Способ нанесения износостойкого покрытия

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 области нанесения газотермических покрытий, более конкретно к способам нанесения плазменных покрытий на детали, работающие в экстремальных условиях.

Известен способ нанесения износостойкого покрытия, включающий получение порошковой шихты путем механического смешивания компонентов: самофлюсующегося сплава на основе никеля, содержащего хром, кремний, бор, и упрочняющей добавки на основе двойного борида, содержащей 22-36% от общего частиц дисперсностью 40-50 мкм и 64-78% от общего частиц дисперсностью 50-90 мкм, ввод в плазменную струю полученной шихты и последующее напыление на стальные образцы, предварительно подвергнутые дробеструйной обработке и обезжириванию (патент RU 2136777, МПК C23C 4/06, 1999 г.).

Недостатком известного способа является недостаточно высокая износостойкость покрытий (относительная износостойкость покрытий находится в пределах 6,4-13,2).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ нанесения износостойкого покрытия на поверхность стали, предварительно подвергнутой дробеструйной обработке, включающий получение дисперсной порошковой смеси самофлюсующегося сплава и упрочняющей добавки в виде диборида титана TiB2 в количестве 20-60 об.% от общего, ввод в плазменную струю смеси и ее напыление с последующим оплавлением поверхности покрытия (Клинская-Руденская Н.А., Копысов В.А., Коцот С.В. "Особенности композиционных покрытий на основе Ni-Cr-B-Si. Исследования износостойкости покрытий". Физика и химия обработки материалов. 1994, №6, с. 52-57) (прототип).

Недостатками известного способа являются недостаточно высокие значения микротвердости и износостойкости, а также недостаточно высокое качество полученного покрытия, обусловленное наличием пористости на границе раздела.

Задача предлагаемого технического решения состоит в повышении микротвердости и износостойкости покрытия, а также его качества за счет снижения пористости.

Поставленная задача достигается тем, что в способе нанесения износостойкого покрытия на поверхность стали, включающем очистку поверхности, получение дисперсной порошковой смеси самофлюсующегося сплава и диборида титана, ввод 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.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ нанесения износостойкого покрытия на поверхность стали, в котором предварительную 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 для приготовления исходной смеси исходные компоненты берут в предлагаемом интервале.

В ходе исследований, проведенных авторами, были определены условия нанесения износостойких покрытий на поверхность стали, позволяющие значительно повысить микротвердость, обеспечить отсутствие износа покрытий и высокое качество покрытий за счет отсутствия пор на границе раздела покрытия со сталью. Одним из условий достижения максимальной эффективности способа является очистка поверхности стали путем полировки. Именно на полированных стальных поверхностях стало возможным получение высокого качества границы раздела, которую невозможно обнаружить оптическим микроскопом без применения специального травления структуры поверхности шлифа. Существенным является использование в качестве компонента исходной смеси сплава кобальта, предварительно механически легированного порошком алюминия, дисперсность которого составляет менее 1 мкм. В процессе механического легирования ультрадисперсные частицы порошка алюминия покрывают частицы порошка кобальтового сплава за счет электростатических сил, при этом алюминий равномерно распределяется в механической смеси. Как показал эксперимент, с более крупными частицами алюминия подобного результата получить не удается, частицы алюминия в этом случае находятся в механической смеси порошков в свободном состоянии, а не закреплены за счет статических сил на частицах кобальтового сплава. Необходимым условием осуществления способа является соотношение компонентов в исходной смеси порошков, которое составляет (мас.%): сплав кобальта - 34,0÷59,5; алюминий - 6,0÷10,5; диборид титана - 30,0÷60,0. Именно при таком соотношении в покрытиях формируется фаза алюмокобальтового борида Al3Co20B6. Данная фаза обнаружена только при больших увеличениях и представляет собой своеобразный каркас в виде сетки с неправильной геометрией ячеек. Толщина стенок ячеек сетчатых структур колеблется от 5-120 нанометров до 1 микрометра. На фоне этой сетчатой структуры распределены зерна диборида титана. Причем уменьшение содержания диборида титана TiB2 в исходной смеси компонентов приводит к снижению количества алюмокобальтового борида Al3Co20B6, в формировании которого участвует бор, входящий в состав диборида титана. Это осуществляется в результате смачивания частиц диборида титана самофлюсующимся сплавом, что инициирует диффузию бора в матричный самофлюсующийся сплав. В состав самофлюсующегося кобальтового сплава входит бор, однако собственного бора недостаточно для формирования подобных структур, этим и объясняется необходимость введения в кобальтовый сплав, механически легированный алюминием, частиц порошка диборида титана. Увеличение содержания диборида титана TiB2 в исходной смеси компонентов нежелательно, так как приводит к росту пористости, поскольку количества жидкой фазы недостаточно для смачивания твердых включений, следствием чего является окисление зерен диборида титана (в покрытиях с увеличенным по сравнению с предлагаемым содержанием диборида титана обнаружены оксиды титана). Недостаточное смачивание является причиной и резкого снижения количества алюмокобальтового борида.

Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.

Для получения покрытия готовят исходную порошковую смесь, состоящую из кобальтового сплава, алюминия и диборида титана при следующем соотношении компонентов, мас.%: сплав кобальта - 34,0÷59,5; алюминий - 6,0÷10,5; диборид титана - 30,0÷60,0. Для получения механически легированного алюминием сплава кобальта берут порошок кобальтового сплава дисперсностью 40-63 мкм и порошок алюминия дисперсностью менее 1 мкм и помещают в смеситель типа "пьяная бочка", смешивают в течение 40 минут. Затем в смеситель добавляют порошок диборида титана дисперсностью 40-50 мкм и смешивают в течение 20 минут. После чего смесь подают под срез газовоздушного плазмотрона для напыления на стальные образцы, предварительно подвергнутые обезжириванию ацетоном и полировке, например, с помощью алмазной пасты. Напыление проводят на установке 15-ВБ газовоздушным плазмотроном при мощности плазмотрона 54-56 кВА, в качестве плазмообразующего газа используют смесь воздуха и природного газа в соотношении 4:1. После нанесения покрытия его подвергают оплавлению в печи при температуре 950-1050°C.

Износостойкость покрытия определяют по стандартной методике (ГОСТ 17367-71) на машине Х-4Б. Условия изнашивания: абразив - шкурка из SiC (размер зерна 50-63 мкм), эталон - ст. 50, закаленная до HRC=52-54 ед., путь трения - 15 м, нагрузка - 10 кг/см2.

Микротвердость измеряют на шлифах согласно ГОСТ 9450-76 на приборе ПМТ-3 вдавливанием четырехгранной алмазной пирамиды при нагрузке 100 г.

Пористость определяют микроскопическим методом.

Количество Al3Co20B6 в конечном покрытии определяют рентгенофазовым анализом на приборе Bruker.

Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. Берут 119 г порошка самофлюсующегося кобальтового сплава ПГ-10К-01 дисперсностью 40-63 мкм, 21 г порошка алюминия дисперсностью менее 1 мкм и 60 г порошка диборида титана TiB2 дисперсностью 40-50 мкм при этом соотношение составляет (мас.%): сплав кобальта - 59,5; алюминий - 10,5; диборид титана - 30. Порошок кобальтового сплава и порошок алюминия помещают в смеситель типа "пьяная бочка" и смешивают в течение 40 минут. Затем в смеситель добавляют порошок диборида титана и смешивают в течение 20 минут. Далее смесь подают под срез сопла газовоздушного плазмотрона для напыления на стальные образцы (ст. 3), предварительно подвергнутые обезжириванию ацетоном и полировке алмазной пастой. Напыление осуществляют плазменным методом на установке 15-ВБ при мощности плазмотрона 54 кВА, в качестве плазмообразующего газа используют смесь воздуха и природного газа в соотношении 4:1. После напыления покрытия проводят его оплавление в печи при температуре 950°C.

Получают покрытие со следующими характеристиками: пористость основного слоя (%) - 3-6; микротведость при нагрузке 100 г (кг/мм2) - 3500; относительная износостойкость - износ отсутствует, покрытие полируется; пористость на границе раздела (%): границу раздела невозможно обнаружить без специального травления структуры.

Пример 2. Берут 102 г порошка самофлюсующегося кобальтового сплава ПГ-10К-01 дисперсностью 40-63 мкм, 18 г порошка алюминия дисперсностью менее 1 мкм и 180 г порошка диборида титана TiB2 дисперсностью 40-50 мкм при этом соотношение составляет (мас.%): сплав кобальта - 34; алюминий - 6; диборид титана - 60. Порошок кобальтового сплава и порошок алюминия помещают в смеситель типа "пьяная бочка" и смешивают в течение 40 минут. Затем в смеситель добавляют порошок диборида титана и смешивают в течение 30 минут. Далее смесь подают под срез сопла газовоздушного плазмотрона для напыления на стальные образцы (ст. 3), предварительно подвергнутые обезжириванию ацетоном и полировке алмазной пастой. Напыление осуществляют плазменным методом на установке 15-ВБ при мощности плазмотрона 56 кВА, в качестве плазмообразующего газа используют смесь воздуха и природного газа в соотношении 4:1. После напыления покрытия проводят его оплавление в печи при температуре 1050°C.

Получают покрытие со следующими характеристиками: пористость основного слоя (%) - 9-11; микротведость при нагрузке 100 г (кг/мм2) - 3900; относительная износостойкость - износ отсутствует, покрытие полируется; пористость на границе раздела (%): 4-6.

Остальные примеры осуществления способа приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый способ нанесения износостойкого покрытия позволяет значительно повысить микротвердость, качество покрытия за счет снижения пористости основного слоя и сформировать покрытие, не подверженное износу в условиях сухого абразивного трения.

Способ нанесения износостойкого покрытия на стальную поверхность, включающий очистку поверхности, получение дисперсной порошковой смеси самофлюсующегося сплава и диборида титана, ввод в плазменную струю смеси и ее напыление с последующим оплавлением поверхности покрытия, отличающийся тем, что 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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу и устройству газопламенного напыления наноструктурированных покрытий. Распылитель содержит форкамеру.

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.

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.
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.
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.

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.

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 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.
Изобретение относится к получению покрытий. Может использоваться в различных отраслях машиностроения при изготовлении или восстановлении деталей.
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 судостроения, в частности к способу защиты металлических элементов судовых движителей. Способ включает нанесение на поверхность металлических элементов методом газотермического напыления защитного слоя из алюминия или цинка и сплавов на их основе, крацевание его внешней поверхности и нанесение на защитный слой полимеризирующего пропитывающего состава с последующей его сушкой.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к защитным покрытиям конструкционных деталей. Сплав на основе никеля для защитного покрытия конструкционной детали, в частности детали газовой турбины, предназначенного для защиты от коррозии и/или окисления детали при высоких температурах, содержит следующие элементы, вес.%: от 22 до менее 24 кобальта, 15-16 хрома, 10,5-12 алюминия, 0,2-0,6, по меньшей мере одного элемента из группы, включающей скандий (Sc) и/или редкоземельные элементы, кроме иттрия, при необходимости, от 0,3 до 1,5 тантала (Та), никель (Ni) - остальное.

Изобретение относится к области получения покрытий со специальными свойствами, в частности к покрытиям с высокой стойкостью к коррозионным повреждениям и износу.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к поршневому кольцу для двигателя внутреннего сгорания с покрытием, нанесенным термическим напылением порошка.

Изобретение относится к слоистой системе со слоем MCrX и слоем, обогащенным хромом. Слоистая система (1) содержит подложку (4) и многослойное покрытие, при этом многослойное покрытие содержит один слой MCrX (7, 7′) в качестве самого нижнего слоя (7, 7′) на подложке (4), в котором Х является, по меньшей мере, иттрием (Y) и/или кремнием (Si), и/или алюминием (Al), и/или бором (B), в котором М является никелем (Ni) и/или кобальтом (Co), обогащенный хромом слой (10) на или в по меньшей мере одном слое MCrX (7, 16) и первый внешний MCrX″ слой (13), который находится на обогащенном хромом слое (10), где X″ является, по меньшей мере, Y, Si и/или B, причем указанный нижний слой MCrX (7) присутствует на подложке (4) и под обогащенным хромом слоем (10).

Изобретение относится к элементу конструкции нефтехимического оборудования, работающему при температуре 230-990оС и способу обработки поверхности этого элемента. Указанный элемент содержит исходную подложку из черного или цветного металла, или стали, диффузионный слой и слой аморфного металла.

Группа изобретений относится к деталям скольжения двигателя внутреннего сгорания. Деталь содержит основу и нанесенное на нее термическим напылением покрытие с открытой контактной поверхностью, включающее, по меньшей мере, две фазы материала покрытия с различной прочностью, причем одна из, по меньшей мере, двух фаз материала покрытия, имеющая наименьшую прочность, углублена относительно другой или других фаз покрытия.

Изобретение относится к керамическому термобарьерному покрытию, которое имеет наноструктурный и микроструктурный слой. Керамическое термобарьерное покрытие на подложке из жаропрочного сплава на основе никеля или кобальта, или железа содержит необязательно металлическое связующее покрытие (7) и два наслоенных керамических слоя (16) с внутренним керамическим (10) и внешним керамическим (13) слоем.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к элементу скольжения двигателя внутреннего сгорания. Элемент скольжения двигателя внутреннего сгорания включает основу и покрытие, полученное посредством термического напыления порошка, содержащего, мас.%: от 55 до 75 Cr, от 3 до 10 Si, от 18 до 35 Ni, от 0,1 до 2 Мо, от 0,1 до 3 C, от 0,5 до 2 B и от 0 до 3 Fe.

Изобретение относится к области машиностроения и ремонта машин и может быть использовано как при изготовлении новых деталей, так и при восстановлении изношенных деталей, в частности подшипников скольжения.

Изобретение относится к способу изготовления стального поршневого кольца (1′) с износоустойчивым покрытием (8, 9) для двигателя внутреннего сгорания, при котором формируют базовое тело (1), предназначенное для образования камеры (2) в двигателе внутреннего сгорания стороной рабочей поверхности (3).

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.

Наверх