материалом. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам нанесения покрытий из порошковых материалов на поверхности деталей.

Известен способ нанесения покрытий из материалов на поверхность деталей, включающий нанесение "сырого" порошка, смешанного с флюсом, на поверхность детали, нагрев детали до температуры спекания порошка и изотермическую выдержку (Ярошевич В.К., Белоцерковский М.А. Антифрикционные покрытия из металлических порошков. "Наука и техника", 1981, с. 55-60).

Однако, данный способ не обеспечивает надежного сцепления порошкового материала с поверхностью детали.

В качестве ближайшего аналога выбран способ нанесения покрытий из порошковых материалов на поверхности деталей, включающий нанесение порошка на поверхность детали, ступенчатый нагрев до температуры спекания порошка и изотермическую выдержку (а.с. СССР N740406, кл. B 22 F, В 30 В 11/34).

Данный способ не обеспечивает надежного сцепления порошкового материала с поверхностью детали, т.к. температура процесса не достигает температуры плавления порошка. Поэтому смачивания расплавом порошкового материала поверхности детали не происходит, а спекание осуществляется за счет протекания диффузионных процессов при припекании, не обеспечивающих высокой прочности сцепления.

Техническая задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение - повышение прочности сцепления порошкового материала за счет образования тонкого слоя расплава на стыке между поверхностью детали и порошковым материалом.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе нанесения покрытий из металлических порошков, включающем нанесение порошка на поверхность детали, нагрев детали и изотермическую выдержку, согласно изобретению, начальный нагрев детали осуществляют до момента достижения на стыке с порошковым материалом температуры, равной температуре плавления последнего, а затем нагрев прекращают и повторно возобновляют при снижении температуры до температуры спекания порошка, при которой осуществляют изотермическую выдержку.

Одновременно с прекращением начального нагрева осуществляют охлаждение свободной поверхности детали и прекращают его при достижении на стыке между поверхностью детали и порошковым материалом температуры спекания последнего.

Проведение нагрева указанным способом обеспечивает расплавление порошкового материала на стыке с поверхностью детали и смачивание последней, чем обеспечивается надежное сцепление двух материалов. Причем в объеме порошковый материал не расплавляется, а спекается за счет всегда имеющего место градиента температур по толщине порошкового слоя.

Охлаждение свободной поверхности детали после прекращения начального нагрева сокращает период снижения температуры до температуры спекания порошкового материала и способствует уменьшению толщины расплавленного слоя, тем самым повышая качество получаемого покрытия, а кроме того, увеличивает производительность процесса.

Сущность изобретения поясняется схемой процесса нагрева, изображающей зависимость температуры свободной поверхности детали (кривая 1), температуры на стыке (кривая 2) и на свободной поверхности порошкового материала (кривая 3) от времени процесса.

Начальный нагрев ведут в течение времени τ₁, до момента достижения на стыке между деталью и порошковым материалом температуры плавления (T_пл) последнего (кривая 2), после чего нагрев прекращают. В течение времени τ₂ происходит снижение температуры до температуры спекания порошкового материала (T_сп). В этот момент нагрев возобновляют, а температуру на стыке поддерживают равной температуре спекания порошка в течение времени τ₃ изотермической выдержки.

Доведение температуры нагрева на стыке между деталью и порошком до температуры плавления последнего обеспечивает смачивание расплавом поверхности подложки, что гарантирует хорошее сцепление между двумя материалами. После достижения температуры на стыке до температуры спекания порошкового материала процесс ведут в этом режиме в течение времени изотермической выдержки. При этом температура спекания в зависимости от природы порошкового материала находится в пределах 0,75-0,95 T_пл. Из-за всегда имеющего место градиента температур как по толщине детали (ΔT), так и по толщине порошкового слоя (ΔT_сп), температуру спекания порошкового материала на стыке следует поддерживать по верхнему пределу. В противном случае спекания свободной поверхности порошкового материала может не произойти, т.к. ее температура из-за градиента может оказаться меньше нижнего предела температуры спекания.

Примеры выполнения способа.

Пример 1.

На стальную пластинку толщиной 4 мм насыпали сферический бронзовый порошок, смешанный с флюсом (хлористый аммоний). Индукционный нагрев осуществляли со стороны свободной поверхности детали с помощью высокочастотного генератора ВЧГ 10/044. Температуру свободной поверхности порошкового материала определяли радиационным пирометром "ТЭРА-50" с записью на графопостроитель, а температуру на стыке - термопарой и потенциометром.

Начальный нагрев вели до температуры на стыке, равной температуре плавления бронзы (950^oC), после чего нагрев прекращали и ждали, когда температура снизится до температуры спекания бронзы (900^oC), при которой осуществляли изотермическую выдержку в течение трех минут, при этом температура на свободной поверхности порошкового материла была 840^oC (ΔT_сп = 60^oC).

Пример 2.

Опыт проводили аналогично примеру 1, но после нагрева стыка до температуры плавления бронзы (950^oC) нагрев прекращали, а свободную поверхность детали охлаждали холодным воздухом до достижения температуры спекания бронзы (900^oC), после чего охлаждение прекращали и проводили изотермическую выдержку также в течение трех минут.

В данном опыте за счет охлаждения снижение температуры с 950 до 900^oC происходило в три раза быстрее. Микроструктурный анализ показал, что у обоих образцов на стыке имеется слой расплавленной бронзы, однако его толщина в примере 2 была в два раза меньше (0,1 мм).

Прочность сцепления порошковых слоев с подложкой (по методу сдвига) была в обоих опытах примерно одинаковой, однако более чем в два раза большей, чем у образца, полученного известным способом без расплавления, при спекании при температуре 900^oC.

Использование предлагаемого способа позволяет получать порошковые покрытия с намного большей прочностью сцепления, чем по известному способу. Изготавливаемые из таких биметаллических материалов подшипники скольжения имеют большую несущую способность и износостойкость.

Формула изобретения

1. Способ нанесения покрытий из металлических порошков, включающий нанесение порошка на поверхность детали, нагрев детали и изотерическую выдержку, отличающийся тем, что начальный нагрев детали ведут до момента достижения на стыке поверхности детали с порошковым материалом температуры плавления последнего, а затем нагрев прекращают и повторно возобновляют при снижении температуры до температуры спекания порошка, при которой осуществляют изотермическую выдержку.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что одновременно с прекращением начального нагрева осуществляют охлаждение свободной поверхности детали и прекращают его при достижении на стыке между поверхностью детали и порошковым материалом температуры спекания последнего.

РИСУНКИ

Рисунок 1