Способ электровзрывного напыления композиционных износостойких покрытий системы tic-mo на поверхности трения

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 технологии нанесения покрытий на металлические поверхности, в частности к технологии электровзрывного напыления композиционных покрытий системы TiC-Mo с применением в качестве взрываемого материала молибденовой фольги совместно с навеской порошка карбида титана, и может быть использовано в машиностроении для формирования поверхностей с высокой износостойкостью и микротвердостью.

Известен способ [1] вакуумного плазменного напыления композиционных покрытий системы TiC-Mo, включающий приготовление смеси порошков молибдена и карбида титана в шаровой мельнице в течение 8 часов и вакуумное плазменное напыление полученной смеси при давлении в камере 100…300 Мбар, расстоянии напыления 260…320 мм, однократной дозой порошка 33…41 кВт, первичном газе аргоне в количестве 35…50 л/мин, вторичном газе водороде в количестве 8…10 л/мин, скорость подачи порошка 22…30 г/мин, скорость движения пистолета 400 м/с.

Недостатком способа является низкая адгезия покрытия с основой, а также его многостадийный характер, что ограничивает его производительность. В композиционном покрытии, полученном этим способом, присутствует пористость. Наличие пористости в готовом композиционном покрытии в ряде случаев снижает его износостойкость.

Наиболее близким к заявляемому является способ [2] электровзрывного нанесения металлических покрытий на алюминиевые контактные поверхности, включающий формирование импульсной многофазной плазменной струи продуктов электрического взрыва проводников и воздействие ею на контактную поверхность, воздействие на контактную поверхность осуществляют в вакууме при нагреве поверхности до температуры плавления материала с формированием на ней рельефа покрытия и при пороговом значении удельного потока энергии плазменной струи q, определяемом по соотношению:

q = T λ π 4 χ τ ,

где T - температура плавления металла; % и χ - средние значения температуро- и теплопроводности металла в интервале температур от комнатной до температуры плавления; τ - время импульса.

Недостатком прототипа является формирование покрытий при пороговом значении удельного потока энергии, когда напыляемая поверхность нагревается до температуры плавления. В этом случае покрытие имеет адгезионную связь с основой. При напылении покрытий с оплавлением поверхности образуется промежуточный слой взаимного смешивания материалов покрытия и основы, в результате чего покрытие имеет более прочную адгезионно-когезионную связь с основой. Кроме того, прототип предполагает нанесение покрытий с высокой электропроводностью, например медных покрытий на алюминиевые контактные поверхности. Однако в ряде случаев необходимо формирование покрытий, обладающих другими высокими функциональными свойствами, например износостойкостью. Электровзрывное напыление износостойких покрытий возможно при внесении в плазменную струю порошковых частиц высокотвердых износостойких материалов и переносе их на облучаемую поверхность.

Задачей заявляемого изобретения является получение на поверхностях трения композиционных покрытий системы TiC-Mo, обладающих высокими значениями износостойкости, микротвердости и адгезионно-когезионную связью с основой.

Поставленная задача реализуется способом электровзрывного напыления композиционных износостойких покрытий системы TiC-Mo 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 ею поверхности трения при значении удельного потока энергии 3,5...4,5 ГВт/м и напыление на оплавленный слой компонентов плазменной струи с последующей самозакалкой и формированием композиционного покрытия, содержащего карбид титана и молибден.

Согласно работе [1] покрытия системы TiC-Mo обладают высокой износостойкостью и микротвердостью.

Структура покрытия, получаемого заявляемым способом, наиболее близка к структуре, получаемой в прототипе. Преимущество заявляемого способа по сравнению с прототипом заключается в формировании композиционного покрытия TiC-Mo, характеризующегося высокой адгезией с основой на уровне когезии и отсутствием пористости, что делает возможным осуществление локального повышения износостойкости поверхности деталей трения в местах их наибольшего разрушения в условиях эксплуатации.

Способ поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена схема импульсного плазменного ускорителя для нанесения покрытия системы TiC-Mo на поверхности трения, на фиг.2 - микрофотография поперечного шлифа покрытия, на фиг.3 - композиционная наполненная структура покрытия с соотношением молибденовой матрицы и упрочняющих включений карбида титана 2:1, на фиг.4 - композиционная наполненная структура покрытия с соотношением молибденовой матрицы и упрочняющих включений карбида титана 1,5:1, на фиг.4 - композиционная наполненная структура покрытия с соотношением молибденовой матрицы и упрочняющих включений карбида титана 1:1.

Плазменный ускоритель состоит из коаксиально-торцевой системы токоподводящих электродов - внутреннего электрода 1, внешнего электрода 2, разделенных изолятором 3, и разрядной камеры 4, локализующей продукты взрыва и переходящей в сопло, по которому они истекают в вакуумную технологическую камеру. Электровзрыв происходит в результате пропускания через проводник 5 тока большой плотности при разряде конденсаторной батареи.

Из продуктов взрыва и порошковой навески с помощью плазменного ускорителя формируется импульсная многофазная плазменная струя, которая направляется на поверхность трения под прямым углом.

Исследования методом сканирующей электронной микроскопии показали, что после обработки поверхности трения плазменной струей, сформированной из продуктов электрического взрыва двухслойной молибденовой фольги с размещенной в ней порошковой навеской карбида титана в режимах, при которых удельный поток энергии составляет 3,5…4,5 ГВт/м2, происходит формирование однородного по объему композиционного покрытия системы TiC-Mo, максимальная толщина которого за один импульс обработки достигает 400…410 мкм. Использование двухслойной фольги позволяет увеличить коэффициент использования материала порошковой навески при напылении покрытий. Покрытие имеет когезионно-адгезионную связь с материалом контактной поверхности. Несмотря на то, что при напылении поверхность основы оплавляется, вследствие использования в качестве взрываемого проводника молибденовой фольги на границе покрытия с основой, например сталью 45, хрупкие интерметаллидные фазы не образуются. При этом как видно из фиг.2 видимая резкая граница между покрытием и основой отсутствует.

Указанные режимы являются оптимальными, поскольку при электровзрывном напылении поверхностей трения в режиме, когда удельный поток энергии ниже 3,5 ГВт/м2, тогда не происходит равномерного перемешивания карбида титана и молибдена в формируемом покрытии, а когда выше 4,5 ГВт/м2, тогда происходит формирование развитого рельефа поверхности вследствие течения расплава под действием неоднородного давления струи продуктов взрыва, что ухудшает качество поверхности формируемого покрытия.

Рентгеноструктурные исследования показали, что во всех режимах обработки формируются композиционные покрытия, содержащие TiC и Мо. Содержание молибдена в покрытии при использованных режимах обработки изменяется пропорционально соотношению масс молибденовой фольги и порошка карбида титана.

Примеры конкретного осуществления способа

Пример 1

Размещали внутри двухслойной фольги из молибдена массой 100 мг порошковую навеску из карбида титана массой 50 мг. Проводили электрический взрыв фольги с формированием импульсной многофазной плазменной струи, оплавляли ею поверхность стали 45 при значении удельного потока энергии 3,5 ГВт/м2 и напыляли на оплавленный слой компоненты плазменной струи с последующей самозакалкой и формированием композиционного покрытия, содержащего карбид титана и молибден.

На поверхности трения получили покрытие системы TiC-Mo толщиной 60 мкм с равномерно распределенными по объему частицами карбида титана в молибденовой матрице, содержащее 75 об.% Мо и 25 об.% TiC, обладающее высокой износостойкостью и когезионно-адгезионной связью с основой.

Пример 2

Размещали внутри двухслойной фольги из молибдена массой 100 мг порошковую навеску из карбида титана массой 150 мг. Проводили электрический взрыв фольги с формированием импульсной многофазной плазменной струи, оплавляли ею поверхность стали 45 при значении удельного потока энергии 4,0 ГВт/м и напыляли на оплавленный слой компоненты плазменной струи с последующей самозакалкой и формированием композиционного покрытия, содержащего карбид титана и молибден.

На поверхности трения получили покрытие системы TiC-Mo толщиной 150 мкм с равномерно распределенными по объему частицами карбида титана в молибденовой матрице, содержащее 25 об.% Мо и 75 об.% TiC, обладающее высокой износостойкостью и когезионно-адгезионной связью с основой.

Пример 3

Размещали внутри двухслойной фольги из молибдена массой 100 мг порошковую навеску из карбида титана массой 100 мг. Проводили электрический взрыв фольги с формированием импульсной многофазной плазменной струи, оплавляли ею поверхность стали 45 при значении удельного потока энергии 4,5 ГВт/м2 и напыляли на оплавленный слой компоненты плазменной струи с последующей самозакалкой и формированием композиционного покрытия, содержащего карбид титана и молибден.

На поверхности трения получили покрытие системы TiC-Mo толщиной 250 мкм с равномерно распределенными по объему частицами карбида титана в молибденовой матрице, содержащее 50 об.% Мо и 50 об.% TiC, обладающее высокой износостойкостью и когезионно-адгезионной связью с основой.

Источники информации

1. Fukushima Т. High temperature properties of TiC/Mo coatings by thermal spraying. Journal of High Temperature Society. - 2002. - Vol.28. - No. 4. - p.171-175.

2. Патент РФ №2422555 на изобретение «Способ электровзрывного нанесения металлических покрытий на контактные поверхности» / Будовских Е.А., Романов Д.А., заявл. 14.12.2009, опубл. 27.06.2011, Бюл. №18. 7 с.

Способ электровзрывного напыления композиционного износостойкого покрытия системы TiC-Mo на поверхность трения, характеризующийся тем, что размещают порошковую навеску из карбида титана между двумя слоями молибденовой фольги, осуществляют электрический взрыв фольги с формированием импульсной многофазной плазменной струи, проводят оплавление ею 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 формированием композиционного покрытия, содержащего карбид титана и молибден.



 

Похожие патенты:
Изобретение может быть использовано при получении высокопрочных материалов. Для получения корундовой микропленки осаждают слой корунда на пленочную основу или барабан из материала с пониженной адгезией, в качестве которого используют фторопласт, а затем снимают корундовую пленку с пленочной основы или барабана.

Изобретение относится к теплозащитным электропроводящим покрытиям. Способ нанесения теплозащитного электропроводящего покрытия на углеродные волокна и ткани включает плазменное напыление керметной композиции в виде механической порошковой смеси, содержащей 5-15 вес.% нихрома, 15-5 вес.% диоксида циркония, 70 вес.% алюминия, 10 вес.% никельалюминия и 4-7 вес.% оксида иттрия в качестве стабилизирующей добавки для диоксида циркония.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу диспергирования наноразмерного порошка диоксида кремния в жидкой среде. Может использоваться в качестве модифицирующей добавки в лакокрасочные материалы, бетоны, клеи для укладки плитки.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий, а именно покрытий из нитрида титана, и может быть использовано в металлообработке. Способ включает очистку поверхности пескоструйной обработкой и нанесения покрытия детонационным методом.
Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано для защиты теплонагруженных узлов и элементов конструкции двигательных установок от теплового и эрозионного разрушения в струе высокотемпературных продуктов сгорания топлива, содержащих, в частности, конденсированную фазу, путем плазменного напыления эрозионностойких теплозащитных покрытий.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к нанесению покрытий газотермическим напылением, и может быть использовано для защиты деталей от износа, а также при ремонте деталей.

Изобретение относится к композиционным материалам на основе тугоплавких металлов и может быть использовано в электролизерах при получении алюминия. .

Изобретение относится к блоку цилиндров двигателя. .
Изобретение относится к технологии производства поверхностного покрытия для тиглей, предназначенных для приведения в контакт с жидкими материалами при высокой температуре, такими как жидкий кремний, с целью их затвердевания, например, в форме цилиндров.

Изобретение относится к плазменной технологии, а именно к способу плазменной обработки дисперсного материала. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к электродуговому испарителю металлов и сплавов, и может найти применение при нанесении защитных и упрочняющих покрытий на изделия.

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.

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 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 вакуумной установке нанесения покрытий согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. .

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.

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 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 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 ГВтм2 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.

Наверх