Способ формирования покрытия на поверхности детали

Изобретение относится к области электрофизических методов обработки материалов, в частности к электроискровому легированию, и может быть использовано для получения покрытий с регламентированными свойствами. Способ включает нанесение на поверхность детали клеевого слоя из смеси, содержащей порошковый материал и клей при следующем соотношении, мас. %: порошковый материал 75-90, клей - остальное, после высыхания которой клеевой слой подвергают окончательной обработке, причем используют порошковый материал с дисперсностью 0,1-500 мкм, клей в виде токопроводящего клея с удельным объемным сопротивлением не более 0,01 Ом⋅см. Клеевой слой наносят толщиной не более 2,0 мм, а окончательную обработку осуществляют путем электроискрового легирования с энергией импульсов от 0,1 до 10,0 Дж. Изобретение обеспечивает возможность придавать формируемому покрытию регламентированные дополнительные физико-механические свойства. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к области электрофизических методов обработки материалов и может быть использовано для нанесения на поверхность изделий покрытий с регламентированными свойствами.

Для улучшения физических, химических, механических и технологических свойств поверхность деталей легируют, вводят в их состав различные легирующие элементы или наносят на детали покрытия с требуемыми физико-механическими свойствами.

Известен способ легирования стальных деталей путем термодиффузионного насыщения поверхности деталей различными легирующими элементами, который заключается в нанесении на поверхность детали обмазки, содержащей легирующий элемент, и выдержке в печи детали при высокой температуре с последующим охлаждением (см. Ю.М. Лахтин, Б.Н. Арзамасов. «Химико-термическая обработка металлов», М.: «Металлургия», 1985 г., с. 255).

Недостатком этого способа является длительность процесса, высокие температуры нагрева деталей и небольшая толщина диффузионного слоя, при этом концентрация легирующего элемента резко снижается от поверхности вглубь материала детали. Кроме того, при высоких температурах нагрева растет зерно аустенита, что приводит к снижению механических свойств стали и деформации изделий.

Известен способ нанесения покрытий (RU 2072282 C1, В23Н 9/00, опубл. 27.11.2008), заключающийся в осуществлении электроискрового легирования поверхности деталей вибрирующим электродом и пластического деформирования нанесенного покрытия торцовой поверхностью вращающегося диска. Для этого в диске выполняют сквозные пазы, через которые осуществляются контакты вибрирующего электрода с деталью, и частоту вибрации электрода согласуют с частотой следования пазов диска при его вращении. При реализации способа происходит деформирование нанесенного покрытия в пластичном состоянии.

Однако при нанесении твердосплавных покрытий снижается теплопроводность поверхности, что уменьшает теплоотвод и вызывает перегрев рабочего органа, снижение его твердости и, как следствие, уменьшение износостойкости.

Известен способ нанесения упрочняющего покрытия с армирующим эффектом (RU 2304185 C1, С23С 28/02, B22D 19/08, В23Н 9/00, опубл. 10.08.2007), включающий наплавку покрытия из твердого сплава на поверхность детали, а затем на полученное покрытие наносят новое покрытие методом электроискрового легирования.

Однако данный способ приводит к изменению фазового состава поверхности детали и способствует появлению микротрещин поверхности детали, а также увеличивает продолжительность и стоимость обработки.

Наиболее близким техническим решением и взятым за прототип является способ формирования износостойких покрытий по RU 2262553 С2, С23С 26/00, B22F 7/02, B22F 3/093, опубл. 20.10.2005, включающий нанесение на поверхность детали клеевого слоя, содержащего порошковый материал дисперсностью 0,1-50 мкм, смешанного с клеем до однородной массы, при следующем соотношении массовых процентов: порошковый материал 75-90; клей - остальное. Затем производят окончательную обработку высохшего клеевого слоя давлением, путем обкатки роликом и/или обработку ультразвуком, при этом рабочую поверхность инструмента перемещают относительно детали при вращательном или поступательном движении детали.

Недостатком способа является сложность технологического процесса, требующего специального оборудования и невысокая сцепляемость получаемого покрытия с поверхностью детали.

Целью изобретения является формирование покрытия на поверхности детали, на участках и зонах поверхности, испытывающих повышенные отрицательные воздействия, с регламентированными свойствами, ослабляющими или исключающими влияние отрицательных воздействий на деталь.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе формирования покрытия на поверхности детали, включающий нанесение на поверхность детали клеевого слоя из смеси, содержащей порошковый материал и клей при следующем соотношении, масс. %: порошковый материал 75-90, клей - остальное, после высыхания которой клеевой слой подвергают окончательной обработке, при этом используют порошковый материал с дисперсностью 0,1-500 мкм, клей в виде токопроводящего клея с удельным объемным сопротивлением не более 0,01 Ом⋅см, причем клеевой слой наносят толщиной не более 2,0 мм, а окончательную обработку осуществляют путем электроискрового легирования с энергией импульсов от 0,1 до 10,0 Дж.

Также клеевой слой на поверхности детали получают путем последовательного нанесения одного на другой нескольких слоев из смеси, содержащей в качестве порошкового материала разные вещества, с промежуточной сушкой каждого предыдущего слоя.

Сущность изобретения заключается в том, что отдельные участки и зоны детали, несущие при эксплуатации наибольшую нагрузку физического воздействия (давление, температура, истирание и т.п.), требуют формирования покрытия на поверхности детали увеличенной стойкости этих участков. При электроискровом легировании искра создает температуру, достигающую 20000°К (Бурумкулов Ф.Х. и др. Электроискровые технологии восстановления и упрочнения деталей машин и инструментов (теория и практика). Саранск, «Красный Октябрь», 2003, С. 11, Таблица 1.1). Проходя через клеевой слой, искра выжигает клеевую основу и, расплавляя материал порошка, часть его диффундирует в поверхностный слой материала детали, а часть остается в покрытии, создаваемом электроискровым легированием.

Размер частиц применяемого легирующего порошкового материала и энергия импульса электроискровой обработки определяют глубину диффузного слоя, а степень насыщения порошком клеевого слоя и толщина его нанесения на поверхность детали определяют количество введенного в покрытие легирующего элемента.

Для формирования покрытий на поверхности детали с различными физико-механическими свойствами, клеевой слой на поверхности детали получают путем последовательного нанесения одного на другой нескольких слоев из смеси, содержащей в качестве порошкового материала разные вещества, с промежуточной сушкой каждого предыдущего слоя.

Способ включает в себя следующие технологические операции:

- составление смеси из порошкового материала и токопроводящего клея;

- нанесение слоя клеевой смеси на участок детали;

- сушка нанесенного слоя;

- обработка участка детали с нанесенным слоем электроискровым легированием.

Способ осуществляется следующим образом.

Пример 1. Известно, что надежность кулачковых механизмов преимущественно определяется долговечностью кулачков, рабочая поверхность которых теряет работоспособность вследствие контактно-усталостного износа в процессе эксплуатации. Ранее было установлено также, что "зависимость износа от теплопроводности покрытия не носит монотонного характера … чем выше теплопроводность, тем ниже величина износа детали" (RU 2484180 С2, С23С 28/00).

При осуществлении предлагаемого способа упрочнение рабочей поверхности кулачка производили электроискровым легированием стандартным электродом из твердого сплава Т15К6 ГОСТ3882-74, а в качестве теплоотводящего материала применялась медь. Медный порошок марки ПМС-В (размеры частиц порошка 0,045-0,224 мм) ГОСТ 4960-2009 смешали с электропроводящим клеем Контактол Радио (удельное объемное сопротивление 0,01 Ом⋅см) в весовом соотношении 8:2 и нанесли на рабочую поверхность кулачка слоем толщиной 0,2-0,3 мм. Сушку клеевого слоя проводили на воздухе при комнатной температуре в течение 24 часов. Электроискровое легирование производили установкой для электроискрового легирования БИГ-5 ТУ 3312-001-02069964-2012 с обработкой на режиме №50, который характеризуется следующими показателями:

амплитудный ток 200 А
длительность импульса 250 мкс
энергия импульсов 1,8 Дж
частота импульсов 200 Гц

После окончательной обработки кулачков электроискровым легированием проводился разрез кулачка и изготовлялся шлиф участка кулачка с покрытием. Толщина нанесенного покрытия составила 6,4±0,5 мкм. Микроскопический анализ шлифа показал, что медь в покрытии распределена по всему объему покрытия в виде мелких вкраплений. Твердость поверхности кулачков контролировали твердомером Бринелля ТН 600. Твердость участков кулачков с покрытием легированием, созданным в соответствии с изобретением, составила 426 НВ.

Кроме того, проводили измерение теплопроводности кулачка косвенным способом, используя методику, приведенную в (Лившиц Б.Г. и др. Физические свойства металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1980. - 320 с.) Теплопроводность покрытия твердым сплавом Т15К6 известным способом составила 0,46 Вт/см⋅К, а с добавкой меди с использованием способа в соответствии с изобретением - 0,71 Вт/см⋅К, что привело к увеличению износостойкости кулачка не менее чем на 15%.

Пример 2. Исследования, представленные в источнике (Наноструктурирование поверхности стали электроискровой обработкой новыми электродными материалами на основе карбида вольфрама. Николенко С.В. и др. Электронная обработка материалов. - №47(3) - 2011, С. 28-35), показали, что добавка Al2O3 в количестве 1 мас. % в сплав ВК8 увеличивает по сравнению со стандартным сплавом ВК8 суммарный массоперенос и эффективность процесса формирования легированного слоя почти в 3 раза, а микротвердость легированных слоев превышает в 3-4 раза микротвердость стали 35.

По предлагаемому способу введение оксида алюминия в наносимую электроискровым легированием поверхность проводили приготовлением смеси из 75% порошка оксида алюминия (глинозема) ГК-4 ГОСТ 30559-98 и 25% электропроводящего клея НТК (удельное объемное электрическое сопротивление 0,05-0,08 Ом⋅см). Смесь наносили на поверхность детали из стали 35 слоем 0,5±0,1 мм и производили сушку нанесенного слоя. Электроискровое легирование проводили установкой БИГ-5 на 10 режиме обработки:

амплитудный ток 120 А
длительность импульса 50 мкс
энергия импульсов 0,11 Дж
частота импульсов 1600 Гц

После электроискровой обработки толщина нанесенного слоя составила 5,7±0,5 мкм. Измеренная твердость поверхностного слоя детали показала, что твердость поверхности детали с упрочненным слоем оказалась равной 495 НВ, что в 3 раза больше, чем неупрочненного (твердость 161 НВ).

Предлагаемый способ дает возможность оперативно формировать покрытие с регламентированными свойствами, при этом он имеет ряд преимуществ перед аналогами и прототипом, а именно:

- позволяет формировать покрытия на конкретных участках поверхности детали;

- при формировании покрытия детали не подвергаются экстремальным физическим воздействиям;

- способ дает возможность производить упрочнение деталей механизма на месте эксплуатации, не удаляя деталь из механизма и не разбирая механизм;

- способ позволяет рационально использовать легирующие элементы, нанося их точное количество на участок поверхности детали независимо от сложности рельефа поверхности детали;

- сформированное покрытие имеет большую степень сцепляемости с материалом детали «… прочность сцепления покрытий, образованных электроискровой обработкой находится на уровне наплавочных методов» (Ф.X. Бурумкулов и др. Электроискровые технологии восстановления и упрочнения деталей машин и инструментов (теория и практика). - Саранск: Тип. «Крас. Окт.», 2003. - С. 104). «Отслоение нанесенных на металлические поверхности покрытий электроискровым способом не наблюдается» (там же, С. 38).

- при реализации способа применяются распостраненные материалы и серийно выпускаемые установки для электроискрового легирования.

1. Способ формирования покрытия на поверхности детали, включающий нанесение на поверхность детали клеевого слоя из смеси, содержащей порошковый материал и клей при следующем соотношении, мас. %: порошковый материал 75-90, клей - остальное, после высыхания которой клеевой слой подвергают окончательной обработке, отличающийся тем, что используют порошковый материал с дисперсностью 0,1-500 мкм, клей в виде токопроводящего клея с удельным объемным сопротивлением не более 0,01 Ом⋅см, причем клеевой слой наносят толщиной не более 2,0 мм, а окончательную обработку осуществляют путем электроискрового легирования с энергией импульсов от 0,1 до 10,0 Дж.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что клеевой слой на поверхности детали получают путем последовательного нанесения одного на другой нескольких слоев из смеси, содержащей в качестве порошкового материала разные вещества, с промежуточной сушкой каждого предыдущего слоя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для создания на металлических поверхностях различных покрытий методом электроискрового легирования.

Изобретение относится к покрытию изделий, инструментов и конструктивных элементов, которые должны иметь хорошие скользящие свойства или которые применяются в трибологических системах, в которых, как правило, должно применяться смазочное вещество для снижения трения.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам нанесения покрытий методами электроискрового легирования. Способ формирования износостойкого слоя на поверхности деталей из титана или сплавов на его основе включает проведение процесса методом электроискрового легирования на различных режимах, при этом на обрабатываемую поверхность упрочняемой детали предварительно наносят слой материала на основе углерода, который для адгезии к поверхности детали наносят в виде краски или пасты толщиной не менее 0,01 мм.

Изобретение относится к электроискровому нанесению покрытия и может быть использовано в машиностроительном и ремонтном производстве для получения износостойких покрытий на деталях.

Изобретение относится к электрическим методам обработки материалов и может быть использовано для повышения ресурса работы и надежности электроискровым легированием скользящих электрических контактов (СЭК), применяемых в коллекторах, вращающихся контактных устройствах (ВКУ), коммутаторах и других прецизионных контактных узлах приборов и систем автоматического управления.

Изобретение относится к области электрофизической и электрохимической обработки, в частности к электроэрозионному легированию. Способ оребрения наружной поверхности стальной трубы теплообменного аппарата включает формирование на трубе поверхностных слоев путем электроэрозионного легирования поверхности стальной трубы электродом из меди, бронзы, стали или графита, при котором задают шероховатость легированной поверхности от 1 до 200 мкм изменением энергии разряда в диапазоне Wp = 0,01-6,8 Дж.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к электрофизическим методам обработки закаленных стальных деталей электроискровым легированием. В способе электроискрового легирования закаленных стальных деталей осуществляют перенос легирующего материала электрода-инструмента на поверхность детали под действием импульсных электроискровых разрядов между подключенными к источнику постоянного электрического тока в качестве анода электродом-инструментом, а в качестве катода деталью.

Изобретение относится к области порошковой металлургии и катализаторной промышленности и может быть использовано для получения мелкодисперсных порошков электропроводных металлов методом электроэрозионного диспергирования.

Изобретение может быть использовано для упрочнения рабочих поверхностей почвообрабатывающих орудий сельскохозяйственных машин, эксплуатирующихся в условиях абразивного изнашивания.

Изобретение относится к электроабразивному шлифованию внутренних поверхностей отверстия сложной формы в детали. В способе электроабразивное шлифование осуществляют в три этапа.

Изобретение относится к области электрофизической и электрохимической обработки, в частности к электроэрозионному легированию, и может применяться для обработки поверхностей элементов импульсных торцевых уплотнений (ИТУ). Способ формирования износостойкого покрытия на рабочей поверхности стального кольца импульсного торцевого уплотнения включает обработку рабочей поверхности импульсного торцевого уплотнения методом электроэрозионного легирования графитовым электродом при энергии разряда в диапазоне 0,036-4,6 Дж и последовательное формирование слоев комбинированного электроэрозионного покрытия вида сплав ВК8 - Cu - сплав ВК8. Кроме того, первый и последний слои из твердого сплава ВК8 наносят при энергии разряда Wu=0,1 Дж, а медь при Wu=0,04 Дж. Изобретение обеспечивает улучшение параметров рабочих поверхностей стальных колец импульсных уплотнений, влияющих на их износостойкость. 4 з.п. ф-лы, 3 ил., 9 табл.

Изобретение относится к области электрохимической обработки, в частности к способам размерной электрохимической обработки в проточном электролите при обработке углублений, выборок, выемок. В способе обрабатываемую деталь устанавливают в катодное устройство с обеспечением ее плотного прилегания к изолятору, при этом катодное устройство с деталью устанавливают на стол электрохимического станка и осуществляют обработку детали в проточном электролите с помощью неподвижного электрода-инструмента. При этом используют изолятор, выполненный с пазом для электрода-инструмента, который имеет эквидистантно заниженные размеры боковой поверхности относительно размеров контура паза на 0,2…0,3 мм, а обработку осуществляют в 6%-ном растворе натриевой селитры и с низкой линейной скоростью электрохимического растворения металла Vp мм/с в пределах 0,1-0,5 долей от величины поля допуска Δt мм на размер глубины выборки h мм, причем Vp=[0,1…0,5]⋅Δt. Техническим результатом изобретения является обеспечение высокой геометрической и статической степени точности обработки выемок, углублений, выборок за счет стабилизации линейной скорости растворения металла и стабилизации электропроводности электролита. 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано в машиностроении, станкостроении, авиастроении, приборостроении, электронике и многих других областях. Способ формирования микрорельефа на поверхности металлических изделий включает обработку поверхности изделия в вакууме сконцентрированным потоком энергии, локализованной в перемещающихся по поверхности изделия катодных пятнах вакуумно-дугового разряда, горящего между изделием, являющимся катодом, и анодом, при этом обработку поверхности изделия ведут в диапазоне давлений вакуума от 10 Па до 200 Па. Техническим результатом является упрощение процесса формирования микрорельефа на поверхности металлических изделий, исключение процессов обезуглероживания и окисления обрабатываемой поверхности, а также возможность обрабатывать поверхности сложной геометрической формы при повышении производительности процесса за счет высокой скорости перемещения катодных пятен. 5 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при обработке деталей из материалов с анизотропной проводимостью, в частности прессованных деталей из металлических порошков и гранул. В способе перед началом обработки деталь устанавливают с расположением вектора направления ее прессования параллельно электроду-проволоке, устанавливают напряжение для источника технологического тока, далее перемещают электрод-проволоку до плотного соприкосновения с деталью по всей длине обработки, измеряют силу тока, проходящего через электрод-проволоку на данном участке обработки детали, после чего отводят электрод-проволоку от детали и обрабатывают электродом-проволокой первый участок детали при величине установленного напряжения. Затем подводят электрод-проволоку к следующему обрабатываемому участку детали, на котором при плотном соприкосновении электрода-проволоки с деталью регулируют силу тока до достижения величины тока, используемого при обработке первого участка, корректируют величину тока путем ее изменения на величину соотношения длин на обрабатываемом и первом участках детали, измеряют напряжение на электродах, далее полученную величину напряжения передают на источник технологического тока и производят при этом напряжении обработку электродом-проволокой очередного участка детали. Устройство содержит электрод-проволоку, источник технологического тока, измеритель напряжения между опорами электрода-проволоки, служащими для торможения и натяжения электрода-проволоки при ее перемотке, и измеритель силы тока, проходящего через электрод-проволоку. Причем устройство снабжено регулятором напряжения, связанным с регулятором силы тока источником технологического тока, датчиком положения оси электрода-проволоки относительно положения детали и указателем длины обрабатываемого участка детали. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области противопожарной техники, в частности к устройствам для задержки пламени и предотвращения распространения огня при резервуарном нефтехранении. Огнепреградитель содержит корпус и огнепреграждающие элементы, выполненные каждый из двух металлических гофрированных лент, свернутых в рулон с образованием наклонных каналов, предотвращающих прямой пролет раскаленных микрочастиц в охраняемый объем. Боковые стенки гофр могут быть выполнены с дополнительной гофрировкой, а сами гофры содержать в своем составе чередующиеся наклонные и прямые участки. Ограничительные соотношения на поперечное сечение каналов, геометрию и взаимную ориентацию гофр позволяет привести параметры огнепреграждающего элемента в соответствие с правилами пожаробезопасной эксплуатации огнепреградителя при заданной паровоздушной смеси и повысить эффективность защиты резервуара. 4 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к области электрофизической и электрохимической обработки, в частности к электроэрозионному легированию, и может применяться для обработки поверхностей элементов импульсных торцовых уплотнений (ИВУ), работающих в криогенных средах. Один вариант способа включает обработку торцовых поверхностей колец из жаропрочного никелевого сплава ХН58МБЮД методом электроэрозионного легирования графитовым электродом и последовательное нанесение слоев комбинированного электроэрозионного покрытия вида сплав ВК8 - сплав ВК8 - Cu или вида сплав ВК8 - сплав ВК8 - Ni, причем первый и второй слои из твердого сплава ВК8 наносят при энергии разряда Wu=0,2 Дж и Wu=0,04 Дж, соответственно, а третий слой из меди или никеля наносят при энергии разряда Wu=0,04 Дж. Второй вариант способа включает обработку торцовых поверхностей колец из бериллиевой бронзы БрБ2 методом электроэрозионного легирования графитовым электродом и последующее нанесение электроэрозионного покрытия из хрома при энергии разряда Wu=0,4 Дж. Изобретение обеспечивает повышение износостойкости торцовых поверхностей колец импульсного торцового уплотнения, работающего в криогенных средах, за счет обеспечения заданных триботехнических и механических свойств в поверхностных слоях импульсного торцового уплотнения. 2 н.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области электрофизической и электрохимической обработки, в частности к электроэрозионному легированию, и может применяться для обработки поверхностей элементов импульсных торцевых уплотнений. Первый вариант способа включает электроэрозионное легирование контактирующих поверхностей из жаропрочного сплава ХН58МБЮД графитовым электродом, перед которым на одну контактирующую поверхность наносят электроэрозионное покрытие из меди или никеля при энергии разряда Wu=0,04 Дж и Wu=0,03 Дж, соответственно, а на другую контактирующую поверхность наносят электроэрозионное покрытие из меди при энергии разряда Wu=0,02 Дж, причем легирование графитовым электродом выполняют при энергии разряда Wu=0,05-0,2 Дж. Второй вариант способа включает электроэрозионное легирование контактирующих поверхностей из бериллиевой бронзы БрБ2 графитовым электродом, перед которым на одну из контактирующих поверхностей наносят электроэрозионное покрытие из меди при энергии разряда Wu=0,08 Дж, при этом легирование графитовым электродом выполняют при энергии разряда Wu=0,05-0,2 Дж. Изобретение обеспечивает снижение микротвердости и увеличения пластичности контактирующих уплотнительных поверхностей элементов импульсного торцового уплотнения для снижения контактного давления и повышение герметичности соединения. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области электрофизических методов обработки материалов, в частности к электроискровому легированию, и может быть использовано для получения покрытий с регламентированными свойствами. Способ включает нанесение на поверхность детали клеевого слоя из смеси, содержащей порошковый материал и клей при следующем соотношении, мас. : порошковый материал 75-90, клей - остальное, после высыхания которой клеевой слой подвергают окончательной обработке, причем используют порошковый материал с дисперсностью 0,1-500 мкм, клей в виде токопроводящего клея с удельным объемным сопротивлением не более 0,01 Ом⋅см. Клеевой слой наносят толщиной не более 2,0 мм, а окончательную обработку осуществляют путем электроискрового легирования с энергией импульсов от 0,1 до 10,0 Дж. Изобретение обеспечивает возможность придавать формируемому покрытию регламентированные дополнительные физико-механические свойства. 1 з.п. ф-лы, 2 пр.

Наверх