Способ нанесения покрытия на стальную основу


 


Владельцы патента RU 2542196:

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

Изобретение относится к технологии получения покрытий и может быть использовано в различных отраслях машиностроения при изготовлении или восстановлении деталей для придания поверхности повышенных характеристик сопротивления коррозии. Способ включает формирование на поверхности изделия подложки путем предварительного нагрева сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачи его в сверхзвуковое сопло, формирования в нем высокоскоростного воздушного потока, введения в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и меди в равных долях и нанесения порошкового покрытия на основу до формирования толщины слоя подложки 0,3-0,4 мм, а также нанесение покрытия путем предварительного нагрева сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачи его в сверхзвуковое сопло, формирования в нем высокоскоростного воздушного потока, введения в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и никеля в равных долях и нанесения порошкового покрытия до толщины 0,2-0,3 мм. Предложенный способ позволяет увеличить сопротивление разрушению низкоуглеродистой стали под воздействием агрессивной среды более чем в 10 раз и тем самым повысить ресурс работы изделий. 1 пр., 2 табл.

 

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/с), 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 нанесения покрытия на стальную основу, включающий предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и никеля в равных долях и нанесение порошкового покрытия толщиной 0,2-0,3 мм на основу (См. Патент РФ 2038411, C23C 4/00, 1993 г.).

Этот способ не трудоемок и не требует больших материальных затрат.

Процесс нанесения покрытия газодинамическим напылением заключается в направлении на поверхность стали механической смеси твердых и пластичных частиц, в результате чего на поверхности формируется покрытие с пористостью 4-8%.

К основному недостатку способа можно отнести низкую коррозионную стойкость покрытий, которые используются для защиты изделий из стали от воздействия агрессивной среды.

Задачей заявляемого решения является улучшение качества покрытия, а именно повышение коррозионной стойкости.

Поставленная задача достигается тем, что в способе нанесения покрытия на стальную основу, включающем предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и никеля в равных долях и нанесение порошкового покрытия толщиной 0,2-0,3 мм на основу, перед нанесением покрытия на основу формируют на ней подложку путем предварительного нагрева сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачи его в сверхзвуковое сопло, формирования в нем высокоскоростного воздушного потока, введения в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и меди в равных долях и нанесения порошкового покрытия на основу до формирования толщины слоя подложки 0,3-0,4 мм.

Испытания на сопротивление коррозии продолжительностью 12 недель (2016 часов) проводили по методике ускоренных испытаний при полном погружении образцов из стали 20 и стали 20 с покрытием, нанесенным газодинамическим напылением, в ванну с электролитом (3% раствор NaCl).

Пример 1.

Предварительно на стальную основу наносят подложку. Для этого производят предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подают его в сверхзвуковое сопло, формируют в нем высокоскоростной воздушный поток, вводят в этот поток порошковый материал из оксида алюминия и меди в соотношении 1:1 и наносят порошковое покрытие на стальную основу до формирования толщины слоя подложки 0,3-0,4 мм. Затем производят нанесение основного покрытия. Для этого предварительно нагревают сжатый воздух до температуры 400-500°C, подают его в сверхзвуковое сопло, формируют в нем высокоскоростной воздушный поток, вводят в этот поток порошковый материал из оксида алюминия и никеля в соотношении 1:1 и наносят порошковое покрытие толщиной 0,2-0,3 мм.

Примеры 2-4.

Ведут процесс по технологии, описанной в примере 1. Параметры процессов представлены в таблице 1.

Таблица 1
Параметры процесса Образцы по примерам
1 2 3 4
Нанесение подложки на стальную основу Марка стали Ст.3 20 20 Ст.3
Температура сжатого воздуха, °C 400 500 350 550
Соотношение количества порошков Al2O3 и Cu 1:1 1:1 1:1 1:1
Толщина покрытия, мм 0,4 0,3 0,2 0,5
Нанесение основного покрытия Температура сжатого воздуха, °C 400 500 550 350
Соотношение количества порошков Al2O3 и Ni 1:1 1:1 1:1 1:1
Толщина покрытия, мм 0,2 0,3 0,2 0,4

Испытания на сопротивление коррозии продолжительностью 12 недель (2016 часов) проводили по методике ускоренных испытаний при полном погружении образцов по примерам 1-4 в ванну с электролитом (3% раствор NaCl). Одновременно проводили испытания образца и напыление покрытия по способу-прототипу.

Результаты испытания представлены в таблице 2.

Таблица 2
Параметры оценки Образцы по примерам По прототипу
1 2 3 4
Коррозионные потери массы, кг/м2 × 10-15 5,9 5,9 54,0 57,1 63,0
Скорость коррозии, кг/м2 год × 10-15 1,34 1,33 11,0 12,3 14,3
Повышение сопротивления коррозии, раз 10,7 10,7 1,3 1,5 1

Как показано в таблице 2, после нанесения покрытия по оптимизированной технологии согласно изобретению (примеры 1 и 2) сопротивление разрушению под воздействием коррозионной среды у стали повышается более чем в 10 раз по сравнению с известной технологией нанесения никелевого покрытия газодинамическим напылением по способу-прототипу. При отклонении параметров нанесения покрытия от предложенной технологии (примеры 3 и 4) параметры коррозионной устойчивости мало отличаются от соответствующих параметров покрытия, нанесенного известным способом.

Использование изобретения позволяет повысить качество и ресурс эксплуатации стальных деталей с покрытием никеля, нанесенным газодинамическим напылением, в коррозионной среде.

Способ нанесения покрытия на стальную основу, включающий предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и никеля в равных долях и нанесение порошкового покрытия толщиной 0,2-0,3 мм на основу, отличающийся тем, что перед нанесением покрытия на основу формируют на ней подложку путем предварительного нагрева сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачи его в сверхзвуковое сопло, формирования в нем высокоскоростного воздушного потока, введения в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и меди в равных долях и нанесения порошкового покрытия на основу до формирования толщины слоя подложки 0,3-0,4 мм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения материалов с заданным уровнем физико-механических характеристик. Способ включает разгон легирующего порошка энергией взрыва зарядом бризантного взрывчатого вещества.
Изобретение относится к машиностроению, а именно к способам получения антифрикционных восстановительных покрытий методом газодинамического напыления на стальных изделиях, используемых в технологических процессах восстановления деталей в узлах машин и в авиационной технике.
Изобретение относится к машиностроению, в частности к покрытиям для восстановления и упрочнения запорной и регулирующей арматуры. Покрытие для нанесения на приводные элементы запорной и регулирующей арматуры представляет собой двухслойную систему, состоящую из подслоя и основного слоя.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к чистовой упрочняющей безабразивной обработке поверхностей деталей из конструкционных сталей. На поверхности дорожки качения подшипника размещают порошок графита или дисульфида молибдена и через слой порошка к поверхности вращающейся детали прижимают индентор, совершающий ультразвуковые механические колебания.

Изобретение относится к способу получения магнитотвердого покрытия из сплава самария с кобальтом и может использоваться при изготовлении постоянных магнитов, используемых в конструкциях малогабаритных двигателей постоянного тока, бортовой измерительной аппаратуре, а также различных устройствах, предназначенных для исследования космического пространства.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения теплозащитных износостойких покрытий на деталях из чугуна или стали. Проводят абразивно-струйную обработку карбидом кремния с размером частиц 1,5 мм, осуществляют плазменное напыление подслоя состава Co-Cr-Al-Y и последующее напыление керметной композиции из порошковой смеси, содержащей компоненты, при следующем соотношении, вес.%: нихром 10-20, диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия, 30-20, никельалюминий 30-40, никельтитан 20-10, карбид хрома 5, карбид вольфрама 5.
Изобретение относится к способу получения адгезионно-прочных медных покрытий на керамической поверхности с использованием газодинамического напыления. Проводят предварительное напыление подслоя из оксида меди (1) с последующим напылением медного покрытия и термическую обработку покрытия.

Изобретение относится к устройству газодинамического нанесения покрытий на внешние цилиндрические поверхности изделий и может быть использовано в машиностроении и других областях хозяйства.

Изобретение относится к устройствам газодинамического нанесения покрытий на внутреннюю цилиндрическую поверхность изделий и может быть использовано в машиностроении, в автомобильной промышленности, энергетике, строительстве и нефтегазовой отрасли промышленности.

Изобретение относится к способу получения наноструктурированных покрытий для защиты поверхностей изделий. Способ включает формирование в камере сгорания распылителя высокотемпературного газового потока путем сжигания топлива в окислителе, подачу в камеру сгорания исходного материала, являющегося источником образования наночастиц, образование и перенос высокотемпературным газовым потоком наночастиц и осаждение их на подложке. При этом в камере сгорания воздействием высокотемпературного газового потока исходный материал переводят в газообразное состояние. Затем газовый поток после выхода из камеры сгорания резко охлаждают до температуры ниже температуры плавления исходного материала. Охлаждение газового потока возможно осуществлять путем смешения с холодным потоком инертного газа. Технический результат заключается в получении наноструктурированных покрытий высокого качества с использованием порошковых материалов металлургической промышленности. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.
Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к алмазным нанокристаллическим покрытиям и способам его получения с использованием наноалмазов. Алмазное покрытие состоит из подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и нанесенного осаждением из газовой фазы алмазного слоя. Подслой выполнен из композиционного материала, имеющего металлическое или неметаллическое связующее и упомянутые наноалмазные частицы с объемной долей 5-90%. Способ получения алмазного покрытия на подложке включает нанесение подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и нанесение алмазного слоя осаждением из газовой фазы. Упомянутый подслой, содержащий наноалмазные частицы, выполняют из композиционного материала, имеющего металлическое или неметаллическое связующее и наноалмазные частицы с объемной долей 5-90%. Повышается качество покрытия и его адгезия к подложке. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 пр.

Изобретение относится к области газотермического нанесения покрытий, а именно к технологии подготовки поверхности изделия перед нанесением газотермических покрытий. Способ нанесения газотермического покрытия на поверхность изделия включает совместное воздействие на поверхность потока абразивных и напыляемых частиц, при этом осуществляют импульсную подачу потока абразивных и напыляемых частиц одновременно с помощью детонационной установки, выполненной с двумя дозаторами для абразивных и напыляемых частиц, которые вводят в ствол упомянутой установки на расстоянии между местами ввода не менее 9-ти калибров ствола. Ввод абразивных частиц осуществляют ближе к срезу упомянутого ствола. Повышается степень активации напыляемой поверхности, что обеспечивает существенный рост прочности сцепления первых слоев покрытия с подложкой. 4 ил., 1пр.

Изобретение относится к области газотермического нанесения покрытий, в частности к способу детонационного напыления покрытия. На поверхность воздействуют потоком абразивных частиц, формируемым с помощью установки детонационного напыления. Порошок для очистки подают на режимах напыления из отдельного дозатора, расположенного на расстоянии от среза ствола, при этом температурой и скоростью очищающих частиц на выходе обеспечивают максимальную степень активации напыляемой поверхности. После завершения этапа подготовки поверхности данный дозатор отключают, а дозатор с порошком для напыления частиц включают без остановки работы детонационной установки. Техническим результатом является повышение степени активации напыляемой поверхности и увеличение производительности. 1 ил.

Изобретение относится к способу получения наноструктурированного слоя на поверхности металлов в условиях звукокапиллярного эффекта. На первом этапе осуществляют горизонтальное перемещение детали со скоростью υ=(10÷100) мм/мин с обработкой алмазным кругом с заданной зернистостью Z=(125/100÷80/63) мкм на связке M2-01 с концентрацией алмазов 100% с частотой вращения n=(500÷3000) об/мин при пластической деформации поверхности глубиной h=(0,01÷0,1) мм в один проход. На втором этапе задают зазор между полученной поверхностью детали и рабочей поверхностью шлифовального круга h=(0,1±0,05) мм и процесс шлифования осуществляют с одновременной подачей СОЖ с наночастицами металла и включают вибростенд. Обеспечивается образование ударной ультразвуковой волны высокой частоты fУз=(10÷500) кГц непосредственно в СОЖ у поверхности обрабатываемой детали, посредством которых осуществляется образование нанокластеров и блокирование микротрещин поверхностного слоя детали. Технический результат состоит в сокращении времени обработки детали, упрощении технологии и снижении стоимости процесса формирования наноструктурированного слоя на поверхности деталей машин из металлов и сплавов. 3 з.п. ф-лы, 7 ил., 3 пр., 3 табл.

Изобретение относится к области получения покрытий со специальными свойствами, в частности к покрытиям с высокой стойкостью к коррозионным повреждениям и износу. Способ холодного газодинамического напыления износо-коррозионностойкого градиентного покрытия включает подачу металлического порошка в сверхзвуковой поток газа с образованием гетерофазного потока и нанесение его на поверхность изделия. Металлический порошок подают в потоке инертного газа, затем осуществляют подачу в поток инертного газа с указанным металлическим порошком реакционного газа с увеличением его объемного содержания в упомянутом потоке по линейному или экспоненциальному закону с обеспечением увеличения содержания соединения упомянутого металлического порошка с указанным реакционным газом в виде абсорбированных частиц в покрытии от 0% на поверхности адгезивного слоя до 100% на поверхности получаемого покрытия. В качестве металлического порошка используют порошок циркония или его сплава, или хрома или его сплава. Подачу инертного и реакционного газов осуществляют от двух автономных источников. В частных случаях осуществления изобретения в качестве инертного газа используют, например, гелий или аргон. В качестве реакционного газа используют, например, азот или кислород. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 2 пр.
Изобретение относится к защите металлов от коррозии и может быть использовано при нанесении защитного покрытия на наружную и внутреннюю поверхности металлической трубы. Проводят предварительную наружную и внутреннюю калибровку кромок трубы под вид соединения труб. Затем устанавливают на обе кромки трубы оснастки, с помощью которых осуществляют вращение трубы, при сохранении наружной поверхности от воздействия внешних контактов, затем осуществляют гидродинамическую очистку внутренней и наружной поверхности трубы. Термическую очистку указанных поверхностей трубы проводят в печи при температуре 390-420°C, выдерживают один час и затем нагретую трубу подвергают механической очистке абразивом вне печи с обеспечением заданной шероховатости поверхностям трубы. На наружную и внутреннюю поверхности трубы наносят слой праймера с последующей его сушкой при комнатной температуре, при этом трубу с помощью оснасток вращают, после чего трубу нагревают в печи до температуры нанесения порошкового слоя коррозионно-стойкого покрытия и наносят указанный слой одновременно на наружную и внутреннюю поверхности трубы. Затем проводят полимеризацию слоя упомянутого покрытия путем нагрева трубы в печи, которую вращают, и осуществляют последующее охлаждение водовоздушной смесью. Обеспечивается надежное и долговечное защитное покрытие за счет увеличения коррозионной стойкости труб, путем повышения качества очистки поверхностей труб и нанесения покрытия на поверхности труб.

Ось (11) колесной пары для рельсового транспортного средства содержит оболочку (13), которая имеет металлический компонент (14), который максимум такой же электрохимически высококачественный, как и образующий граничную поверхность (17) оси колесной пары металлический материал. Металлический компонент образует матрицу оболочки, которая примыкает к граничной поверхности оси колесной пары. В металлическом компоненте (14) оболочки (13) содержится структурная фаза (15, 18), которая повышает прочность оболочки против ударов камней. Оболочка в соответствии с изобретением может наноситься на ось колесной пары посредством холодного газодинамического напыления Предотвращается возникновение коррозии на оси колесной пары, обеспечивается эффективная защита оси колесной пары от ударов камней. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области токопроводящих шин. Алюминиевый элемент токопровода, имеющий рабочую контактную площадку, представляет собой алюминиевую шину. Рабочая контактная площадка выполнена в виде покрытия толщиной не менее 20-60 мкм и состоит из двух слоев, нанесенных методом газодинамического напыления. Первый слой толщиной 10-30 мкм получен напылением смеси порошков меди, цинка и оксида алюминия при массовом соотношении порошка меди к порошку цинка в интервале соотношений от 0,5:1 до 2:1 с добавкой оксида алюминия в количестве 10-40% от общей массы смеси. Второй слой толщиной 10-30 мкм получен напылением смеси порошков меди, припоя оловянно-свинцового и оксида алюминия при массовом соотношении порошка меди к порошку припоя оловянно-свинцового в интервале соотношений от 0,3:1 до 3:1 с добавкой оксида алюминия в количестве 10-40% от общей массы смеси. Обеспечивается получение контактной площадки, выполняющей электрохимическую защиту от коррозии, ограничение роста переходного контактного сопротивления до значения, не превышающего 150% от начального значения переходного контактного сопротивления после прохождения испытаний при циклическом нагреве и после прохождения испытаний на стойкость к климатическим внешним воздействующим факторам. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к области газотермического напыления покрытий, а именно к технологии подготовки поверхности изделия перед нанесением детонационного покрытия. Способ детонационного нанесения покрытия из оксида алюминия на поверхность медного изделия включает воздействие на обрабатываемую поверхность потоком разогретых абразивных частиц, формируемым в стволе установки детонационного напыления, при этом нанесение покрытия и абразивную обработку поверхности проводят одновременно при одних и тех же режимах детонационного напыления с использованием порошка оксида алюминия Al2O3 с частицами различного размера. Абразивную обработку поверхности осуществляют частицами упомянутого порошка, размеры которых обеспечивают им твердое состояние при разогреве в стволе упомянутой установки. Обеспечивается повышение производительности процесса и качества подготовки поверхности за счет устранения отдельного этапа подготовки напыляемой поверхности. 1 табл., 6 ил., 1 пр.
Наверх