Способ получения многослойного композитного покрытия

Изобретение относится к способу высокоскоростного газопламенного напыления многослойного композитного покрытия из порошковых материалов на металлическое изделие. Нижний слой покрытия наносят толщиной 100-150 мкм из механически активированного порошка Ni, средний слой - толщиной 500-900 мкм из механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNiZr, а верхний слой толщиной 150-600 мкм из механически активированной смеси порошков из BN, В4С, Со, Ni, С при их соотношении, вес. %: BN 65-70, В4С 10-15, Со 8-10, Ni 4-7, С 1-3. Затем проводят отжиг при температуре 850-1000°С в течение 1,5-2 часа. После нанесения среднего слоя осуществляют его поверхностное пластическое деформирование при нагревании в интервале температур мартенситного превращения на величину до 2-5% от толщины слоя. Механическую активацию порошков и высокоскоростное газопламенное напыление производят в защитной атмосфере. Техническим результатом является повышение прочностных характеристик и износостойкости композитных покрытий с использованием материалов с эффектом памяти формы. 3 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения, к проблеме трения и износа и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности.

Так, например, известен способ получения композиционных покрытий из порошковых материалов, включающий подготовку обрабатываемой поверхности посредством очистки, промывки и струйно-абразивной обработки, с последующей лазерной наплавкой порошкового материала в среде инертного газа, в качестве порошкового материала используют смесь из частиц титана и карбида кремния с размером 20-100 мкм в массовом соотношении 6:4 или 6:5, а процесс наплавки осуществляют при мощности лазера 4÷5 кВт, скорости сканирования лазерного луча 500÷700 мм/мин и расходе порошка 9,6÷11,9 г/мин (патент РФ №2542199, опубл. 20.02.2015 г.).

Недостатком данного способа является технологическая сложность процесса, требующего нагрева материала, хрупкость покрытий и изменение структурного состояния основы в результате нагрева.

Известен способ нанесения наноструктурированных износостойких электропроводящих покрытий из разнородных материалов, включающий подачу порошка в сверхзвуковой поток подогретого рабочего газа (например, воздуха) и нанесение его на металлическую поверхность изделия, для исключения межфазных границ, а также обеспечения изменения химического состава наносимого материала покрытия по линейной или логарифмической зависимости подачу порошков производят одновременно из двух или более автономно работающих дозаторов, причем плотность массового расхода порошка из первого дозатора увеличивают от 0,01 до 2 г/см⋅см2, а плотность массового расхода порошка из второго дозатора соответственно уменьшают также по линейной или логарифмической зависимости от 2 до 0,01 г/см⋅см2, обеспечивая тем самым изменение химического состава по толщине наносимого покрытия (патент РФ №2362839, опубл. 27.07.2009 г.).

Недостатком данного способа являются низкие прочностные характеристики покрытия, такие как адгезия, предел усталости.

Известен способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия, наносят нижний слой из нитрида циркония и верхний - из соединения нитрида титана, хрома и ниобия при их соотношении, мас. %: титан 79,0-85,0, хром 9,0-11,0, ниобий 6,0-10,0, нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из титана и хрома, второй - из циркония и располагают противоположно первому, а третий изготавливают составным из титана и ниобия и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием второго катода, а верхний слой - с использованием первого и третьего катодов (патент РФ №2548864).

Недостатком данного способа являются низкая скорость нанесения покрытий, низкие прочностные характеристики покрытия.

В качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения выбран способ высокоскоростного газопламенного напыления многослойного композитного покрытия из порошковых материалов на металлическое изделие (патент РФ №25138533, опубл. 20.04.2014 г.).

Задачей предложенного изобретения является получение многослойных композитных покрытий из порошковых материалов, содержащих связующий слой - слой из материала с эффектом памяти формы - упрочняющий слой.

Техническим результатом является повышение прочностных характеристик и износостойкости композитных покрытий с использованием материалов с эффектом памяти формы.

Технический результат достигается предложенным способом высокоскоростного газопламенного напыления многослойного композитного покрытия из порошковых материалов на металлическое изделие, в котором нижний слой покрытия наносят толщиной 100-150 мкм из механически активированного порошка Ni, средний слой - толщиной 500-900 мкм из механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNiZr, а верхний слой толщиной 150-600 мкм из механически активированной смеси порошков из BN, В4С, Со, Ni, С при их соотношении, вес. %: BN 65-70, В4С 10-15, Со 8-10, Ni 4-7, С 1-3, затем проводят отжиг при температуре 850-1000°С в течение 1,5-2 часа, при этом после нанесения среднего слоя из сплава с эффектом памяти формы на основе TiNiZr осуществляют его поверхностное пластическое деформирование при нагревании в интервале температур мартенситного превращения на величину до 2-5% от толщины слоя, а механическую активацию порошков и высокоскоростное газопламенное напыление производят в защитной атмосфере. Механическую активацию порошков и высокоскоростное газопламенное напыление проводят в среде аргона. Механическую активацию порошков осуществляют в шаровой мельнице с использованием мелющих тел в виде шаров, состоящих из WC-CrC-Ni. В механически активированной смеси порошков используют углерод (С) в виде углеродных нанотрубок.

В процессе высокоскоростного газопламенного напыления механически активированных порошков происходит выделение энергии, накопленной в процессе механической активации, что обеспечивает более надежную адгезию с основой и между слоями и повышенные прочностные свойства многослойного композитного покрытия, а высокая скорость напыления обеспечивает формирование наноразмерной структуры. Принятая последовательность нанесения слоев «адгезионный слой - функциональный слой из материала с эффектом памяти формы - функциональный упрочняющий износостойкий слой» обеспечивает повышение прочностных характеристик и износостойкости композита. Наличие промежуточного слоя из материала с эффектом памяти формы, помимо характерных для этих материалов свойств памяти, сверхупругости или сверхэластичности (в зависимости от термообработки), тормозит, а иногда блокирует распространение дефектов типа трещин, возникающих в прочном, но хрупком поверхностном слое, и, как следствие, способствует повышению прочности и долговечности. Отжиг проводится для снятия внутренних напряжений после формирования многослойного композитного покрытия. Предложенный способ обеспечивает получение многослойного наноструктурированного композитного покрытия с эффектом памяти формы на стальных образцах с размером зерен 15-120 нм.

На первом этапе проводится механическая активация порошка Ni, порошка на основе TiNiZr, смеси порошков при следующем содержании компонентов, вес. %: 65-70 кубического нитрида бора, 10-15 карбида бора, 8-10 кобальта, 4-7 никеля, 1-3 углеродных нанотрубок, подвергают перемешиванию и измельчению в шаровой мельнице с использованием мелющих тел (в виде шаров), содержащих WC-CrC-Ni. Механическая активация порошков осуществляется в шаровой мельнице АГО-2У. Загрузка и обработка порошков производится в инертной атмосфере (среда аргона) со следующими параметрами: частота вращения барабана 1200-1500 мин-1, частота вращения водила 900-1000 мин-1, диаметр шаров 6 мм, время работы 15-30 мин.

На втором этапе проводится высокоскоростное газопламенное напыление в защитной атмосфере (среда аргона) механически активированных порошков. В камере при помощи вакуумного насоса создается вакуум, далее этот вакуум заполняется аргоном. Механически активированные порошки Ni, TiNiZr, BN-B4C-Co-Ni-C засыпают в порошковые дозаторы, связанные шлангами подачи порошков к соплу газопламенной горелки. Сопло газопламенной горелки имеет три канала для ввода порошков. Первый канал сопла, связанный с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка Ni, второй канал сопла связан с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNiZr, третий канал сопла связан с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка BN-B4C-Co-Ni-C. Раздельная подача механически активированных порошков в зону напыления возможна за счет конструкции сопла газопламенной горелки.

Многослойное композитное покрытие получаем следующим образом: сначала на стальной образец производят напыление нижнего слоя на основе механически активированного порошка Ni, имеющего неограниченную растворимость с железом толщиной 100-150 мкм на деталь (изделие), для увеличения адгезии с основой и с последующим слоем; на нижний слой на основе Ni наносят средний слой механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNiZr толщиной 500-900 мкм, после нанесения среднего слоя осуществляют его поверхностное пластическое деформирование на величину до 2-5% от толщины среднего слоя с помощью пресса, состоящего из верхней и нижней траверс; далее осуществляется нанесение верхнего слоя механически активированного порошка BN-B4C-Co-Ni-C толщиной 150-600 мкм. Контроль температуры процесса осуществляют пирометром. Вакуумная камера со смотровым окном расположена на раме. В процессе поверхностного пластического деформирования осуществляют нагрев среднего слоя при помощи трансформатора, соединенного с нижней траверсой пресса. Весь процесс получения композита осуществляется автоматически при помощи блока управления, к которому при помощи шлангов подсоединены баллоны с газами. Нагрев образца с композитным покрытием для отжига осуществляют с помощью трансформатора.

После получения композита проводят отжиг при температуре 850-1000°С в течение 1,5-2 часа.

Пример

На первом этапе проводится механическая активация порошка Ni, порошка на основе TiNiZr, смеси порошков при следующем содержании компонентов: 65 вес. % кубический нитрид бора, 15 вес. % карбида бора, 10 вес. % кобальта, 7 вес. % никеля, 3 вес. % углеродных нанотрубок, подвергают перемешиванию и измельчению в шаровой мельнице с использованием мелющих тел (в виде шаров), содержащих WC-CrC-Ni. Механическая активация порошков осуществляется в шаровой мельнице АГО-2У. Загрузка и обработка порошков производится в инертной атмосфере (среда аргона), со следующими параметрами: частота вращения барабана 1200 мин-1, частота вращения водила 1000 мин-1, диаметр шаров 6 мм, время работы 20 мин. На втором этапе проводится высокоскоростное газопламенное напыление в защитной атмосфере (среда аргона) механически активированных порошков. В камере при помощи вакуумного насоса создается вакуум, далее этот вакуум заполняется аргоном. Механически активированные порошки Ni, TiNiZr, BN-B4C-Co-Ni-C засыпают в порошковые дозаторы, связанные шлангами подачи порошков к соплу газопламенной горелки. Сопло газопламенной горелки имеет три канала для ввода порошков. Первый канал сопла, связанный с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка Ni, второй канал сопла связан с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNiZr, третий канал сопла связан с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка BN-B4C-Co-Ni-C. Раздельная подача механически активированных порошков в зону напыления возможна за счет конструкции сопла газопламенной горелки. Многослойное композитное покрытие получаем следующим образом: сначала происходит напыление нижнего слоя на основе механически активированного порошка Ni толщиной 100 мкм на деталь (изделие) для увеличения адгезии последующих слоев; на нижний слой на основе Ni наносят средний слой механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNiZr толщиной 600 мкм, после нанесения среднего слоя осуществляют его поверхностное пластическое деформирование на величину 2% от толщины среднего слоя с помощью пресса, состоящего из верхней и нижней траверс; далее осуществляют нанесение верхнего слоя механически активированного порошка BN-B4C-Co-Ni-C толщиной 450 мкм. Контроль температуры процесса осуществляют пирометром. Вакуумная камера со смотровым окном расположена на раме. В процессе поверхностного пластического деформирования осуществляют нагрев среднего слоя при помощи трансформатора, соединенного с нижней траверсой пресса. Весь процесс получения композита осуществляется автоматически при помощи блока управления, к которому при помощи шлангов подсоединены баллоны с газами. Нагрев образца с композитным покрытием для отжига осуществляют с помощью трансформатора. После получения композита проводят отжиг при температуре 900°С в течение 1,7 часа.

К преимуществам изобретения следует отнести технологическую простоту обработки, отсутствие требования дополнительного нагрева материала в процессе обработки, малую продолжительность цикла обработки, формирование в материале наноструктурного состояния, увеличение реакционной способности компонентов композита в связи с увеличением площади межфазных границ, реализацию деформационного и дисперсного упрочнения материала.

Результаты испытаний сведены в таблицу 1.

Как видно из таблицы 1, полученное многослойное композитное наноструктурированное покрытие с использованием материала с эффектом памяти формы обладает повышенными механическими свойствами и износостойкостью.

1. Способ высокоскоростного газопламенного напыления многослойного композитного покрытия из порошковых материалов на металлическое изделие, отличающийся тем, что нижний слой покрытия наносят толщиной 100-150 мкм из механически активированного порошка Ni, средний слой - толщиной 500-900 мкм из механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNiZr, а верхний слой толщиной 150-600 мкм из механически активированной смеси порошков из BN, В4С, Со, Ni, С при их соотношении, вес. %: BN 65-70, В4С 10-15, Со 8-10, Ni 4-7, С 1-3, затем проводят отжиг при температуре 850-1000°C в течение 1,5-2 часа, причем после нанесения среднего слоя осуществляют его поверхностное пластическое деформирование при нагревании в интервале температур мартенситного превращения на величину до 2-5% от толщины слоя, а механическую активацию порошков и высокоскоростное газопламенное напыление производят в защитной атмосфере.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что механическую активацию порошков и высокоскоростное газопламенное напыление проводят в среде аргона.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что механическую активацию порошков осуществляют в шаровой мельнице с использованием мелющих тел в виде шаров, состоящих из WC-CrC-Ni.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в механически активированной смеси порошков используют углерод (С) в виде углеродных нанотрубок.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к изготовлению узлов турбины, работающей в условиях высоких температур. Способ изготовления узла (10, 10а) турбины в виде расположенных между двумя платформами (46, 46΄) по меньшей мере двух аэродинамических профилей (12, 14), который формируют монолитным, включает создание первой защиты путем нанесения теплозащитного покрытия на по меньшей мере два соседних аэродинамических профиля (12, 14), при этом в процессе нанесения по меньшей мере одна область (16) одного аэродинамического профиля (14), находящегося в теневой зоне другого аэродинамического профиля (12, 14), остается необработанной, создание второй защиты в по меньшей мере одной необработанной области (16) одного аэродинамического профиля (14), находящегося в теневой зоне другого аэродинамического профиля (12, 14), путем модификации поверхности до нанесения теплозащитного покрытия или после его нанесения, причем первая и вторая технологии защиты отличаются одна от другой и вторая технология защиты приводит к модификации поверхности по меньшей мере одной области (16) одного аэродинамического профиля (14) из двух соседних аэродинамических профилей (12, 14), которая останется необработанной или которая осталась необработанной, путем нанесения покрытия, или травления, или придания шероховатости, или путем химического преобразования поверхности.

Изобретение относится к способам нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие и к металлическому изделию с указанным покрытием. Способ нанесения покрытия из алюминида титана на металлическое изделие включает холодное напыление алюминида титана на изделие для формирования покрытия из алюминида титана, причем покрытие из алюминида титана включает тонкую гамма/альфа2 структуру, а алюминид титана, нанесенный на изделие холодным напылением, имеет состав, включающий 45 мас.

Изобретение относится к получению многослойной энерговыделяющей наноструктурированной фольги для соединения материалов. Способ включает приготовление исходной смеси металлических порошков планетарным перемешиванием, формование смеси порошков горячей прецизионной прокаткой через валки.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке покрытий титан-никель-гафний с эффектом памяти формы, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине.

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных износостойких материалов конструкционного назначения и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в промышленности.

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения, к проблеме трения и износа и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности.

Изобретение относится к способам получения декоративных покрытий на изделиях из стекла, в частности на стеклокремнезите. Способ получения декоративного покрытия на стеклокремнезите включает измельчение и рассев цветных стекол, подачу стеклопорошка в плазменную горелку и плазменное напыление.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к оправке для использования в прошивном стане для прошивной прокатки заготовки. Оправка содержит тело оправки, содержащее передний концевой участок и задний концевой участок, наплавленный слой, сформированный по меньшей мере на части поверхности переднего концевого участка тела оправки, и напыленное пленочное покрытие, содержащее железо и оксиды железа и покрывающее по меньшей мере поверхность, начинающуюся от заднего конца наплавленного слоя до конца заднего концевого участка тела оправки.

Изобретение относится к получению декоративного покрытия на изделиях из древесины. Поверхность древесины предварительно покрывают первым внутренним слоем из эпоксидной смолы и вторым внутренним слоем из эпоксидной смолы и порошка стекла в соотношении 1:1.

Изобретение относится к области металлообработки, а именно к изготовлению сменных режущих пластин с износостойким покрытием для металлорежущего инструмента. Способ включает изготовление основы и нанесение на нее износостойкого покрытия.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к порошковым проволокам для нанесения покрытий, и может быть использовано для защиты поверхности деталей, работающих в условиях воздействия частиц абразива и высоких температур.

Изобретение относится к способам металлизации различных изделий из стеклокремнезита, в том числе и строительных материалов.. Способ включает предварительное нанесение промежуточного слоя на лицевую поверхность изделия из стеклокремнезита, плазменное напыление покрытия из металлов или сплавов и контроль качества, причем промежуточный слой наносят из пасты, состоящей из смеси порошка металла, жидкого стекла и тонкомолотого стеклопорошка в массовом соотношении 2:1:2 соответственно, а плазменное напыление металла проводят при мощности работы плазмотрона 4,0 кВт и расходе плазмообразующего газа 0,6 м3/мин.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к защитному покрытию для защиты конструкционной детали от коррозии и/или окисления. Безрениевый сплав на основе никеля, обладающий стойкостью к коррозии и/или окислению, содержит, в вес.%: кобальт 24-26, хром 12-15, алюминий 10,5-11,5, по меньшей мере один элемент из скандия и/или редкоземельных элементов, в частности иттрий, 0,1-0,7, тантал 0,1-3, необязательно кремний 0,05-0,6, никель - остальное.
Изобретение относится к металлургии, в частности к формированию на деталях из безуглеродистых жаропрочных никелевых сплавов химико-термической обработкой комбинированных покрытий для защиты от газовой коррозии в условиях высоких температур (выше 900°С), и может быть использовано в авиадвигателестроении, судостроении, танкостроении и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к формированию на медных электрических контактах покрытий на основе молибдена и меди, которые могут быть использованы в электротехнике в качестве электроэрозионностойких покрытий с высокой адгезией с основой на уровне когезии.
Изобретение относится к области металлургии, а именно нанесению покрытий с эффектом памяти формы. Способ получения наноструктурированных покрытий с эффектом памяти формы на стальной поверхности включает нанесение порошка с эффектом памяти формы на основе Ni на стальную поверхность, закалку с нагревом до 1000°C и последующим охлаждением в жидком азоте, пластическую деформацию полученного покрытия в три этапа при нагреве.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к антифрикционным материалам для газотермического напыления. Может использоваться в машиностроении при производстве, модернизации и ремонте подшипников скольжения.

Изобретение относится к способу получения магнитотвердого покрытия из сплава самария с кобальтом и может использоваться при изготовлении постоянных магнитов, используемых в конструкциях малогабаритных двигателей постоянного тока, бортовой измерительной аппаратуре, а также различных устройствах, предназначенных для исследования космического пространства.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к металлическому покрытию со связующим, и может быть использовано в качестве покрытия для детали газовой турбины.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к металлическому покрытию с фазами γ- и γ'. Металлическое покрытие из сплава на основе никеля для деталей газовых турбин содержит γ- и γ'-фазы, при этом сплав содержит, мас.%: железо 0,5-5, кобальт по меньшей мере 1, хром по меньшей мере 1, алюминий по меньшей мере 1, и, при необходимости, тантал (Та) и/или иттрий (Y).
Изобретение относится к области получения материалов, в частности к составам шихты для шликерных покрытий при формировании защитных покрытий на конструкционные материалы, используемые в энергетике, машиностроении, космической, ядерной технике и других областях промышленности.

Изобретение относится к способу высокоскоростного газопламенного напыления многослойного композитного покрытия из порошковых материалов на металлическое изделие. Нижний слой покрытия наносят толщиной 100-150 мкм из механически активированного порошка Ni, средний слой - толщиной 500-900 мкм из механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNiZr, а верхний слой толщиной 150-600 мкм из механически активированной смеси порошков из BN, В4С, Со, Ni, С при их соотношении, вес. : BN 65-70, В4С 10-15, Со 8-10, Ni 4-7, С 1-3. Затем проводят отжиг при температуре 850-1000°С в течение 1,5-2 часа. После нанесения среднего слоя осуществляют его поверхностное пластическое деформирование при нагревании в интервале температур мартенситного превращения на величину до 2-5 от толщины слоя. Механическую активацию порошков и высокоскоростное газопламенное напыление производят в защитной атмосфере. Техническим результатом является повышение прочностных характеристик и износостойкости композитных покрытий с использованием материалов с эффектом памяти формы. 3 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.

Наверх