Композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов



Композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов
Композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов
Композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов
Композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов
Композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов

 


Владельцы патента RU 2478732:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" (RU)

Проводник состоит из оболочки и сердечника, выполненного в виде порошка. Оболочка состоит из двух слоев электрически взрываемой плоской фольги массой 60…360 мг. Масса сердечника составляет 0,5…2,0 массы фольги. Техническим результатом изобретения является улучшение качества композиционных покрытий за счет увеличения коэффициента использования материала сердечника и равномерного распределения компонентов покрытия по его объему. 5 ил., 4 пр.

 

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий, в частности к электровзрывному напылению покрытий и электровзрывному легированию с применением в качестве электрически взрываемых проводников фольг различных металлов и сплавов с размещенными на них порошковыми навесками напыляемых веществ, и может быть использовано, например, в электротехнике для формирования покрытий на контактных поверхностях с высокой электроэрозионной стойкостью.

Известно устройство [1] для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги, содержащее центральный и наружный высоковольтные электроды, изолированные друг от друга и установленные коаксиально, дополнительный цилиндрический высоковольтный электрод и сопло, которое снабжено механически прочным диэлектрическим цилиндром, сопло выполнено в виде сопла Лаваля с внешней фаской, центральный высоковольтный электрод выполнен в виде стержня со сквозным соосным каналом, наружный высоковольтный электрод выполнен в виде полого цилиндра с внутренней фаской на торце, дополнительный высоковольтный электрод выполнен в виде кольца с периферийной частью в виде усеченного конуса и симметрично закрепленных на его поверхности стержней со сквозными соосными каналами, при этом механически прочный диэлектрический цилиндр выполнен со сквозными отверстиями для размещения стержней дополнительного высоковольтного электрода, симметрично расположенными относительно главной оси диэлектрического цилиндра, и с профилем и размерами торца, аналогичными профилю и размерам взрывающейся фольги, которая выполнена в виде плоского кольца с усеченным конусом, причем взрывающаяся фольга расположена на торце механически прочного диэлектрического цилиндра, дополнительный высоковольтный электрод периферийной частью в виде усеченного конуса расположен на центральной части усеченного конуса взрывающейся фольги, наружный высоковольтный электрод расположен на боковой поверхности диэлектрического цилиндра таким образом, что периферийная часть усеченного конуса взрывающейся фольги расположена на поверхности внутренней фаски наружного высоковольтного электрода, диэлектрический цилиндр с взрывающейся фольгой и электродами установлен на торце сопла Лаваля, причем поверхность внешней фаски сопла Лаваля, периферийная часть усеченного конуса взрывающейся фольги и поверхность внутренней фаски наружного высоковольтного электрода являются сопряженными, а сквозные каналы центрального высоковольтного электрода и стержней дополнительного высоковольтного электрода предназначены для подачи газа в полость сопла Лаваля.

Недостатком устройства для нанесения покрытий электрическим взрывом фольги является использование в качестве материала электрически взрываемого проводника металлической фольги. Это ограничивает возможности применения данного устройства для напыления покрытий на поверхность металлов и сплавов только продуктами взрыва фольги. Расширение области практического использования электровзрывного напыления покрытий достигается размещением в области взрыва порошковой навески различных веществ, таких как графит, бор, оксиды, карбиды и др. Дополнительное размещение в области взрыва порошковой навески напыляемого материала путем ее насыпания на фольгу приводит к низкому коэффициенту использования материала порошка и неравномерному распределению его частиц в покрытии, поскольку продукты взрыва фольги отбрасывают частицы порошка на стенки сопла. В связи с этим возникает задача повышения коэффициента использования материала порошка.

Обработка поверхности проводится путем формирования импульсной плазменной струи продуктов взрыва с использованием плазменного ускорителя с коаксиально-торцевой системой электродов, на которых закрепляется взрываемая фольга и разрушается под действием разрядного тока от емкостного накопителя энергии. Продукты взрыва включают плазменный компонент и конденсированные частицы, которые, осаждаясь на поверхности, формируют покрытие.

Известен шнуровой материал для газопламенного напыления [2], включающий изготовленную из органического материала оболочку и сердечник, содержащий, мас.%: гранулированный технологический наполнитель 88…92, органическое связующее 8…12, при этом гранулированный технологический наполнитель содержит, мас.%: графит 2,5…4,5, гексагональный нитрид бора 10,0…16,0, оксид кадмия 2,0…4,0, оксид меди 11,0…14,0, никель - остальное.

Недостатком шнурового материала является то, что органическая оболочка при электровзрыве шнурового материала в вакууме загрязняет напыляемые покрытия.

Задачей заявляемого изобретения является улучшение качества композиционных покрытий, которое обеспечивается увеличением коэффициента использования материала сердечника и равномерным распределением компонентов покрытия по его объему.

Поставленная задача реализуется композиционным электрически взрываемым проводником для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов с использованием плазменного ускорителя с коаксиальной системой электродов. Он состоит из оболочки и сердечника в виде порошка, при этом оболочка состоит из двух слоев электрически взрываемой плоской фольги массой 60…360 мг, а масса сердечника составляет 0,5…2,0 массы фольги.

Устройство поясняется чертежом, где на фиг.1 представлен композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов, на фиг.2 - покрытие системы TiB2-Cu, полученное с его использованием, на фиг.3 - покрытие системы W-Cu, полученное с его использованием, на фиг.4 - покрытие системы Мо-Сu, полученное с его использованием, на фиг.5 - легированный слой на стали 45 после электровзрывного алитирования совместно с карбидом кремния. Композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов состоит из оболочки (фольги) 1 и сердечника (порошковой навески напыляемого материала) 2, закрепляется на торцах коаксиальных электродов центрального 3 и наружного кольцевого 4, разрушается под действием электрического тока от емкостного накопителя энергии, формируется с использованием плазменного ускорителя в многофазную плазменную струю и напыляется на подложку 5.

Изменение соотношения масс оболочки mf (фольги) и сердечника mc (порошковой навески), которое характеризуется коэффициентом K=mf/mc, дает возможность управлять структурой покрытия, а также обеспечивать необходимый состав композиционных покрытий. Формирование покрытия происходит при перемешивании напыленных на поверхность плазменных и конденсированных продуктов взрыва фольги с частицами порошковой навески и последующем теплоотводе в материал основы. Напыление при K<0,5 приводит к уменьшению коэффициента использования материала сердечника и нарушает равномерное распределение компонентов покрытия по его объему. Напыление при K>2,0 приводит к формированию покрытия преимущественно из продуктов взрыва фольги, а не порошковой навески, что не обеспечивает необходимых свойств композиционного покрытия, например его электроэрозионной стойкости. Превышение массы фольги свыше 360 мг нецелесообразно, поскольку при этом продукты разрушения фольги преимущественно состоят из конденсированных частиц (капель) и не происходит полного переноса частиц порошковой навески сердечника на обрабатываемую поверхность. Использование фольг меньшей массы 60 мг нецелесообразно из-за малой толщины формируемых покрытий.

Композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов может быть изготовлен с сердечником, включающим как однородные порошки различных материалов (графита, бора, металлов, сплавов, оксидов, бескислородных тугоплавких соединений и т.п.), так и композиционные порошки, а также механические смеси указанных материалов.

Примеры конкретного осуществления устройства:

Пример 1.

Обработке подвергали контактную поверхность образца из электротехнической меди марки М00 площадью 4 см2. Использовали композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов, состоящий из оболочки и сердечника. Оболочка представляла собой два слоя плоской медной фольги массой 60 мг, а сердечник - порошковую навеску диборида титана такой же массы.

Получили электроэрозионностойкое покрытие системы TiB2-Cu (фиг.2) из несмешивающихся компонентов с композиционной наполненной структурой, в которой диборид титана и медь равномерно распределены по объему покрытия, имеющего когезионно-адгезионную связь с основой.

Пример 2.

Обработке подвергали контактную поверхность образца из электротехнической меди марки М00 площадью 4 см2. Использовали композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов, состоящий из оболочки и сердечника. Оболочка представляла собой два слоя плоской медной фольги массой 200 мг, а сердечник - порошковую навеску вольфрама массой 400 мг.

Получили электроэрозионностойкое покрытие системы W-Cu (фиг.3) из несмешивающихся компонентов с композиционной наполненной структурой, в которой вольфрам и медь равномерно распределены по объему покрытия, имеющего когезионно-адгезионную связь с основой.

Пример 3.

Обработке подвергали контактную поверхность образца из электротехнической меди марки М00 площадью 4 см2. Использовали композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов, состоящий из оболочки и сердечника. Оболочка представляла собой два слоя плоской медной фольги массой 360 мг, а сердечник - порошковую навеску молибдена массой 180 мг.

Получили электроэрозионностойкое покрытие системы Мо-Сu (фиг.4) из несмешивающихся компонентов с композиционной наполненной структурой, в которой молибден и медь равномерно распределены по объему покрытия, имеющего когезионно-адгезионную связь с основой.

Пример 4.

Обработке подвергали поверхность образца из углеродистой стали 45 площадью 2 см2. Использовали композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов, состоящий из оболочки и сердечника. Оболочка представляла собой два слоя плоской алюминиевой фольги массой 60 мг, а сердечник - порошковую навеску карбида кремния массой 30 мг.

Получили высокотвердый и износостойкий поверхностный легированный слой системы сталь 45-Al-SiC (фиг.5) с композиционной наполненной структурой, в которой карбид кремния, сталь 45 и алюминий равномерно распределены по объему зоны легирования, имеющего когезионно-адгезионную связью с основой.

Композиционный электрически взрываемый проводник для электровзрывного напыления покрытий или электровзрывного легирования поверхности металлов и сплавов с использованием плазменного ускорителя с коаксиальной системой электродов, состоящий из оболочки и сердечника в виде порошка, при этом оболочка состоит из двух слоев электрически взрываемой плоской фольги массой 60÷360 мг, а масса сердечника составляет 0,5÷2,0 массы фольги.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройству для электровзрывной обработки поверхности материалов. .

Изобретение относится к технологии химико-термической обработки металлов с использованием концентрированных потоков энергии. .

Изобретение относится к получению вольфрам-углерод-медного покрытия на медных контактных поверхностях. .

Изобретение относится к области металлургии в частности к технике вакуумно-плазменного нанесения металлосодержащих покрытий. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к штампам для горячей, изотермической штамповки деталей, и может быть использовано, например, в авиационной промышленности при изготовлении деталей из титановых сплавов, преимущественно лопаток.

Изобретение относится к способам получения на контактных поверхностях композиционных молибден-медных покрытий и может быть использовано в электротехнике. .

Изобретение относится к способу получения композиционных вольфрам-медных покрытий на контактных поверхностях. .

Изобретение относится к способам получения композиционных молибден-медных покрытий на контактных поверхностях. .

Изобретение относится к оборудованию в области нанотехнологий для создания мелкодисперсных и наномасштабных металлических порошков, а также к нанесению металлических покрытий и может найти применение в машиностроительной, приборостроительной, радио- и электронной промышленности.

Изобретение относится к оборудованию в области нанотехнологий для создания мелкодисперсных и наномасштабных металлических порошков, а также к нанесению металлических покрытий и может найти применение в машиностроительной, приборостроительной, радио- и электронной промышленности.

Изобретение относится к вакуумной установке нанесения покрытий согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности, в частности, к технологии импульсного электровзрывного нанесения беспористых композитных покрытий системы TiB2-Cu с применением в качестве взрываемого проводника композиционного электрически взрываемого материала, представляющего собой двухслойную медную фольгу с заключенной в ней порошковой навеской диборида титана, и может быть использовано в электротехнике для формирования контактных поверхностей с высокой электроэрозионной стойкостью

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к обработке металлов резанием, и может быть использовано при изготовлении износостойкого режущего инструмента из керамики

Изобретение относится к нанесению покрытий искровым напылением. Мишень для нанесения металлооксидного и/или металлонитридного покрытия включает металлическую матрицу с размещенным в ней неэлектропроводящим оксидом и/или нитридом металла. Металлическая матрица выполнена из того же металла, что и металл в оксиде и/или нитриде металла, и структурирована в виде связной сетки заполненных этим металлом канавок. Промежутки сетки заполнены оксидом и/или нитридом металла. Способ получения мишени включает голографическое структурирование металлической матрицы из алюминия и оксида алюминия с получением металлической матрицы в виде связной сетки заполненных алюминием канавок, промежутки которой заполнены оксидом алюминия. Изобретение обеспечивает нанесение непроводящего слоя с металлическими компонентами на подложку путем искрового напыления. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к электродуговому испарителю металлов и сплавов, и может найти применение при нанесении защитных и упрочняющих покрытий на изделия. Электродуговой испаритель содержит протяженный цилиндрический охлаждаемый катод, анод, поджигающий и дугогасящий электроды и источник электропитания. Анод выполнен охлаждаемым в форме цилиндра. Анод и катод установлены на общем фланце соосно друг другу. Катод размещен в полости анода, а зазор между катодом и анодом выбран из соотношения: Da/Dк=3-7, где Da и Dк - диаметры анода и катода соответственно. Вдоль образующей боковой поверхности анода выполнена щель шириной не более 1/4 длины окружности анода. Для осуществления испарения материала в заданном направлении анод снабжен электромагнитом, размещенным диаметрально противоположно щели. Технический результат заключается в повышении надежности испарителя, в увеличении скорости роста покрытия и соответственно в увеличении коэффициента использования материала катода за счет концентрации потока испаряемого материала в направлении поверхности. 2 ил.

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности трения. Способ включает размещение порошковой навески из карбида титана между двумя слоями молибденовой фольги, электрический взрыв фольги с формированием импульсной многофазной плазменной струи, оплавление плазменной струей поверхности трения при значении удельного потока энергии 3,5…4,5 ГВт/м2 и напыление на оплавленный слой компонентов плазменной струи с последующей самозакалкой и получением композиционного покрытия, содержащего карбид титана и молибден. Обеспечивается повышение износостойкости и микротвердости покрытия, а также повышение адгезии покрытия к основе. 5 ил., 3 пр.

Изобретение относится к обработке поверхностей заготовок в установке вакуумирования с выполненным в виде мишени первым электродом, являющимся частью источника испарения электрической дугой, и с выполненным в виде держателя заготовок вторым электродом. Через первый электрод подают дуговой разряд с импульсным током дугового разряда, посредством которого с мишени испаряется материал, который, по меньшей мере, частично и периодически осаждается на заготовках. Второй электрод вместе с заготовками образует электрод смещения. На электрод смещения посредством электропитания подают напряжение смещения, при этом напряжение смещения подают в согласовании с током дугового разряда с обеспечением ионной бомбардировки поверхности подложки при достижении равновесного состояния между образованием на поверхности слоя и его удалением. Способ позволяет осуществлять различные виды обработки поверхностей заготовок при обеспечении нулевого прироста слоя на поверхности от испаряющейся мишени. 14 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к способу изготовления оксидных слоев посредством напыления конденсацией из паровой фазы (PVD), прежде всего посредством катодного испарения электрической дугой, и может быть использовано для защиты деталей от износа, при изготовлении запирающих слоев, сегнетоэлектриков, сверхпроводников или топливных элементов. Осуществляют испарение порошково-металлургической мишени, состоящей по меньшей мере из двух металлических и/или полуметаллических элементов. Состав металлических и/или полуметаллических элементов, или мишени выбирают таким образом, что во время нагрева при переходе от комнатной температуры в жидкую фазу не пересекается граница раздела чисто твердых фаз соответствующей фазовой диаграммы расплавленной смеси упомянутых элементов. Осаждаются слои заданной кристаллической структуры, при этом исключается образование оксидных островков и уменьшается интеграция металлических брызг в слой. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 14 ил.

Группа изобретений относится к нанесению покрытий. Устройство по варианту 1 содержит два коаксиально размещенных электрода и цилиндрический межэлектродный изолятор. Торец центрального электрода заглублен относительно торца внешнего электрода с образованием канала для плазменного потока, на выходе из которого установлена подложка. Торец межэлектродного изолятора выполнен с возможностью размещения на нем взрываемой фольги и заглублен относительно торца центрального электрода с образованием коаксиального ускорительного канала для плазменного разряда в продуктах взрыва фольги. Устройство по варианту 2 содержит два электрода с изолятором между ними. Электроды выполнены с линейной геометрией, размещены на расстоянии друг от друга и разделены плоским изолятором, выполненным с возможностью размещения на его поверхности основной взрываемой фольги в форме прямоугольника или квадрата. Вдоль боковых сторон основной взрываемой фольги размещены дополнительно две полоски фольги, а над взрываемой фольгой расположена подложка. Электроды соединены с плоскими токопроводами. Обеспечивается повышение качества покрытия за счет квазиоднородного электрического взрыва фольги, а также снижается эрозия электродов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх