Способ получения деформированного изделия из алюминиевого сплава с вакуумно-плазменным покрытием


 


Владельцы патента RU 2597451:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "СамГТУ") (RU)

Изобретение относится к способам получения изделий из сплавов алюминия обработкой давлением с последующим нанесением на них разнофункциональных вакуумно-плазменных покрытий. Способ получения деформированного изделия из алюминиевого сплава с вакуумно-плазменным покрытием включает подготовку заготовки путем горячей деформации, охлаждения после деформации, закалки, старения, шлифования, полирования и обезжиривания ее поверхности, при этом горячую деформацию осуществляют при температуре 380-450 °С, охлаждение заготовки после окончания деформирования проводят в воде, выдержку при температуре закалки проводят в течение 10-20 мин, а старение осуществляют при температуре 100-150 °С в течение 2-3 часов. Техническим результатом изобретения является повышение качества вакуумно-плазменных покрытий на деформированных изделиях из сплавов алюминия.

 

Изобретение относится к способам получения изделий из сплавов алюминия обработкой давлением с последующим нанесением на них разнофункциональных вакуумно-плазменных покрытий.

Известен способ получения деформированных изделий из сплавов алюминия, принятый за прототип, заключающийся в деформировании сплавов при температурах 450-380 градусов Цельсия, охлаждении на воздухе после окончания деформирования, закалке с выдержкой при температуре закалки в течение 20-40 минут, старении при температурах 100-150 градусов Цельсия в течение 6-8 часов [Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. - М.: Изд-во: МИСИС, 1999. - 416 с.]. Это способ является традиционной технологией получения изделий из алюминиевых сплавов обработкой давлением. В результате такой обработки деформируемые алюминиевые сплавы получают структуру твердого раствора с включениями упрочняющих фаз на базе химических соединений алюминия с медью, магнием, кремнием и другими компонентами, которая обеспечивает высокие показатели прочности и твердости.

Недостатком этого способа применительно к изделиям из алюминиевых сплавов, получаемых обработкой давлением с последующим нанесением разнофункциональных вакуумно-плазменных покрытий является то, что состояние поверхности заготовки не отвечает условиям оптимальности с позиций последующих операций подготовки поверхности под нанесение вакуумно-плазменных покрытий и собственно их нанесение. Технологический процесс изготовления изделий из алюминиевых сплавов обработкой давлением с вакуумно-плазменными покрытиями включает следующие основные операции: получение заготовки обработкой давлением; термическая обработка заготовки, включающая закалку и старение; шлифование и полирование поверхности заготовки; обезжиривание поверхности заготовки; нанесение вакуумно-плазменных покрытий.

В современной технологии нанесения покрытий все большее предпочтение получают вакуумно-плазменные методы, которые позволяют получать высококачественные разнофункциональные покрытия при сравнительно низких температурах с высокой адгезионной прочностью. Наивысшая адгезионная прочность вакуумно-плазменных покрытий достигается при использовании метода КИБ (конденсация вещества из паровой фазы с ионной бомбардировкой), при котором получение ионной компоненты металла происходит в плазме электродугового разряда (ионно-плазменные покрытия). При нанесении вакуумно-плазменных покрытий поверхность заготовки-изделия подвергается следующим стадиям обработки в вакуумной камере: ионная очистка и конденсация покрытия. При ионной очистке возможно растравливание и разрушение вторичных фаз сплавов, что снижает качество вакуумно-плазменных покрытий. Соответственно для нанесения высококачественных вакуумно-плазменных покрытий на заготовки и изделия из металлических материалов их поверхность должна отвечать определенной структуре и свойствам, определяющим качество поверхности. Характеристики качества поверхности делятся на физико-химические и геометрические. К основным физико-химическим характеристикам относятся: химический и фазовый составы, микроструктура, поверхностное напряжение, электродный потенциал, микротвердость, адгезия, электрические, магнитные, оптические. К основным геометрическим характеристикам поверхности относятся: макрогеометрия, волнистость, шероховатость, субмикрошероховатость. При этом наиболее важными в практическом плане являются вопросы структурной однородности поверхности и ее шероховатость. Первое обеспечивает однородность свойств покрытий по поверхности изделия, а минимальная шероховатость - адгезионную прочность, стойкость при окислении и абразивном износе. Вместе с тем, при одинаковом значении шероховатости после заготовительных операций, микрогеометрия поверхности после таких финишных операций, как механическое шлифование и полирование, будет зависеть от ее твердости. При механической обработке поверхности с низкой твердостью доля процессов срезания микровыступов будет меньше, чем доля их пластической деформации. Соответственно будет происходить загиб микровыступов от пластической деформации, а не их срезание. При загибе микровыступов под ними остаются различные загрязнения даже после тщательной очистки поверхности перед нанесением покрытий. Этим объясняется снижение качества ионно-плазменных покрытий и наличие микродуг на поверхности изделий после их нанесения. Этот негативный эффект еще более усиливается в случае структурной неоднородности поверхности объектов под нанесение вакуумно-плазменных покрытий. Соответственно, при нанесении таких покрытий важными являются вопросы повышения твердости и снижение шероховатости поверхности металлических материалов перед нанесением вакуумно-плазменных покрытий. Исходя из вышеизложенного состояние поверхности алюминиевых заготовок, полученное по традиционным режимам термической обработки не обеспечивает получения высококачественных вакуумно-плазменных покрытий, так как прочностные характеристики поверхности заготовок не отвечают максимально возможным значениям.

Технический результат изобретения - повышение качества вакуумно-плазменных покрытий на деформированных изделиях из сплавов алюминия.

Технический результат достигается тем, что в известный способ получения деформированных изделий из сплавов алюминия, заключающийся в деформировании сплавов при температурах 450-380 градусов Цельсия, охлаждении на воздухе после окончания деформирования, закалке с выдержкой при температуре закалки в течении 20-40 минут, старении при температурах 100-150 градусов Цельсия в течении 6-8 часов, шлифовании и полировании поверхности изделий, обезжиривании поверхности вносятся следующие изменения - охлаждение заготовки после окончания деформирования проводят в воде, выдержка заготовки при температуре закалки составляет 10-20 минут, длительность старения заготовки составляет 2-3 часа.

В этом случае значения прочностных показателей и показателей твердости поверхности заготовок-изделий из деформируемых алюминиевых сплавов будут иметь максимально возможные значения перед механической обработкой их поверхности и нанесением вакуумно-плазменных покрытий, что приведет к повышению качества покрытий на изделиях. Это обосновано положениями из теории и практики пластической и термической обработки алюминиевых сплавов. Форсированное охлаждение (в воду) заготовок из алюминиевых сплавов после горячей обработки давлением препятствует протеканию механизмов рекристаллизации и повышает твердость сплавов. Сокращение времени выдержки алюминиевых сплавов при закалке уменьшает степень растворимости упрочняющих фаз в закаленной структуре, а степень неравновесности исходной закаленной структуры определяет кинетику процесса старения сплавов. Сокращение длительности старения приводит к уменьшению доли метастабильной θ' -фазы (CuAl2) и преобладание стабильной θ-фазы (CuAl2) и упорядоченной θ" - фазы (зоны Г.П.2 - зоны Гинье-Престона), что приведет к получению максимально возможной твердости алюминиевых сплавов после закалки и старения.

Таким образом, одновременное изменение известных режимов охлаждения заготовок алюминиевых сплавов после горячей обработки давлением, времени выдержки при закалке и длительности старения по предложенным новым режимам даст возможность получить заготовку-изделие из алюминиевых сплавов после обработки давлением и механической обработки (шлифование и полирование) с максимально возможной твердостью и наилучшим физико-механическим состоянием поверхности для получения высококачественных вакуумно-плазменных покрытий на них по сравнению с известными режимами обработки давлением и термической обработки сплавов. Пример реализации предлагаемого способа.

Требуется нанести вакуумно-плазменное покрытие TiN (нитрид титана) методом КИБ на заготовку диаметром 20 мм и высотой 30 мм с полостью диаметром 15 мм и глубиной 5 мм из сплава Д1. Шероховатость поверхности изделия с покрытием Rα=0,16 мкм.

Способ осуществляется следующим образом.

1. Заготовка с полостью указанных размеров получена способом горячего обратного закрытого выдавливания сплава Д1 на гидравлическом прессе. Температурный режим выдавливания составил 450-400 градусов Цельсия.

2. Охлаждение заготовки после выдавливания произведено немедленно в воду с температурой 20-30 градусов Цельсия.

3. Произведена закалка заготовки при температуре 500-510 градусов Цельсия. Время выдержки при температуре закалки составило 10-20 минут.

4. Произведено старение заготовки после закалки при температуре 150 градусов Цельсия. Длительность старения составила 2-3 часа.

5. Произведена механическая обработка заготовки шлифованием и полированием до обеспечения заданной шероховатости Rα=0,06 мкм.

6. Произведена подготовка поверхности заготовки под нанесение ионно-плазменного покрытия TiN (обезжиривание).

7. Нанесение ионно-плазменного покрытия TiN методом КИБ по традиционным режимам нанесения для данного вида покрытия.

Все операции предлагаемого способа получения деформированных изделий из сплавов алюминия выполнены на отечественном кузнечно-прессовом, термическом, механическом и вакуумном оборудовании.

Проведен сравнительный анализ качества ионно-плазменного покрытия TiN на заготовках, полученных по способу согласно прототипу и по предлагаемому способу. Анализировали твердость сплава перед нанесением покрытия, микротвердость покрытия, адгезию покрытия, внешний вид покрытия.

Твердость сплава Д1 увеличилась на 200-400 МПа согласно предлагаемому способу получения заготовок по сравнению с прототипом (измеряли по методу Виккерса).

Микротвердость ионно-плазменного покрытия TiN для обоих вариантов получения изделий оказалась практически одинаковой H50=22-25 ГПа (измеряли на микротвердомере ПМТ-3).

Адгезионная прочность покрытия TiN на изделиях, полученных по предлагаемому способу, оказалась до 2-х раз выше, чем у заготовок, полученных согласно прототипу. Уровень адгезии определяли методом полирования (использовали круги из бязи с пастой ГОИ при скорости полирования 30 м/с в течение 15 с) и методом нагрева (изделия с покрытием нагревали до температуры 200 градусов Цельсия и выдерживали при этой температуре в течении 1 часа).

Внешний вид покрытия: на изделиях, полученных согласно прототипу не отвечал условиям эстетичности (наличие микродуг поверхности покрытия). Покрытие на изделиях, полученных по предлагаемого способу показало однородность цветовой гаммы по всей поверхности изделия.

Таким образом, предлагаемый способ получения деформированных изделий из сплавов алюминия позволяет повысить качество вакуумно-плазменных покрытий, наносимых на эти изделия, по сравнению с известными способами.

Прототип:

Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. - М.: Изд-во: МИСИС, 1999. - 416 с.

Способ получения деформированного изделия из алюминиевого сплава с вакуумно-плазменным покрытием, включающий подготовку заготовки путем горячей деформации, охлаждения после деформации, закалки, старения, шлифования, полирования и обезжиривания ее поверхности, отличающийся тем, что горячую деформацию осуществляют при температуре 380-450 °С, охлаждение заготовки после окончания деформирования осуществляют в воде, выдержку при температуре закалки проводят в течение 10-20 мин, а старение осуществляют при температуре 100-150 °С в течение 2-3 часов.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способам получения отливок из литейных сплавов алюминия с последующим нанесением на них разнофункциональных вакуумно-плазменных покрытий.

Изобретение относится к области нанесения алмазоподобных (DLC) покрытий на металлические детали, подвергающиеся в процессе эксплуатации трению. Металлическую деталь травят в СВЧ-плазме и подвергают нанесению WC-C слоя с градиентом состава.
Изобретение относится к области машиностроения и металлургии и может использоваться в авиационном и энергетическом турбостроении для защиты пера лопаток компрессора от эрозии и солевой коррозии при температурах эксплуатации до 800°C.

Изобретение относится к способу получения покрытия на поверхности металлического изделия и может быть использовано для обработки поверхностей лопаток компрессора газотурбинных двигателей и установок.
Изобретение относится к области получения и производства полимерных материалов, обладающих антибиотическими свойствами за счет создания тонкого покрытия. Синтез тонкого покрытия на поверхности изделия осуществляют в низкотемпературной плазме тлеющего разряда в парах 3-нитро-1-адамантановой кислоты.
Изобретение относится к области машиностроения, в частности к методам образования защитных покрытий на деталях, подверженных высоким температурам и механическим нагрузкам.

Изобретение относится к трубопроводной арматуре и предназначено для дисковых клапанов средних и больших размеров, может быть использовано в машиностроении, агрегато- и двигателестроении при создании запорных и регулирующих конструкций для регулирования больших расходов и перепадов давлений, в частности в дисковых клапанах с улучшенными функциональными свойствами такими, как антифрикционные, прочностные, износостойкие, эрозионно стойкие и пр.

Изобретение относится к вакуумной обработке поверхностей заготовок. Способ нанесения покрытия на металлические заготовки осуществляют в установке вакуумирования, содержащей выполненный в виде мишени первый электрод, который является частью источника испарения электрической дугой и через который подают дуговой разряд с током дугового разряда, посредством которого испаряют материал мишени, и второй электрод, который выполнен в виде держателя заготовок и вместе с заготовками образует электрод смещения, на который подают напряжение смещения.

Изобретение относится к способу изготовления заготовки светоотражающего элемента для оптических систем, включающему предварительную химико-механическую обработку поверхности сложнопрофильных деталей, формирование металлизированного отражающего слоя.

Изобретение относится к ионной очистке поверхности изделий из диэлектрического материала или проводящего материала с диэлектрическими включениями. Изделия размещают на проводящем держателе, генерируют плазму с импульсно-периодическим ускорением ее ионов путем прохождения плазменного потока через ускоряющий зазор и с обеспечением поочередного облучения поверхности изделий потоком ускоренных ионов и плазмой при подаче на проводящий держатель высокочастотных короткоимпульсных потенциалов смещения.
Изобретение относится к способам получения отливок из литейных сплавов алюминия с последующим нанесением на них разнофункциональных вакуумно-плазменных покрытий.
Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в кузнечных цехах металлургических и машиностроительных заводов при изготовлении полуфабрикатов из слитков алюминиевых сплавов.

Изобретение относится к алюминиевым сплавам для использования в производственной технологии ударного прессования для создания формованных контейнеров и других изделий промышленного производства.

Изобретение относится к полуфабрикатам из алюминиевого сплава, изготовленным полунепрерывной вертикальной разливкой с прямым охлаждением, которые могут быть использованы для изготовления конструкционных элементов для авиационно-космической промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изготовлению биметаллических заготовок из алюминиево-оловянных антифрикционных сплавов путем изменения их физической структуры сочетанием термической обработки и пластической деформации, и может быть использовано, например, в производстве подшипников скольжения.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия, и может быть использовано при получении деформированных полуфабрикатов в виде прессованных профилей, прутков, труб, катаных плит и листов, предназначенных для использования в строительстве, судостроении, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к высокопрочным кованым изделиям из алюминиевых сплавов и способам их получения. Кованое изделие, выполненное из деформируемого алюминиевого сплава, упрочняемого термообработкой, имеет кристаллическую микроструктуру, содержащую зерна первого типа с отклонением зерен от ориентации текстуры ≤3°, имеющие среднее отношение размеров в плоскости LТ-ST по меньшей мере 3,5:1, и зерна второго типа, отличные от зерен первого типа, причем зерна первого типа содержатся в количестве от 5 об.% до 50 об.%, при этом максимальная интенсивность текстуры по графику ODF составляет по меньшей мере 30.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к деформируемым сплавам на основе алюминия системы Al-Fe-Si в виде тонколистового проката, фольги, листов, плит, прессованных профилей, проволоки и др.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, более конкретно к способам изготовления листовых заготовок из деформируемых термически неупрочняемых алюминиево-магниевых сплавов с добавками переходных металлов.

Изобретение относится к области термической обработки металлов и сплавов, а именно к закалке сложноконтурных деталей и полуфабрикатов из сплавов на основе алюминия, широко используемых в авиационной и ракетной технике и других изделиях машиностроения в качестве конструкционных основных элементов.
Наверх