Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава

Изобретение относится к области получения керамических покрытий методами электроплазменного напыления на изделиях из титановых сплавов и может быть использовано в приборостроении и машиностроении, в частности в деталях компрессоров и турбин газотурбинных двигателей, в имплантируемых медицинских конструкциях. Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава включает электроплазменное напыление покрытия на основе диоксида и его модифицирование путем проведения микродугового оксидирования в водном щелочном электролите на основе гидроксида натрия с концентрацией 1-3 г/л в анодном режиме при постоянной плотности тока (2-2,5)×103 A/м2 продолжительностью 20-30 мин. Техническим результатом изобретения является повышение адгезии и микротвердости покрытия на основе диоксида циркония. 2 ил., 2 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области повышения свойств керамических покрытий на основе диоксида циркония, полученных методами электроплазменного напыления на изделиях приборостроения и машиностроения: детали компрессоров и турбин газотурбинных двигателей; имплантируемые медицинские конструкции.

Высокая эффективность функционирования изделий приборостроения обеспечивается упрочнением их рабочих поверхностей функциональными покрытиями, сформированными различными способами. Широкое применение в производстве изделий различного назначения получили газотермические методы напыления, среди которых наиболее распространена технология электроплазменного напыления покрытий на основе различных оксидов (Al2O3, ZrO2 и др.). Физико-механическая сущность процесса электроплазменного напыления обусловливает неоднородность структуры и механических свойств получаемых покрытий, наличие в них трещин и отслоений, что снижает функциональные качества поверхностного слоя изделий.

Метод электроплазменного напыления предусматривает введение в технологический процесс дополнительных операций, проведение технологически сложных операций упрочняющей обработки покрытия после его формирования, подготовки наносимых порошков (например, плакирование металлами), что является экономически малоэффективным, при этом не исключается возможность загрязнения покрытия примесями. Это способствует поиску новых путей решения имеющейся проблемы.

Известен способ упрочнения керамического теплозащитного покрытия, включающий плазменное нанесение металлического подслоя из сплава хрома, алюминия, иттрия или иттербия с никелем, или кобальтом, или железом и основного слоя из частично стабилизированного диоксида циркония с добавлением 5-40 об. % порошка стекла [Патент РФ на изобретение №2021389 / А.А. Верстак, С.Б. Соболевский // Способ получения теплозащитного покрытия. - 1994].

Основными недостатками способа являются использование дорогостоящих материалов (никель, иттрий), технологическая сложность процесса.

Известен также способ упрочнения покрытия, включающий нанесение перед плазменным напылением порошка диоксида циркония на поверхность изделия связующего вещества, содержащего хром, алюминий, иттрий, и последующую после напыления тепловую обработку в вакууме или на воздухе при температуре выше 1000°C в течение 1-10 ч [Заявка на изобретение №2008151788/02 от 15.05.2007 / Т.А. Тэйлор, А. Фойерштайн, Э. Болкавадж, Д.Л. Эпплбай, Н. Хитчман // Покрытия концевой части лопатки из высокочистых порошков].

Основными недостатками способа являются использование дорогостоящих материалов (никель, иттрий) и длительность тепловой обработки.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ упрочнения покрытия изделий из алюминия, титана, циркония и их сплавов методом микродугового оксидирования в режиме постоянного тока в комбинированном электролите на основе жидкого стекла 80-120 г/л, хромата натрия 2-10 г/л и гидроксида натрия 2-10 г/л, продолжительностью до 1,5 ч при плотности тока 5-25 А/дм2 и напряжении 120-500 В [Патент РФ на изобретение №2238352 / И.А. Казанцев, B.C. Скачков, А.Е. Розен, А.О. Кризенков // Способ получения покрытий. - 2004].

Недостатками способа являются длительность процесса (до 1,5 ч) и наличие диоксида кремния в составе получаемого покрытия, что снижает его прочностные характеристики.

Задачей изобретения является разработка способа повышения механических свойств оксидных электроплазменных напыленных покрытий на основе диоксида циркония на изделиях из титановых сплавов, обеспечивающего упрочнение покрытий.

Техническим результатом является повышение адгезии и микротвердости покрытий на основе диоксида циркония, сформированных электроплазменным напылением. Кроме того, предлагаемое техническое решение обеспечивает упрощение технологического процесса обработки покрытия при сокращении времени обработки.

Поставленная задача решается тем, что покрытие на основе диоксида циркония на изделиях из титановых сплавов, предварительно сформированное методом электроплазменного напыления диоксида циркония, модифицируют путем проведения процесса микродугового оксидирования в анодном режиме при постоянной плотности тока (2-2,5)×103 А/м2 продолжительностью 20-30 мин в водном щелочном электролите на основе гидроксида натрия концентрации 1-3 г/л.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены схема плазменного напыления (фиг. 1) и схема микродугового оксидирования (фиг. 2). В процессе получения покрытия используются: плазмотрон 1 для нанесения материала покрытия в виде порошка 2 на основу изделия 3, компрессор 4, который подает воздух в придонную часть электролитической ванны 6, источник питания 5.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Изделие 3 из титанового сплава с предварительно сформированным методом электроплазменного напыления (фиг. 1) покрытием на основе диоксида циркония толщиной 40-70 мкм, подвергают оксидированию на установке микродугового оксидирования (источник 5) в электролитической ванне 6, заполненной щелочным электролитом на основе водного раствора гидроксида натрия концентрации 1-3 г/л, в течение 20-30 мин, в анодном режиме при постоянной плотности тока (2-2,5)×103 А/м2 (фиг. 2). Перемешивание электролита осуществляют подачей воздуха с помощью компрессора 4 в придонную область электролитической ванны. При этом предварительно сформированное покрытие на изделиях из титановых сплавов может быть получено при напылении порошка диоксида циркония 2 дисперсностью 50-90 мкм с дистанции 90-120 мм при токе дуги плазмотрона 1, равным 300-400 А (фиг. 1), что позволяет наносить равномерное покрытие с оптимальной толщиной и структурой. При уменьшении дисперсности порошка диоксида циркония (менее 50) увеличивается разброс напыленных частиц по поверхности основы, толщина покрытия уменьшается. При увеличении дисперсности (более 90 мкм) в структуре наблюдаются непроплавленные зерна, имеющие низкую адгезию к основе; при токе дуги менее 300 А и дистанции напыления менее 90 мм уменьшается степень проплавления частиц напыляемого порошка. При увеличении тока дуги (более 400 А) и дистанции напыления (более 120 мм) увеличивается степень проплавления и разброс по поверхности основы напыляемых частиц, уменьшается равномерность покрытия.

Выбранные режимы микродутового оксидирования обеспечивают равномерное проплавление плазмонапыленного покрытия по всей поверхности: при уменьшении длительности процесса (менее 20 мин) и плотности тока (менее 2×103 А/м2) увеличивается доля не проплавленных участков плазмонапыленного покрытия, при увеличении плотности тока (более 2,5×103 А/м2) увеличивается вероятность разрушения плазмонапыленного покрытия. При увеличении длительности процесса оксидирования (свыше 30 мин) повышается содержание материала основы в покрытии. Выбранный тип электролита - щелочной на основе водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 1-3 г/л, для проведения процесса микродугового оксидирования позволяет избежать интенсивного травления покрытия и материала основы; наличия в покрытии элементов, входящих в состав электролита.

Пример осуществления способа повышения механических свойств покрытия.

Лопасть турбины из титанового сплава ВТ16 с покрытием толщиной 60 мкм, предварительно сформированным электроплазменным напылением порошка диоксида циркония дисперсностью 50-90 мкм с дистанции 110 мм при токе дуги 350 А, подвергали микродуговому оксидированию на лабораторной установке МДО-1 при комнатной температуре продолжительностью 20-30 мин в анодном режиме при плотности тока (2-2,5)×103 А/м2 и напряжении 100-250 В, в щелочном электролите на основе водного раствора гидроксида натрия концентрацией 1-3 г/л (табл. 2, примеры 6-8). Перемешивание электролита осуществлялось подачей воздуха в придонную область электролитической ванны.

Параметры технологического режима нанесения покрытий и их оптимальные значения представлены в табл. 1, 2.

Для подтверждения повышения механических характеристик плазмонапыленных покрытий были проведены измерения адгезии (ГОСТ 27890-88) и микротвердости покрытий (ГОСТ 9450-76), полученных предлагаемым способом и покрытий образцов, полученных следующими методами: электроплазменного напыления (ЭПН), микродугового оксидирования (МДО) и микродугового оксидирования с последующим электроплазменным напылением (МДО+ЭПН) по технологическим режимам табл. 1. Результаты измерений адгезии и микротвердости покрытий, сформированных на образцах опытной партии титанового сплава ВТ16, представлены в табл. 2.

Как показали результаты опытной проверки, предлагаемый способ модификации покрытий на титановом сплаве ВТ16, полученных ЭПН порошка диоксида циркония, путем проведения процесса МДО, позволяет формировать покрытия с более высокими показателями адгезии и микротвердости. Аналогичные результаты достигаются на титановых сплавах ВТ6, ВТ5, ВТ3, ВТ1.

Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава, включающий электроплазменное напыление покрытия на основе диоксида, отличающийся тем, что после напыления покрытия его модифицируют путем проведения микродугового оксидирования в водном щелочном электролите на основе гидроксида натрия с концентрацией 1-3 г/л в анодном режиме при постоянной плотности тока (2-2,5)×103 A/м2 продолжительностью 20-30 мин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к титановым лопаткам большого размера последних ступеней паротурбинных двигателей. Лопатка содержит сплав на основе титана и имеет переднюю кромку, включающую оксид титана, содержащий поры и верхний герметизирующий слой, заполняющий поры, выбранный из группы, состоящей из хрома, кобальта, никеля, полиимида, политетрафторэтилена и сложного полиэфира.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано для изготовления катушек индуктивности для высоковольтного электрооборудования, силовых низковольтных трансформаторов, трансформаторов распределительных сетей.

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.

Группа изобретений относится области медицины и может быть использовано для получения антибактериального покрытия на медицинских изделиях. Способ обработки поверхности медицинского изделия включает стадии, на которых: получают коллоидно-диспергированную систему, подвергают медицинское изделие обработке коллоидно-диспергированной системой путем погружения, создают разность потенциалов цепи переменного тока между медицинским изделием в качестве первого электрода и/или вторым электродом, помещенным в коллоидно-диспергированную систему, для превращения погруженной поверхности в оксидную пленку посредством плазменного электролитического оксидирования, при этом превращенная поверхность частично покрывается островками, образованными коллоидно-диспергированными частицами коллоидно-диспергированной системы.

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии, и предназначено для использования при изготовлении металлокерамических зубных протезов.

Изобретение относится к электрохимической обработке поверхности металлов и сплавов для получения коррозионно-стойких покрытий и может быть использовано для осуществления локальной обработки поверхности конструкций, например, из титановых сплавов в машиностроении, медицине, авиации.
Изобретение относится к области гальванотехники, а именно к электрохимической обработке поверхностей металлов и сплавов методом микродугового оксидирования (МДО), для создания толстослойных износостойких покрытий и может быть использовано для упрочнения деталей из алюминиевых сплавов объектов машиностроения, например двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении. Устройство содержит источник питания, бак для электролита, насос для перекачки электролита, электрохимическую ячейку, при этом оно содержит шунт для измерения силы тока, измеритель электрической мощности, вычислительный блок с преобразователем частоты, соединенный с насосом для перекачки электролита, который выполнен регулируемым.

Изобретение относится к области гальванотехники и может быть использовано в машиностроении для упрочнения или ремонта поверхностей деталей путем нанесения оксидного покрытия.

Изобретение относится к электрохимической технологии формирования износостойких, диэлектрических, антикоррозионных и декоративных оксидных или оксидно-керамических покрытий на электропроводящие изделия, в частности для нанесения неорганических покрытий на детали и изделия из алюминиевых, магниевых и титановых сплавов, используемых в авиационной, машиностроительной, химической и строительной промышленности.
Изобретение относится к напылению теплозащитных покрытий и может быть использовано в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.
Изобретение относится к напылению теплозащитных покрытий и может быть использовано в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению оправки для прошивного трубопрокатного стана для изготовления бесшовной стальной трубы. Способ включает этап дугового напыления расплавленной железной проволоки и напыление ее расплавленного материала на поверхность основного металла оправки с использованием дугового распылителя с образованием пленки, содержащей оксид железа и железо на поверхности основного металла оправки.

Изобретение относится к способам ангобирования строительных и отделочных материалов, в частности стеклокремнезита. Способ ангобирования стеклокремнезита включает измельчение и рассев беложгущейся глины, плазменное напыление покрытия на поверхность стеклокремнезита и контроль качества, при этом производят усреднение беложгущейся глины и добавление к ней боя стекла, прошедшего измельчение, рассев и усреднение при массовом соотношении 1:1 соответственно, подачу предварительно подготовленной механической смеси в порошковый питатель и плазменное напыление смеси при мощности плазмотрона 6,0 кВт и расходе плазмообразующего газа 0,4 м3/мин.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.
Изобретение относится к области материаловедения, в частности к способам напыления теплозащитных покрытий, и может найти применение в авиастроении и других областях машиностроения при производстве деталей турбинных двигателей и установок.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению оправки прошивного стана для производства бесшовной стальной трубы/трубки. Вначале осуществляют дробеструйную обработку поверхности оправки.
Изобретение может быть использовано в производстве деталей турбинных двигателей и установок, которые требуют формирования на рабочих поверхностях покрытий, имеющих высокое значение адгезии и когезии.

Изобретение относится к электрофизическим и электрохимическим способам обработки деталей, в частности к электроэрозионному легированию графитовым электродом и ионному азотированию поверхностей стальных деталей.

Изобретение относится к области получения керамических покрытий методами электроплазменного напыления на изделиях из титановых сплавов и может быть использовано в приборостроении и машиностроении, в частности в деталях компрессоров и турбин газотурбинных двигателей, в имплантируемых медицинских конструкциях. Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава включает электроплазменное напыление покрытия на основе диоксида и его модифицирование путем проведения микродугового оксидирования в водном щелочном электролите на основе гидроксида натрия с концентрацией 1-3 гл в анодном режиме при постоянной плотности тока ×103 Aм2 продолжительностью 20-30 мин. Техническим результатом изобретения является повышение адгезии и микротвердости покрытия на основе диоксида циркония. 2 ил., 2 табл., 1 пр.

Наверх