Технологическая вакуумная установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали



Технологическая вакуумная установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали
Технологическая вакуумная установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали

 


Владельцы патента RU 2563910:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") (RU)

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, а именно к технологической вакуумной установке для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности стальной детали. Упомянутая установка содержит вакуумную камеру, соединенную с вакуумным насосом, механизм закрепления детали, газопламенную горелку, жестко закрепленную в корпусе вакуумной камеры под углом к поверхности детали, механизм подачи порошкового материала с эффектом памяти формы в газопламенную горелку, пирометр для измерения температуры обрабатываемой детали, технологический модуль для ионной очистки поверхности обрабатываемой детали, приспособление для поверхностно-пластического деформирования детали для формирования наноструктурированного слоя с эффектом памяти формы, выполненное в виде пресса с верхней неподвижной и нижней подвижной траверсой с закрепленной плоской обрабатываемой деталью, которые расположены в вакуумной камере, понижающий трансформатор для дополнительного нагрева поверхности детали, узел для охлаждения детали для получения отрицательного интервала температур мартенситного превращения при поверхностно-пластическом деформировании и блок управления для высокоскоростного газопламенного напыления. Рассматриваемая установка дополнительно содержит ванну для жидкометаллического расплава, установленную в вакуумной камере под нижней траверсой с деталью. Вокруг ванны расположены нагревательные элементы, а между ними и корпусом установлены теплоотражающие экраны, предохраняющие корпус вакуумной камеры от перегрева. Механизм закрепления детали расположен на нижней траверсе, узел для охлаждения детали закреплен на верхней траверсе, а газопламенная горелка выполнена многоканальной для подачи порошковых материалов одновременно из нескольких порошковых дозаторов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, в частности к комбинированным способам получения покрытий, и может быть использовано, в частности, для получения покрытий на деталях.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является вакуумная установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали, содержащая раму с установленной на ней вакуумной камерой, соединенной с вакуумным насосом, механизм закрепления детали, газопламенную горелку для высокоскоростного газодинамического напыления, установленную под углом 45° к поверхности детали, механизм подачи порошкового материала с эффектом памяти формы в газопламенную горелку, пирометр для измерения температуры обрабатываемой детали, технологический модуль для ионной очистки обрабатываемой детали, приспособление для поверхностно-пластического деформирования детали для формирования наноструктурированного слоя, понижающий трансформатор, обеспечивающий дополнительный нагрев поверхности детали, устройство для охлаждения поверхности детали в случае отрицательного интервала температур мартенситного превращения при поверхностно-пластическом деформировании и управляющее устройство, два магнетрона и источник для ионной имплантации металлов, закрепленные в корпусе вакуумной камеры и направленные на обрабатываемую деталь, при этом приспособление для поверхностно-пластического деформирования выполнено в виде пресса с верхней неподвижной и нижней подвижной траверсами, расположенными в вакуумной камере, причем, на нижней подвижной траверсе установлены зажимной механизм закрепления детали и устройство для охлаждения поверхности детали, а газопламенная горелка жестко закреплена в корпусе вакуумной камеры (патент РФ №2502829).

Недостатком этой установки является присутствие в нижних слоях покрытий пор, что ухудшает прочностные и эксплуатационные свойства.

Задачей изобретения является получение покрытий на деталях сложной геометрической формы не имеющих пор в нижних слоях покрытия.

Техническим результатом является повышение прочностных и эксплуатационных свойств деталей, таких как предел прочности, текучести. Поставленная задача решается предложенной технологической вакуумной установкой для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали, выполненной из стали, содержащая вакуумную камеру, соединенную с вакуумным насосом, механизм закрепления детали, газопламенную горелку, жестко закрепленную в корпусе вакуумной камеры по углом к поверхности детали, механизм подачи порошкового материала с эффектом памяти формы в газопламенную горелку, пирометр для измерения температуры обрабатываемой детали, технологический модуль для ионной очистки поверхности обрабатываемой детали, приспособление для поверхностно-пластического деформирования детали для формирования наноструктурированного слоя с эффектом памяти формы, выполненное в виде пресса с верхней неподвижной и нижней подвижной траверсой с закрепленной плоской обрабатываемой деталью, рас положенные в вакуумной камере, понижающий трансформатор для дополнительного нагрева поверхности детали, узел для охлаждения детали для получения отрицательного интервала температур мартенситного превращения при поверхностно-пластическом деформировании и блок управления для высокоскоростного газопламенного напыления, ванну для жидкометаллического расплава, установленную в вакуумной камере под нижней траверсой с деталью, вокруг ванны расположены нагревательные элементы, а между ними и корпусом установлены теплоотражающие

экраны, предохраняющие корпус вакуумной камеры от перегрева, кроме того, механизм закрепления детали расположен на нижней траверсе, узел для охлаждения детали закреплен на верхней траверсе, а газопламенная горелка выполнена многоканальной для подачи порошковых материалов одновременно с нескольких порошковых дозаторов. Газопламенная горелка закреплена под углом 45-70°С к поверхности детали. В боковой стенке корпуса вакуумной камеры выполнено смотровое окно и выполнена дверь.

Повышение прочностных и эксплуатационных свойств покрытий с эффектом памяти формы обеспечивается за счет отсутствия пор в нижних слоях покрытия, получения наноструктурированного состояния покрытия при использовании диффузионной металлизации, газопламенного напыления с последующим поверхностно-пластическим деформированием (ППД). За счет использования технологического модуля производится ионная очистка обрабатываемой детали, способствующая увеличению прочности сцепления газопламенных покрытий с эффектом памяти формы с подложкой. Отсутствие пор в нижних слоях покрытия достигается диффузионной металлизацией, диффузией растворенного в легкоплавком жидкометаллическом расплаве металла.

На фиг. 1 представлена технологическая вакуумная установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали.

На фиг. 2 представлено сопло для высокоскоростного газопламенного напыления с каналами подачи порошковых материалов.

Установка состоит из следующих конструктивных элементов: блока управления 1, ванны 2 для жидкого расплава свинца или эвтектики 3, нагревателей 4 и теплоотражающих экранов 5, расположенных вокруг ванны 2, ванна 2 расположена в вакуумной камере 6, газопламенной горелки 7 с соплом 8 с каналами подачи порошковых материалов 9-12 для высокоскоростного газопламенного напыления установленной под углом 45-70° к поверхности обрабатываемой детали 13, закрепленной в корпусе вакуумной камеры 6, блока управления 14 для высокоскоростного газопламенного напыления, пресса 15 с нижней траверсой 16, на которой закрепляется обрабатываемая деталь и верхней 17 траверсой для поверхностно-пластического деформирования полученного покрытия с получением наноструктурированного слоя с эффектом памяти формы, устройства 18 для охлаждения детали, выполненного в виде двух емкостей, заполненных жидким азотом, порошковых дозаторов 19-22, пирометра 23 для измерения температуры обрабатываемой детали 13, рабочих баллонов с газами 24, рамы 25, форвакуумного 26 и диффузионного 27 насосов, технологического модуля 28 для ионной очистки поверхностей обрабатываемой детали 13, понижающего трансформатора 29, подключенного к зажимному устройству 30 обрабатываемой детали 13, двери 31 и смотрового окна 32 вакуумной камеры 6.

Установка работает следующим образом.

Обрабатываемая деталь 13 устанавливается на нижней 16 траверсе пресса 15, при помощи зажимного устройства 30. С помощью форвакуумного 26 и диффузионного 27 насосов производится откачка вакуумной камеры 6 до давления 6,7·10-3÷6,9·10-3 Па. Далее осуществляется заполнение вакуумной камеры аргоном до давления 0,08÷0,7 Па. Затем включают нагревательные элементы 4, содержащие фехралевые проволоки, и доводят температуру жидкометаллического расплава 3 в металлической ванне 2 до 1000-1100°C. Измерение температуры нагрева металлической ванны 3 осуществляется с помощью термопары 33. Нижняя 16 траверса с помощью пресса 15 опускается вниз, и деталь 13 погружается в ванну 2 с жидкометаллическим расплавом 3. После нанесения покрытия нижняя 16 траверса с помощью пресса 15 поднимается, тем самым, деталь 13 вынимается из ванны 2 с расплавом 3. Затем приступают к ионной очистке от излишков расплава полученного покрытия на детали 13. Ионную очистку проводят в тлеющем разряде. Для получения тлеющего разряда включают технологический модуль 28, связанный высоковольтными кабелями 34 с нижней 16 траверсой пресса 15 и корпусом 1 вакуумной камеры. После ионной очистки полученного покрытия на детали 13 осуществляют высокоскоростное газопламенное напыление. Измерение температуры детали 13 в зоне газопламенного напыления производится пирометром 23. Напыление покрытия производится газопламенной горелкой 7 с соплом 8 с каналами подачи порошковых материалов 9-12, управляемой блоком 14, расположенной под углом 45-70° к поверхности обрабатываемой детали 13. С порошковых дозаторов 19-22 подаются при помощи шлангов в каналы подачи порошковых материалов 9-12 газопламенной горелки 7 напыляемые порошки. Пресс 15 с нижней 16 и верхней 17 траверсами служит также для поверхностно-пластического деформирования полученного покрытия с эффектом памяти формы сразу после диффузионной металлизации и высокоскоростного газопламенного напыления. Обрабатываемая деталь 13 закрепляется на подвижной нижней 16 траверсе пресса 15, далее производится включение пресса 15, начинается вертикальное перемещение нижней 16 траверсы вверх до контакта обрабатываемой детали с полученным покрытием с верхней 17 траверсой до достижения заданного давления на поверхности детали с покрытием до ее деформирования. На верхней 17 траверсе пресса 15 устанавливается устройство 18 для охлаждения детали с покрытием с эффектом памяти формы в случае отрицательного интервала температур мартенситного превращения при поверхностно-пластическом деформировании. Поверхностно-пластическое деформирование осуществляется после диффузионной металлизации и высокоскоростного газопламенного напыления.

Пример 1.

Обрабатываемая деталь 13 из стали 45 устанавливается на нижней 16 траверсе пресса 15, при помощи зажимного устройства 30. С помощью форвакуумного 26 и диффузионного 27 насосов производится откачка вакуумной камеры 6 до давления 6,7·10-3 Па. Далее осуществляется заполнение вакуумной камеры аргоном до давления 0,4 Па. Затем включают нагревательные элементы 4, содержащие фехралевые проволоки, и доводят температуру жидкометаллического расплава 3 в металлической ванне 2 до 1050°С. Измерение температуры нагрева металлической ванны 3 осуществляется с помощью термопары 33. Нижняя 16 траверса с помощью пресса 15 опускается вниз, и деталь 13 погружается в ванну 2 с жидкометаллическим расплавом 3 Pb-Bi. В жидкометаллическом расплаве Pb-Bi растворен порошок с эффектом памяти формы TiNi. После нанесения покрытия с эффектом памяти формы TiNi нижняя 16 траверса с помощью пресса 15 поднимается, тем самым деталь 13 вынимается из ванны 2 с расплавом 3. Затем приступают к ионной очистке от излишков расплава полученного покрытия с эффектом памяти формы TiNi на детали 13. Ионную очистку проводят в тлеющем разряде. Для получения тлеющего разряда включают технологический модуль 28, связанный высоковольтными кабелями 34 с нижней 16 траверсой пресса 15 и корпусом 1 вакуумной камеры. После ионной очистки полученного покрытия с эффектом памяти формы TiNi на детали 13, осуществляют высокоскоростное газопламенное напыление покрытий TiNiCuTa. Измерение температуры детали 13 в зоне газопламенного напыления производится пирометром 23. Напыление покрытия производится газопламенной горелкой 7 с соплом 8 с каналами подачи порошковых материалов 9-12, управляемой блоком 14, расположенной под углом 60° к поверхности обрабатываемой детали 13 из стали 45. С порошковых дозаторов 19-22 подаются при помощи шлангов в каналы подачи порошковых материалов 9-12 газопламенной горелки 7 напыляемые порошки Ti, Ni, Cu, Та. Пресс 15 с нижней 16 и верхней 17 траверсами служит также для поверхностно-пластического деформирования полученного покрытия TiNi-TiNiCuTa с эффектом памяти формы сразу после диффузионной металлизации и высокоскоростного газопламенного напыления. Обрабатываемая деталь 13 из стали 45 закрепляется на подвижной нижней 16 траверсе пресса 15, далее производится включение пресса 15, начинается вертикальное перемещение нижней 16 траверсы вверх до контакта обрабатываемой детали с полученным покрытием с верхней 17 траверсой до достижения заданного давления на поверхности детали с покрытием до ее деформирования. На верхней 17 траверсе пресса 15 устанавливается устройство 18 для охлаждения детали с покрытием с эффектом памяти формы TiNi-TiNiCuTa в случае отрицательного интервала температур мартенситного превращения при поверхностно-пластическом деформировании. Поверхностно-пластическое деформирование осуществляется после диффузионной металлизации и высокоскоростного газопламенного напыления.

При получении покрытий на установке, взятой в качестве прототипа: величина обратимой деформации для сплава TiNi составила 5,8%, прочность сцепления TiNi покрытия с подложкой 58 МПа; на предложенной установке: величина обратимой деформации для сплава TiNi составила 7,5%, прочность сцепления TiNi покрытия с подложкой 97 МПа, износостойкость увеличилась в 3-4 раза.

В результате работы установки получается наноструктурированное покрытие с эффектом памяти формы на деталях сложной формы, не имеющих пор в нижних слоях покрытия, с повышенными прочностными и эксплуатационными свойствами.

1. Технологическая вакуумная установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали, выполненной из стали, содержащая вакуумную камеру, соединенную с вакуумным насосом, механизм закрепления детали, газопламенную горелку, жестко закрепленную в корпусе вакуумной камеры под углом к поверхности детали, механизм подачи порошкового материала с эффектом памяти формы в газопламенную горелку, пирометр для измерения температуры обрабатываемой детали, технологический модуль для ионной очистки поверхности обрабатываемой детали, приспособление для поверхностно-пластического деформирования детали для формирования наноструктурированного слоя с эффектом памяти формы, выполненное в виде пресса с верхней неподвижной и нижней подвижной траверсой с закрепленной плоской обрабатываемой деталью, расположенные в вакуумной камере, понижающий трансформатор для дополнительного нагрева поверхности детали, узел для охлаждения детали для получения отрицательного интервала температур мартенситного превращения при поверхностно-пластическом деформировании и блок управления для высокоскоростного газопламенного напыления, отличающаяся тем, что дополнительно содержит ванну для жидкометаллического расплава, установленную в вакуумной камере под нижней траверсой с деталью, вокруг ванны расположены нагревательные элементы, а между ними и корпусом установлены теплоотражающие экраны, предохраняющие корпус вакуумной камеры от перегрева, кроме того, механизм закрепления детали расположен на нижней траверсе, узел для охлаждения детали закреплен на верхней траверсе, а газопламенная горелка выполнена многоканальной для подачи порошковых материалов одновременно с нескольких порошковых дозаторов.

2. Технологическая вакуумная установка по п. 1, отличающаяся тем, что газопламенная горелка закреплена под углом 45-70°C к поверхности детали.

3. Технологическая вакуумная установка по п. 1, отличающаяся тем, что в боковой стенке корпуса вакуумной камеры выполнено смотровое окно.

4. Технологическая вакуумная установка по п. 1, отличающаяся тем, что в боковой стенке корпуса вакуумной камеры выполнена дверь.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению на деталях из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов покрытий с барьерным слоем для защиты от газовой коррозии в условиях температур выше 900°C, и может быть использовано в авиадвигателестроении, судостроении, танкостроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу изготовления многослойного покрытия, образующего тепловой барьер, на металлической подложке из жаропрочного сплава и содержащего, по меньшей мере, один металлический подслой (13) и слой (14) керамики на основе диоксида циркония, стабилизированного иттрием и представляющего столбчатую структуру, определяющую поры.

Изобретение относится к производству патронов и предназначено для нанесения защитного полимерного покрытия на поверхность стальных гильз. Способ включает обезжиривание гильзы и травление, чередующиеся промывками горячей и холодной водой, формирование на поверхности гильзы фосфатной пленки, пассивацию и нанесение покрытия с чередующимися сушками, при этом формирование фосфатной пленки на поверхности гильзы осуществляют, по меньшей мере, в двух ваннах.

Изобретение относится к способу герметизации микроотверстий в металлическом покрытии, полученном химическим восстановлением, включающему нанесение на подложку путем химического восстановления слоя металлического покрытия, содержащего дефекты в виде микроотверстий, допускающих гидравлическое сообщение между подложкой и окружающей средой, нанесение поверх упомянутого слоя металлического покрытия слоя отверждаемого эпоксидного герметика посредством распыления и заполнение дефектов в виде микроотверстий, причем указанный отверждаемый эпоксидный герметик имеет вязкость от 20 до 1200 сПз при температуре окружающей среды, отверждение нанесенного эпоксидного герметика для обеспечения отвержденного эпоксидного покровного слоя и удаление значительной части отвержденного эпоксидного покровного слоя для обеспечения изделия, включающего металлическое покрытие, полученное химическим восстановлением, по существу не содержащее дефектов в виде микроотверстий, допускающих гидравлическое сообщение между подложкой и окружающей средой.

Изобретение относится к пассивированию нефтеперерабатывающего оборудования для уменьшения отложения загрязняющих веществ в оборудовании. Способ пассивирования поверхности нефтеперерабатывающего оборудования включает стадии нанесения на указанную поверхность первой смеси при температуре по меньшей мере 100°C и нанесения второй смеси при температуре по меньшей мере 100°C после того, как нанесена первая смесь, причем первая смесь содержит кислый эфир фосфорной кислоты, образующий комплексный полифосфатный слой, а вторая смесь содержит соль металла.

Изобретение относится к суспензиям для алюминизации компонентов из жаропрочного сплава и может быть использовано для изготовления деталей, работающих в условиях воздействия горячих коррозионно-активных газов, например газотурбинных компонентов.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для получения антифрикционных и износостойких покрытий на рабочих поверхностях деталей узла трения.
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для получения износостойкого и антифрикционного покрытия на рабочих поверхностях деталей узлов трения.
Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к материалам для парогазовых установок на базе газотурбинных установок большой мощности и может быть использовано для защиты лопаток и других деталей газотурбинного двигателя от воздействия высоких температур, эрозионного износа и коррозии.

Изобретение относится к области электролитического нанесения покрытий с помощью химических реакций на поверхности, например, формирования преобразованных слоев, а именно к процессам микроплазменного оксидирования вентильных металлов и может быть использовано для получения функциональных покрытий, в том числе электропроводных покрытий в электронике и микроэлектронике.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ), предназначенных для использования в качестве фильтров, шумопоглотителей, носителей катализаторов, теплообменных систем, конструкционных материалов, работающих в условиях высоких температур, и может найти применение в энергетике, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу электровзрывного напыления на поверхности трения композиционных покрытий системы TiB2-Mo. Осуществляют размещение порошковой навески из диборида титана между двумя слоями молибденовой фольги.

Изобретение относится к способу получения защитного упрочняющего покрытия на деталях запорной арматуры. Напыление производят высокоскоростным газопламенным методом со скоростью перемещения горелки относительно обрабатываемой поверхности 0,5÷1,0 м/с.

Изобретение относится к способу и устройству для формирования аморфной покрывающей пленки (варианты). Пленку формируют посредством выпуска пламени, содержащего частицы материала для пламенного напыления, струей из пистолета для пламенного напыления по направлению к материалу-основе, вызывания плавления частиц посредством пламени и охлаждения как частиц, так и пламени посредством охлаждающего газа перед тем, как частицы достигают материала-основы.

Изобретение относится к способу нанесения состава для покрытия, содержащего углерод в форме углеродных нанотрубок, графенов, фуллеренов или их смеси, и металлические частицы, на субстрат с последующей обработкой под давлением и тепловой обработкой покрытия после нанесения на субстрат.

Изобретение относится к обработке поверхности металлов. Способ получения коррозионно-стойкого покрытия на поверхности нелегированной стали включает подготовку порошка в виде нанокомпозитных частиц Fe-Ni, содержащих 3-10 мас.% никеля, и послойное нанесение его на поверхность нелегированной стали с лазерным спеканием.

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектронике, альтернативной энергетике и т.д. В способе получения наноструктурного покрытия из гранулированного нанокомпозита «металл-керамика» получают нанокомпозит предпочтительно методом ионно-лучевого распыления с образованием гранул, со средним диаметром преимущественно 2-4 нм, а концентрацию металлической фазы в получаемом нанокомпозите при распылении обеспечивают в пределах 25-30 ат.%.

Изобретение относится к лезвиям для бритвенных приборов и способу их формирования. Способ формирования лезвия для бритвенного прибора включает нанесение по меньшей мере одного полимерного материала, имеющего верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, на кромку по меньшей мере одного лезвия с помощью изостатического прессования с образованием полученного изостатическим прессованием покрытия на кромке упомянутого по меньшей мере одного лезвия.

Изобретение относится к нанесению защитных износостойких покрытий из порошковых материалов. Способ восстановления внутренней поверхности ступицы направляющего аппарата центробежного электронасоса, включает нанесение на внутреннюю цилиндрическую поверхность ступицы, имеющей диаметр D и длину рабочего канала L, износостойкого порошкового материала детонационным напылением при помощи ствола детонационной установки с диаметром d, равным (0,7-0,8)D.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при формировании износостойкого покрытия на поверхностях деталей с подачей ремонтно-восстановительных составов на поверхность и последующим пластическим деформированием с помощью безабразивной ультразвуковой финишной обработки.

Настоящее изобретение относится к области получения наноструктур на поверхности карбида кремния. Cпособ получения наноструктур на поверхности карбида кремния содержит этапы, на которых устанавливают твердую мишень в рабочую кювету с жидкостью, устанавливают рабочую кювету с твердой мишенью на координатный столик, осуществляют лазерную абляцию при помощи Nd:YAG лазера, работающего в импульсном режиме, при этом Nd:YAG лазер осуществляет облучение твердой мишени ультрафиолетовым излучением на длине волны 355 нм, с длительностью импульса 10 пс, с частотой повторения импульса 50 кГц и со средней мощностью 3,5 Вт, и в качестве жидкости используют воду, прошедшую этап очистки в системе обратного осмоса.
Наверх