Способ получения покрытия


 


Владельцы патента RU 2532781:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) (RU)

Изобретение относится к получению покрытий. Может использоваться в различных отраслях машиностроения при изготовлении или восстановлении деталей. Сжатый воздух предварительно нагревают до температуры 300-500°C, подают его в сверхзвуковое сопло и формируют в нем высокоскоростной воздушный поток. В поток вводят порошки оксида алюминия и меди с размером частиц не более 50 и 20 мкм соответственно, которые берут в равных долях и наносят покрытие толщиной слоя не более 2 мм на стальную основу. Затем проводят механическую обработку покрытия с устранением 40-50% толщины нанесенного слоя. Обеспечивается увеличение адгезии покрытия к подложке, улучшение качества покрытий и повышение надежности изделий. 2 табл., 5 пр.

 

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности изделий, а именно к способам получения покрытий с использованием неорганического порошка, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.

Известен способ получения покрытия путем нанесения порошковых металлов, ускоренных подогреваемым газовым потоком в сверхзвуковом сопле. (См. авт.свид. СССР 1618778, кл. C23C 4/00, 1986 г.).

В этом способе обеспечивается ускорение частиц порошка до высоких скоростей (650-1200 м/сек), что позволяет получать покрытия с повышенной прочностью сцепления и невысокой пористостью.

Однако этот способ сравнительно дорог и технически сложен, так как для его реализации необходимо использовать дорогостоящие газы (например, гелий) и высокое давление рабочего газа (15-20 атм).

Наиболее близким к заявляемому решению является способ получения покрытия, включающий предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 300-500°C, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошкового материала и нанесение порошкового покрытия на металлическую основу. (См. Патент РФ 2038411, C23C 4/00, 1993 г.).

Этот способ не трудоемок и не требует больших материальных затрат.

К основному недостатку известного способа можно отнести недостаточный уровень адгезии покрытия к основе.

Задачей заявляемого решения является улучшение качества покрытия, а именно повышение адгезии покрытия с основой.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения покрытия, включающем предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 300-500°C, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошкового материала и нанесение порошкового покрытия на металлическую основу, в качестве металлической основы используют поверхности деталей из стали, а в качестве материала покрытия - порошки оксида алюминия и меди с размером частиц не более 50 и 20 мкм соответственно, которые берут в равных долях, наносят покрытие толщиной слоя не более 2 мм, а затем проводят последующую механическую обработку покрытия с устранением 40-50% толщины нанесенного слоя.

Процесс нанесения покрытий газодинамическим напылением связан с нагревом наносимого покрытия и подложки из металлов и сплавов. Причем температура подложки не превышает 80-120°C в зависимости от температуры процесса (300°C-500°C), а температура покрытия приближается к температуре нагретого потока воздуха. После завершения процесса нанесения покрытия за счет наличия значительного градиента температуры происходит резкий отвод тепла из нанесенного слоя меди (алюминия, никеля, и т.д.) в подложку и окружающую атмосферу, что приводит к формированию в нанесенном слое металла сложного напряженного состояния. Характер остаточных напряжений (растяжения, сжатия) и их распределение может оказывать значительное влияние на прочность сцепления нанесенного слоя с подложкой.

Пример 1.

Основу из стали 20 обрабатывают до шероховатости поверхности Ra - 4,2 мкм. Готовят механическую смесь в пропорции 1:1 порошков оксида алюминия и меди с размером частиц не более 50 и 20 мкм, соответственно. В сверхзвуковое сопло вводят воздух, нагретый до температуры 350°C. Наносят на основу покрытие толщиной 2 мм путем подачи смеси порошков в разогнанную струю воздуха, истекающую из сопла. После остывания проводят последующую механическую обработку покрытия с устранением 40% толщины нанесенного слоя.

Примеры 2-5. Ведут процесс по технологии, описанной в примере 1. Показатели процесса представлены в таблице 1.

Таблица 1
Параметры процесса Образцы по примерам
1 2 3 4
Материал основы Сталь 20 ШХ15 Сталь 20 ШХ15
Толщина покрытия, мм 2,0 1,8 2,0 2,2
Температура воздуха, °С 350 500 300 550
Толщина устраняемого слоя покрытия, % 40 50 35 55

Согласно изобретению адгезионную прочность покрытия с основой измеряли в соответствии с ГОСТ 9.304-87. «Покрытия газотермические. Общие требования и методы контроля». Одновременно с образцами с покрытиями по примерам 1-4 испытывали образцы с покрытием, нанесенным по способу-прототипу. Результаты измерений адгезионной прочности покрытий на этих образцах представлены в таблице 2 в дробном выражении в виде числителя и знаменателя, соответственно.

Таблица 2
Номер образца 1 2 3 4
Адгезионная прочность покрытия с основой, МПа 39,8/28,5 58,9/39,3 31,5/29,5 42,2/40,5

Как показано в таблице 2, после нанесения покрытия по оптимизированной технологии согласно изобретению (примеры 1 и 2), прочность сцепления покрытия с основой повышается на 40-50%, а при отклонении от оптимальных параметров процесса (примеры 3 и 4) практически не отличается от адгезионной прочности покрытия наносимого известным способом.

Использование изобретения позволяет повысить качество и надежность в эксплуатации стальных деталей с металлокерамическим покрытием.

Способ получения покрытия, включающий предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 300-500°C, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в поток порошкового материала и нанесение порошкового покрытия на металлическую основу, отличающийся тем, что в качестве металлической основы используют поверхность детали из стали, а в качестве материала покрытия - порошки оксида алюминия и меди с размером частиц не более 50 и 20 мкм соответственно, которые берут в равных долях, при этом наносят покрытие толщиной слоя не более 2 мм, а затем проводят последующую механическую обработку покрытия с удалением 40-50% толщины нанесенного слоя.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности для получения уплотнительного покрытия методом газотермического напыления. Может использоваться при производстве паровых или газовых турбин для обеспечения стабильности зазоров в сопряженных элементах проточной части турбины.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным прецизионным сплавам на основе никеля для получения покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к высокопрочным сплавам на основе никеля для получения износостойких покрытий на металлические конструктивные элементы.

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.
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 области получения покрытий на полюсные наконечники (ПН) (анод и катод) эндокардиального электрода (ЭКЭ) электрокардиостимулятора. Тонкопленочное покрытие состоит из пористого слоя биосовместимого металла толщиной L/n1, где n1=1,3÷3, образованного из порошка металлов со средним размером фракций d=L/n1, где L - шероховатость рабочей поверхности ПН ЭКЭ, слоя биосовместимого нитрида металла MeN, полученного PVD методом со столбчатой высокопористой структурой толщиной Λ=d/n2, где n2=1,3÷10, и ионно-модифицированного поверхностного слоя MeN толщиной δ=Λ/n3, где n3=1,3÷100. Поверхность ПН ЭКЭ предварительно обрабатывают пескоструйкой с шероховатостью L=60-100 мкм. Пористый слой биосовместимого металла наносят плазменным газотермическим методом при атмосферном давлении в атмосфере аргона порошка металла с размером частиц d=L/n1. Слой биосовместимого нитрида металла MeN наносят PVD методом в атмосфере азота с давлением ~1·10-3 Торр при температуре 450-500°С. Проводят обработку поверхности пучком ионов биосовместимых металлов Me с энергией 20-100 кэВ и дозой не менее 1017 частиц/кв.см. В результате получают тонкопленочное покрытие, которое является биосовместимым, коррозионностойким в плазме крови, обладает высокой приэлектродной емкостью Гельмгольца, характеризуется высокой адгезией к изделию и механической прочностью. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к формированию покрытий на медных электрических контактах и может быть использовано в электротехнике. Способ включает электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской медной оболочки массой 60-360 мг и сердечника в виде порошка диборида титана массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности медного электрического контакта при поглощаемой плотности мощности 4,5-6,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва, формирование на ней композиционного покрытия системы TiB2-Cu и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30 имп. Изобретение позволяет получить контакты, обладающие высокой электроэрозионной стойкостью. 2 пр., 2 ил.

Группа изобретений относится к технологии детонационного напыления композиционных износостойких покрытий. Засыпают в детонационную установку дозированное количество смеси порошковых материалов для напыления покрытия и напыляют смесь на обрабатываемую поверхность с использованием энергии детонации. В способе по варианту 1 используют смесь порошковых материалов для напыления покрытия, которая содержит до 25% ультрадисперсных алмазов, до 50% оксида алюминия и остальное - порошок на основе карбида вольфрама. В способе по варианту 2 в ствол пушки детонационной установки устанавливают мишень с нанесенным на ее поверхность покрытием из карбида вольфрама, а в качестве смеси порошковых материалов для напыления покрытия используют смесь, содержащую до 25% ультрадисперсных алмазов и остальное - оксид алюминия. Обеспечивается повышение качества наносимого покрытия. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл., 1 пр.
Изобретение относится к композиции, применяемой в технологии лазерной наплавки покрытий на металлическую подложку, и может быть использовано в инструментальном производстве при изготовлении и ремонте деталей технологической оснастки и инструмента. Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является обеспечение равномерного распределения твердых включений по объему покрытия за счет синтеза карбида титана, что в итоге позволяет улучшить качество покрытия, а именно увеличить его твердость и износостойкость. Порошковая композиционная смесь для лазерной наплавки на металлическую подложку включает порошки из титана и карбида кремния с размером частиц 20-100 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: титан - 5-7; карбид кремния - 3-6. Частицы порошка титана могут быть выполнены в виде сфер. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания износостойких покрытий на рабочих поверхностях осевых режущих инструментов за счет увеличения стойкости инструментов и ресурса работы инструментов, который достигается многократностью переточек. Осуществляют наплавку на задние поверхности осевых режущих инструментов слоя твердого сплава методом электроискрового легирования, при котором создают слой из карбида титана или вольфрама, или борида титана или вольфрама с кобальтовой или никелевой связкой толщиной 80-90 мкм. Проводят заточку задних поверхностей инструмента с припуском на обработку 20-30 мкм и шероховатостью Ra 0,8 мкм и дополнительно наносят методом финишного плазменного упрочнения алмазоподобное покрытие на основе оксикарбонитрида кремния толщиной 1,5-2 мкм твердостью 53-54 ГПа. Обеспечивается увеличение стойкости инструмента и ресурса его работы. 1 табл., 12 пр.

Изобретение относится к области формирования функциональных покрытий, в частности оксида алюминия, на поверхности изделий из титана и его сплавов методами плазменного напыления и микродугового оксидирования. Способ включает электроплазменное напыление на поверхность изделия порошка оксида алюминия дисперсностью 50-100 мкм с дистанцией напыления от 100 до 120 мм при токе дуги от 300 до 350 А и микродуговое оксидирование в анодном режиме при плотности тока (1-2)×103 А/м2, продолжительностью от 10 до 30 минут в щелочном электролите на основе гидрооксида натрия 1-3 г/л. Задачей изобретения является повышение механических свойств плазмонапыленных покрытий на титане и его сплавах, в частности микротвердости, при сокращении времени нанесения. 2 ил., 2 табл., 1 пр.

Изобретение относится к способу газоплазменного напыления теплозащитного покрытия на лопатки турбины газотурбинного двигателя. На перовой части лопатки формируют связующий жаростойкий подслой на основе интерметаллидных никель-алюминиевых (β+Y1) фаз и термобарьерный керамический слой на основе диоксида циркония путем воздействия плазменным напылением на воздухе сфокусированной плазменной струей со скоростью напыляемых частиц 2400 м/с и температурой 5000-12000 K с обеспечением в связующем жаростойком подслое продольной слоистой микроструктуры интерметаллидных зерен, а в термобарьерном керамическом слое - сфероидальных зерен диоксида циркония со столбчатой субструктурой. Связующий жаростойкий подслой толщиной 200 мкм формируют из порошковой смеси марки ПНХ20К20Ю13-1 с дисперсностью частиц 80 мкм при токе дуги I=180 А, напряжении дуги U=260 В, давлении плазмообразующего газа воздуха PB=6,2 атм, давлении транспортирующего газа аргона PAr=5,0 атм. Термобарьерный керамический слой толщиной 150 мкм формируют из порошковой смеси марки ЦрОИ-7 с дисперсностью частиц 90 мкм при токе дуги I=190 А, напряжении дуги 220 В, давлении плазмообразующего газа воздуха PB=2,0 атм, давлении транспортирующего газа аргона PAr=0,1 атм. Технический результат состоит в повышении жаростойкости и термоциклической долговечности их рабочей поверхности за счет улучшения микроструктуры связующего подслоя и рабочего керамического слоя покрытия лопатки в результате термо- и газодинамической интенсификации процесса плазменного напыления. 5 ил., 1 табл.

Изобретение относится к способу и устройству газопламенного напыления наноструктурированных покрытий. Распылитель содержит форкамеру. В качестве исходного материала используют порошковый материал. Одновременно с формированием в камере сгорания распылителя высокотемпературного газового потока в упомянутой форкамере устанавливают давление выше, чем давление в камере сгорания, и формируют высокотемпературный газовый поток, в который подают порошковый материал с образованием газопорошковой струи, которую подают в камеру сгорания со скоростью, большей скорости высокотемпературного газового потока. Осуществляют перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц, полученных из исходного материала, и осаждение их на подложке. В результате получают качественное покрытие из порошкового материала. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области нанесения газотермических покрытий, а именно к способам нанесения плазменных покрытий на детали, работающие в экстремальных условиях. Способ нанесения износостойкого покрытия на стальную поверхность включает очистку поверхности, получение дисперсной порошковой смеси самофлюсующегося сплава и диборида титана, введение в плазменную струю смеси и ее напыление с последующим оплавлением поверхности покрытия. Очистку поверхности осуществляют путем полировки, а в качестве самофлюсующегося сплава используют сплав кобальта, предварительно механически легированный порошком алюминия с размером частиц менее 1 мкм, при этом исходные компоненты смеси взяты в следующем соотношении, мас.%: сплав кобальта 34,0-59,5; алюминий 6,0-10,5; диборид титана 30,0-60,0. Повышается микротвердость и износостойкость покрытия, а также качество покрытия за счет снижения пористости основного слоя. 1 табл., 2 пр.

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии и может быть использовано в горнодобывающей и других отраслях промышленности. Способ включает электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской молибденовой оболочки массой 60-530 мг и сердечника в виде порошка диборида титана массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею стальной поверхности при поглощаемой плотности мощности 3,5-4,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва с формированием на ней композиционного покрытия системы TiB2-Mo и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30. Изобретение направлено на получение износостойких покрытий с высокой адгезией с основой на уровне когезии. 2 пр., 2 ил.
Наверх