Способ электродуговой металлизации
Владельцы патента RU 2577873:
Открытое акционерное общество "Российские железные дороги" (RU)
Изобретение относится к способу электродуговой металлизации путем распыления расплавленной дугой бронзы под действием потока азота, исключающего окисление и выгорание легирующих элементов, повышающего коррозионную стойкость, твердость и износостойкость покрытий. На металлизируемую поверхность предварительно наносят пастообразную композицию слоем толщиной от 1,0 мм до 5,0 мм. Композиция состоит из жидкой резольной фенолформальдегидной смолы, способной образовывать при температуре выше 700°С не менее 50% кокса от массы исходного продукта, наполненной мочевиной, при этом массовое отношение содержания сухой смолы к содержанию мочевины, мас.%, составляет от 50:50 до 10:90. После этого осуществляют напыление расплавленных дугой бронзовых электродов потоком струи азота, находящегося в баллоне под давлением от 2 до 10 атм. В результате полностью исключаются выгорание легирующих элементов и образование окислов металлов в процессе электродуговой металлизации при одновременном повышении поверхностной твердости и износостойкости покрытия за счет образования нитридов при взаимодействии металлов, входящих в состав электродов и металлизируемой поверхности, с активированным азотом. 2 табл., 4 пр.
Изобретение относится к способу электродуговой металлизации путем распыления расплавленной дугой бронзы под действием потока азота, исключающего окисление и выгорание легирующих элементов, повышающего коррозионностойкость, твердость и износостойкость покрытий.
Известен и подробно описан способ электродуговой металлизации путем распыления расплавленного дугой металла под действием потока продуктов сгорания углеводородных топлив, существенно снижающий выгорание легирующих элементов (Бурякин А.В., Кузьмин А.В. Электродуговая металлизация с распылением металла продуктами сгорания углеводородных топлив // Сварочное производство, 1993, №3, с. 7-9).
Недостатком известного способа является неполное исключение выгорания легирующих элементов, сравнительно невысокий эффект повышения износостойкости и сложность процесса металлизации.
Целью заявляемого технического решения является полное исключение выгорания легирующих элементов и образования окислов металлов в процессе электродуговой металлизации при одновременном повышении поверхностной твердости и износостойкости покрытия за счет образования нитридов при взаимодействии металлов, входящих в состав электродов и металлизируемой поверхности, с активированным азотом.
Поставленная цель достигается тем, что на металлизируемую поверхность предварительно наносят пастообразную композицию, состоящую из жидкой резольной фенолформальдегидной смолы, способной образовывать при температуре выше 700°С не менее 50% кокса от массы исходного продукта, наполненной мочевиной в массовом соотношении сухая смола:мочевина от 50:50 до 10:90, слоем толщиной от 1,0 мм до 5,0 мм, после чего осуществляют напыление расплавленных дугой бронзовых электродов потоком струи азота, находящегося в баллоне под давлением от 2 до 10 атмосфер.
Температурное воздействие электрической дуги и расплава вызывает деструкцию компонентов композиции, нанесенной на металлизируемую поверхность, при этом резольная фенолформальдегидная смола превращается в кокс (при 700÷800°С из смолы образуется 55% кокса), в порах которого находится реакционноспособный азот, образовавшийся по схеме мочевина - аммиак - атомарный активный азот, вступающий в реакцию с металлами, входящими в состав электродов и металлизируемой поверхности, насыщая ее образовавшимися нитридами, имеющими, как правило, высокую поверхностную твердость, сопоставимую с твердостью алмаза. Кокс в процессе металлизации рассыпается, насыщая расплав и способствуя повышению твердости и износостойкости поверхности, одновременно восстанавливая примеси окислов в исходном металле. Кроме азота в продуктах деструкции фенолформальдегидной смолы и мочевины могут быть только углерод, кислород и примеси соединений из трех указанных элементов.
Пример 1.
В лопастной смеситель загружают 30 мас.ч. (в пересчете на сухой продукт) жидкой фенолформальдегидной смолы марки «Бакелит жидкий» (ГОСТ 4559-71, коксовое число 55%), содержащей 15% воды, после чего добавляют 70 мас. ч. мочевины (карбамида) и перемешивают в течение 10 минут. В приготовленном состоянии композиция может храниться в течение одного месяца.
Перед электродуговой металлизацией композицию, представляющую собой жидкую пасту, наносят слоем 3,0 мм на поверхность металлизируемого изделия, при необходимости разбавив водой, этиловым спиртом или этилцеллозольвом.
Далее в электродуговой металлизатор типа МС-8830 вставляют проволоку из бронзы марки «БрКМц 3-1» ГОСТ 16130-90 и включают аппарат с одновременным направлением потока азота в зону дуги. Процесс длится 20 минут.
Примеры 2÷4 осуществляют аналогично примеру 1, но с изменением параметров в соответствии с таблицей 1.
| Таблица 1 | ||||
| Параметры осуществления заявляемого способа по примерам 2÷4 | ||||
| № п/п | Наименование параметра | Величина параметра по примерам | ||
| 2 | 3 | 4 | ||
| 1. | Промышленная марка смолы | Лак бакелитовый (ГОСТ 901-71) | Лак электроизоляционный (ГОСТ 10700-64) | «Бакелит жидкий» (ГОСТ 4559-71) |
| 2. | Коксовое число смолы, % | 52 | 55 | 56 |
| 3. | Соотношение смола : мочевина | 50:50 | 10:90 | 30:70 |
| 4. | Толщина наносимого слоя, мм | 1 | 5 | 4 |
| 5. | Марка бронзы электрода | БрКМц 3-1 (ГОСТ 16130-90) | БрАЖМц 10-3-1,5 (ГОСТ 18175-78) | БрОФ 2-0,25 (ГОСТ 5017-2006) |
| 6. | Время нанесения, мин | 10 | 25 | 20 |
Свойства получаемых покрытий приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||||
| Свойства покрытий, нанесенных по заявляемому способу | |||||
| № п/п | Наименование показателя | Величина показателя по примерам | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | ||
| 1. | Наличие окислов металлов в покрытии | Практически отсутствуют | Практически отсутствуют | Практически отсутствуют | Практически отсутствуют |
| 2. | Износостойкость образца, мкм | 10 | 8 | 11 | 10 |
| 3. | Выгорание легирующих элементов, % | 5 | 3 | 4 | 3 |
| 4. | Выгорание углерода | Полностью отсутствует | Полностью отсутствует | Полностью отсутствует | Полностью отсутствует |
| 5. | Прочность сцепления нанесенного слоя с основой, H/мм2 | 38 | 37 | 37 | 34 |
| 6. | Микротвердость, HV | 110 | 104 | 102 | 106 |
Данные, приведенные в прототипе:
выгорание легирующих элементов и углерода - до 40%;
наличие окислов металлов - до 30%.
Способ электродуговой металлизации распылением расплавленного дугой металла под воздействием газового потока, отличающийся тем, что на подвергаемую металлизации поверхность предварительно наносят пастообразную композицию слоем толщиной от 1,0 мм до 5,0 мм, состоящую из жидкой резольной фенолформальдегидной смолы, способной образовывать при температуре выше 700°C не менее 50% кокса от массы исходного продукта, наполненной мочевиной, причем отношение содержания сухой смолы к содержанию мочевины составляет от 50:50 до 10:90, мас.%, после чего осуществляют напыление расплавленных дугой бронзовых электродов потоком струи азота, находящегося в баллоне под давлением от 2 до 10 атм.
