Способ микродугового оксидирования присадочных прутков из титанового сплава для антифрикционной наплавки


 


Владельцы патента RU 2483146:

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ, от имени которой выступает МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТОРГОВЛИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (МИНПРОМТОРГ РФ) (RU)

Изобретение относится к сварочным материалам для антифрикционных наплавок при изготовлении изделий из титановых сплавов. Способ включает использование присадочных прутков из сварочной титановой проволоки марки ВТ6св, микродуговое оксидирование прутков в водном электролите вначале с раствором NaAlO2 с концентрацией 14÷16 г/л, рН 11,5÷12 при напряжении 280÷300 В и температуре 20÷24°С в течение (15±1) минут, а затем - в водном электролите с раствором Na3PO4 с концентрацией 13÷15 г/л, рН 10,5÷11 при напряжении 290÷310 В и температуре 16÷20°С в течение (18±1) минут. Техническим результатом изобретения является повышение твердости наплавленного металла до 450÷480 кгс/мм2. 1 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к оксидированию материалов методом электрохимической обработки и может быть применено для оксидирования сварочной проволоки из титановых сплавов, применяемой при изготовлении изделий судовой арматуры и механизмов, изделий химического машиностроения и др.

Известна сварочная проволока из титанового сплава марки ПТ-7М по ГОСТ27265-87, которая применяется как наплавочный материал для упрочнения трущихся поверхностей после предварительного термического оксидирования в открытой воздушной среде при температуре 750-800°С. Такая обработка приводит к образованию на поверхности проволоки окисной пленки, кислород которой является легирующим элементом при наплавке, повышая тем самым сопротивление износу поверхности изделия.

Однако операция оксидирования в воздушной среде приводит одновременно к совершенно нежелательному наводороживанию сварочной проволоки.

Содержание водорода в проволоке возрастает с 0,002% до 0,015-0,020%, что совершенно недопустимо при наплавочных работах на поверхности титановых сплавов.

В связи с этим после оксидирования проволока подвергается дегазации для удаления водорода в вакуумных печах при температуре 750-900°С в течение 5-10 час. Необходимо отметить, что по этой технологии в настоящее время приготавливается практически весь наплавочный материал.

Недостатки указанного метода приготовления сварочной проволоки для наплавки не ограничены только отмеченными технологическими особенностями, приводящими к большой трудоемкости подготовки проволоки. Большим недостатком наплавок, выполненных термически оксидированной сварочной проволокой, является разброс по твердости наплавленного слоя, что связано с неравномерным распределением кислорода. Значения твердости по объему наплавленного слоя колеблются в пределах 350-430 кгс/мм2. Такие колебания твердости, а следовательно, нестабильность показателей антифрикционных свойств наплавленного слоя приводят к вынужденному ограничению ресурсных характеристик изделий, работающих в условиях циклических нагрузок (арматура, судовые механизмы).

В связи с отмеченным в настоящем изобретении предлагается заменить термическое оксидирование сварочной проволоки для наплавки на метод микродугового оксидирования, который в большой степени свободен от указанных выше недостатков термического оксидирования.

Кроме того, для титановой арматуры, работающей длительное время при жестких режимах циклического нагружения с высокими удельными давлениями, твердости 350-430 кгс/мм2 уже недостаточно для обеспечения заданного ресурса работы и необходимо создание новых наплавочных материалов, позволяющих увеличить твердость наплавленного металла до 450-480 кгс/мм2. Этого можно достичь применением титановой проволоки марки ВТ6св по ГОСТ27265-87. Эта проволока имеет более высокую твердость, пластичность и отсутствие закатов, препятствующих качеству МДО, по сравнению с проволоками марок ПТ-7М и 2В. Применение в качестве электролита алюмината натрия позволит дополнительно легировать наплавочный материал алюминием, что позволит дополнительно повысить твердость наплавленного металла.

Наиболее близким техническим решением и принятым за прототип является «Способ микродугового оксидирования титановой проволоки для антифрикционной наплавки», включающий электролитический процесс, протекающий в водном растворе жидкого стекла Na2SiO3 с концентрацией 20,0±2,0 г/л при напряжении 320÷340 В в течение 15±2 мин при температуре 20±1°С, предложенный ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» (патент №2391449 от 10.06.2010 г.).

Недостатком данного метода является то, что при выполнении наплавки твердость наплавленного металла не превышает 400÷430 кгс/мм2.

Техническим результатом изобретения является разработка способа микродугового оксидирования титанового сплава для антифрикционных наплавок, позволяющего обеспечить повышение твердости наплавленного металла до 450÷480 кгс/мм2.

Технический результат достигается за счет того, что присадочные прутки изготавливают из сварочной титановой проволоки марки ВТ6св, а микродуговое оксидирование выполняют в водном электролите вначале с раствором NaAlO2 с концентрацией (15±1) г/л, рН 11,5÷12 при напряжении 280÷300 В, при температуре 20÷24°С в течение (15±1) минут; затем в водном электролите с раствором Na3PO4 с концентрацией (14±1) г/л, рН 10,5÷11,0 при напряжении 290÷310 В, при температуре 16÷20°С в течение (18±1) минут.

Применение в качестве электролита раствора NaAlO2 с концентрацией (15±1) г/л позволяет дополнительно легировать наплавочный материал алюминием, а применение раствора Na3PO4 с концентрацией (14±1) г/л позволит получить окисную пленку необходимой толщины и насытить поверхность наплавочного металла кислородом. Выполнение микродугового оксидирования проволоки марки ВТ6св в два этапа позволит получить твердость металла, наплавленного с применением этого наплавочного материала на уровне 450÷480 кгс/мм2.

Пример конкретного выполнения.

В лабораторных условиях была взята сварочная проволока из титанового сплава марки ВТ6св по ГОСТ 27265-87 (Ti-основа, Al-4%, V-3%) и приготовлены электролиты: раствор алюмината натрия NaAlO2 с концентрацией 14,0 г/л, 15,0 г/л и 16,0 г/л и раствор фосфата натрия Na3PO4 с концентрацией 14,0 г/л, 15,0 г/л и 16,0 г/л. После чего было проведено нанесение покрытий сначала в растворе NaAlO2 при напряжении 280В, 290В и 300В в течение 14 мин, 15 мин и 16 мин при температуре 20°С, 22°С и 24°С, а затем в растворе Na3PO4 при напряжении 290В, 300В и 310В в течение 17 мин, 18 мин и 19 мин при температуре 16°С, 18°С и 20°С.

В таблице 1 приведены параметры предлагаемого и известного способов.

Режимы МДО оценивались замерами твердости наплавленного металла. Приведенный режим обеспечивает стабильный диапазон распределения твердости в наплавке в пределах 450÷480 кгс/мм2.

Важным фактором, что было отмечено при исследовании наплавки, выполненной проволокой с МДО, явилось полное отсутствие пор и трещин в наплавке, даже без термообработки наплавленных деталей. Это очень важно, так как поры и трещины в наплавке крайне отрицательно влияют на работоспособность наплавки и ее устранение требует очень трудоемких ремонтных работ.

Технико-экономические преимущества от применения указанного способа по сравнению с прототипом выразятся в увеличении срока службы и надежности изделий судовой арматуры и механизмов из титановых сплавов за счет увеличения твердости.

Способ микродугового оксидирования присадочных прутков для антифрикционной наплавки, отличающийся тем, что используют присадочные прутки из сварочной титановой проволоки марки ВТ6св, а микродуговое оксидирование выполняют в водном электролите вначале с раствором NaAlO2 с концентрацией 14÷16 г/л, рН 11,5÷12 при напряжении 280÷300 В и температуре 20÷24°С в течение 15±1 мин, а затем - в водном электролите с раствором Na3PO4 с концентрацией 13÷15 г/л, рН 10,5÷11 при напряжении 290÷310 В и температуре 16÷20°С в течение 18±1 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области получения тонких пленок магнитных материалов, в частности магнитоактивных оксидных покрытий на титане и его сплавах, и может найти применение при изготовлении электромагнитных экранов и поглотителей электромагнитного и высокочастотного излучения для различной аппаратуры, экранированных помещений, защищенных от утечки информации, а также для космической и авиационной техники.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в авиационной, судостроительной, нефте- и газодобывающей, перерабатывающей промышленности, приборостроении и медицинской технике.
Изобретение относится к области электрохимической обработки вентильных металлов и может быть использовано в атомной энергетике для защиты от воздействия агрессивных сред и изоляции оболочек тепловыделяющих элементов из циркония.

Изобретение относится к получению покрытий из диборида титана путем высокотемпературного электрохимического синтеза. .

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для защиты от гальванокоррозии металлоконструкций из разнородных металлов и сплавов, работающих в водных коррозионно-активных средах.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в двигателестроении. .

Изобретение относится к способам получения магнитных материалов, в частности магнитоактивных оксидных покрытий на вентильных металлах, преимущественно алюминии и его сплавах и титане и его сплавах, и может найти применение в конструкциях электромагнитных экранов и поглотителей электромагнитного излучения.
Изобретение относится к сварочным материалам для специальных наплавок при изготовлении изделий из титановых сплавов. .

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности титановых сплавов, а именно к способам получения защитного покрытия на титановых сплавах методом анодного оксидирования.
Изобретение относится к области получения декоративных покрытий на изделиях из стекла, керамики и других материалов с оптически гладкой поверхностью и может быть использовано при нанесении декоративных покрытий на товары народного потребления, отделочно-декоративные и художественные изделия в различных областях народного хозяйства

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в области наноэлектроники. Способ включает формирование слоя пористого анодного оксида анодным окислением титанового образца в потенциостатическом режиме в электролите на неводной основе, при этом после формирования слоя пористого анодного оксида проводят электрохимический процесс его отделения в слабом водном растворе неорганической кислоты катодной поляризацией титанового образца в потенциостатическом режиме, затем анодным окислением титанового образца в потенциостатическом режиме в электролите на неводной основе формируют вторичный слой пористого анодного оксида титана, при этом анодное окисление титанового образца для формирования слоя и вторичного слоя пористого анодного оксида проводят при термостабилизации зоны протекания электрохимической реакции. Технический результат: повышение воспроизводимости формирования пористого оксида титана с высокой степенью упорядоченности наноструктуры. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для получения защитно-декоративных покрытий в промышленности, в частности для формирования тонких пленок нитрида титана на поверхностях из титана и его сплавов. Способ включает электролитическое получение тонкого слоя нитрида титана на поверхности титана, при этом формирование покрытия осуществляют методом анодной поляризации при постоянном токе в электролитах на основе полярных органических растворителей с добавлением воды в присутствии 0,1-0,5 мас.% электропроводящих добавок с барботированием азотсодержащим газом, при этом электролиз проводят при комнатной температуре электролита. Технический результат: получение тонких, плотных, равномерных слоев нитрида титана различной толщины, в том числе на деталях различной конфигурации. 8 пр.

Изобретение относится к электролитическим методам обработки поверхности металлических материалов и может быть использован в стоматологическом протезировании. Способ заключается в получении биосовместимого покрытия на стоматологических имплантатах, выполненных из титана и его сплавов, включающий помещение изделий в водный раствор электролита, содержащий гидроксид калия и наноструктурный гидроксиаиатит в виде водного коллоидного раствора, возбуждение на поверхности изделий микродуговых разрядов, при этом оксидирование обрабатываемых изделий осуществляют в химически стойкой непроводящей ванне; в раствор электролита помещают одновременно две партии обрабатываемых изделий, предварительно закрепив изделия одной партии к клеммам для обрабатываемых деталей, изделия другой партии - к клеммам вспомогательного электрода; а электролит дополнительно содержит гидроксид натрия, гидрофосфат натрия, натриевое жидкое стекло, метасиликат натрия, в следующих соотношениях, из расчета массы сухого вещества в граммах на литр состава: гидроксид калия КОН - 2, гидроксида натрия NaOH - 1, гидрофосфата натрия Na2HРО4×12H2О - 5, жидкое стекло nNa2O·mSiO2 (М=3,2) - 5, метасиликат натрия Na2SiO3×9H2O - 8, нанодисперсный гидроксиапатит - 0,5÷5, причем отклонения от указанных концентраций компонентов электролита не превышают ±10%. 1 табл., 4 ил., 1 пр.
Изобретение относится к области медицинской техники, в частности к биологически совместимым покрытиям на имплантате, обладающим свойствами остеоинтеграции, и может быть использовано в стоматологии, травматологии и ортопедии при изготовлении высоконагруженных костных имплантатов из конструкционных материалов. Покрытие на имплантате из корундовой или циркониевой керамики содержит промежуточный слой титана толщиной 5-50 мкм на имплантате, нанесенный в плазме непрерывного вакуумного дугового разряда, и слой кальций-фосфатного соединения, нанесенный электрохимическим методом анодирования титана в режиме искрового или дугового разрядов. Технический результат - расширение номенклатуры материалов для основы имплантатов, на которые можно наносить кальций-фосфатные биоактивные покрытия электрохимическим методом в условиях искрового или дугового разрядов. 3 пр.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для увеличения удельной поверхности деталей из сплавов устройств различной функциональности, в частности, при создании каталитически активных устройств. Способ изготовления детали из сплава титан-алюминий с нанопористой поверхностью включает изготовление детали с пористой поверхностью из спеченного порошка сплава титан-алюминий с размерами гранул 1-10 мкм, промывку детали в этаноле, сушку, промывку в дистиллированной воде, сушку при температуре 80-90°С и формирование нанопористого оксида на поверхности детали анодированием в 10,0% растворе серной кислоты с добавкой 0,15% фтористоводородной кислоты при постоянной плотности тока. Технический результат: увеличение удельной поверхности деталей. 1 пр., 1 ил.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в промышленности для формирования тонких слоев защитно-декоративных покрытий нитрида титана на поверхностях из титана и его сплавов. Способ электролитического формирования слоя нитрида титана на поверхности титана и его сплава включает анодную поляризацию изделия при постоянном токе в электролите на основе полярных органических растворителей в присутствии воды и 0,1-0,3 мас.% соли аммония в качестве электролитической добавки, при этом электролиз проводят при комнатной температуре электролита. Технический результат: получение тонких, плотных и равномерных слоев нитрида титана различной толщины на деталях различной конфигурации. 8 пр.
Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для изготовления материалов, содержащих пленочные структуры с новыми электрическими, магнитными и оптическими характеристиками, в частности, для получения имплантатов, обладающих электретными свойствами. Способ формирования покрытия пентаоксида тантала на подложке включает формирование покрытия из прекурсора - фторидного соединения тантала, при этом покрытие формируют методом плазменно-электролитической обработки подложки импульсным током во фтортанталатном электролите на проводящей металлической подложке из титана или его сплава в диапазоне напряжений от 50 до 300 В в потенциостатическом режиме. Технический результат: упрощение способа нанесения покрытия пентаоксида тантала, при этом осуществление процесса не требует сложного специального оборудования и дорогостоящих реагентов. 1 з.п. ф-лы, 7 пр.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в приборостроении и медицине. Способ упрочнения изделий из титана и его сплавов с максимальным линейным размером от 0,8 до 1,4 мм включает упрочнение изделий в процессе формирования оксидного покрытия методом микродугового оксидирования продолжительностью от 20 до 30 минут в анодном режиме при постоянной плотности тока (1-2)×103 А/м2 в щелочном электролите на основе гидроксида натрия или алюмината натрия. Технический результат: повышение микротвердости и прочности изделий малого размера из титана и его сплавов к изгибным и тангенциальным нагрузкам. 2 табл., 3 пр.
Наверх