Способ получения износостойкого многослойного композита на металлической поверхности


 


Владельцы патента RU 2634099:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВО "КубГТУ") (RU)

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. Способ получения износостойкого наноструктурированного многослойного композита с эффектом памяти формы на поверхности металлической детали с помощью высокоскоростного газопламенного напыления включает проведение высокоскоростного газопламенного напыления первого слоя в защитной атмосфере предварительно механически активированным порошком TiNiCo с эффектом памяти формы толщиной 500-1000 мкм с последующим пластическим деформированием при нагреве ниже температуры начала мартенситного превращения и получение износостойкого слоя путем высокоскоростного газопламенного напыления в защитной атмосфере предварительно механически активированной смеси порошков из cBN-Со, при их соотношении, вес. %: cBN 85-90, Со 10-15, толщиной 500-700 мкм. Затем осуществляют нагрев при температуре на 50-65°C выше солидуса с последующим отжигом в две ступени, на первой ступени из которых осуществляют нагрев до температуры 800-900°C с выдержкой 0,5-1 ч, а на второй ступени – нагрев до температуры 700-750°C с выдержкой 2-2,5 ч. В частном случае осуществления изобретения в качестве защитной атмосферы при высокоскоростном газопламенном напылении используют аргон. Обеспечивается повышение прочностных характеристик, снижение времени и стоимости процесса. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.

 

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 известны:

- износостойкий композиционный керамический наноструктурированный материал на основе оксида алюминия, содержащий фазу карбонитрида титана на границах зерен оксида алюминия и наноразмерные частицы диоксида циркония внутри зерен оксида алюминия, отличающийся тем, что фаза карбонитрида титана представлена наноразмерными частицами и частицами субмикронного уровня размера, при этом дополнительно наноразмерные частицы карбонитрида титана и диоксида циркония присутствуют на границах зерен оксида алюминия и частиц субмикронного уровня размера фазы карбонитрида титана, а объемное содержание компонентов составляет, %: Al2O3 - 63-82; TiCN - 16-34; ZrO2 - 2,0-3,0. Размер зерен оксида алюминия меньше 1,5 мкм. Способ получения материала, включающий стадии помола, смешения компонентов после помола и спекания полученной смеси, скорость нагрева смеси до температуры спекания поддерживают постоянной в диапазоне от 50 до 400 град./мин, а спекание осуществляют при температурах от 1450 до 1600°С, при воздействии электрических и/или электромагнитных полей под давлением. Способ, при котором помол карбонитрида титана проводят до получения показателя d50 не более 600 нм, при этом объемное содержание частиц размером менее 100 нм в карбонитриде титана после помола составляет от 2 до 5% (патент №2525538);

- керамический материал на основе карбида бора, микроструктура которого образована зернами В4С и одного или нескольких тугоплавких соединений, включающих бориды элементов IVb и Vb групп Периодической системы, отличающийся тем, что на поверхности упомянутых зерен равномерно распределена наноразмерная композиция, содержащая карбид бора и одно или несколько из нижеперечисленных соединений: SiC, бориды элементов IVb, Vib, VIb групп Периодической системы, и материал имеет следующий состав, об. % карбид бора 63-81, одно или несколько из соединений из ряда: SiC, дибориды элементов IVb и/или Vb групп Периодической таблицы 14-27, наноразмерная композиция 5-10. Способ получения керамического материала, включающий измельчение порошков в неводной среде мелющими телами из материала, твердость которого меньше твердости измельчаемых порошков, смешение исходных порошков, формование методом холодного изостатического прессования и последующее спекание полученных заготовок, отличающийся тем, что производят раздельное измельчение порошков карбида бора и одного из ниже перечисленных соединений: SiC, бориды элементов IVb, Vb групп Периодической системы мелющими телами из материала на основе одного из нижеперечисленных соединений: SiC, бориды элементов IVb, Vb, VIb групп Периодической системы до такой дисперсности измельченного порошка, при которой содержание частиц размером, не превышающим 1,5 мкм, составляет не менее 90 об. %, а содержание частиц размером, не превышающим 100 нм, составляет не менее 5 об. %, а спекание осуществляют без приложения давления при температуре, близкой к температуре появления расплава. После смешения порошков содержание в смеси продукта измельчения карбида бора составляет 65-90 об. %, а содержание продуктов измельчения карбида кремния, диборидов элементов IVb и/или Vb групп Периодической системы составляет 35-10 об. % (патент РФ №2396232).

Недостатком данного метода получения материала является длительность процесса, высокая стоимость, низкая прочность и износостойкость.

Задачей предлагаемого изобретения является получение многослойного наноструктурированного износостойкого композита, содержащего слой из материала с эффектом памяти формы - износостойкий керамический слой.

Техническим результатом заявляемого способа является повышение прочностных характеристик, снижение времени и стоимости процесса.

Технический результат достигается способом получения износостойкого многослойного композита поверхности металлической детали с помощью высокоскоростного газопламенного напыления, при этом обработку поверхности осуществляют высокоскоростным газопламенным напылением в защитной атмосфере предварительно механически активированного порошка TiNiCo с эффектом памяти формы получением слоя толщиной 500-1000 мкм с последующим пластическим деформированием при нагреве ниже температуры начала мартенситного превращения, износостойкий слой получают путем высокоскоростного газопламенного напыления в защитной атмосфере предварительно механически активированной смеси порошков из cBN, Со при их соотношении вес. %: cBN 85-90, Со 10-15, толщиной 500-700 мкм, с получением многослойного композита, затем осуществляют нагрев полученного композита при температуре на 50-65°С выше солидуса с последующим отжигом в две ступени, на первой ступени осуществляют нагрев до температуры 800-900°C с выдержкой 0,5-1 часа, на второй ступени - нагрев до температуры 700-750°C с выдержкой 2-2,5 часа. В качестве защитной атмосферы при высокоскоростном газопламенном напылении используют аргон.

В процессе высокоскоростного газопламенного напыления механически активированных порошков происходит выделение энергии, накопленной в процессе механической активации, что обеспечивает более надежную адгезию и повышенные прочностных свойств многослойного композита, а высокая скорость напыления обеспечивает формирование наноразмерной структуры. Указанная последовательность напыления порошков при формировании композита «слой из материала с эффектом памяти формы - упрочняющий слой» обеспечивает увеличение его износостойкости, а слой из материала с эффектом памяти формы блокирует или замедляет распространение дефектов в процессе эксплуатации, что способствует повышению долговечности и прочностных свойств.

Второй слой следующего химического состава cBN-Co обладает повышенной износостойкостью. Отжиг проводится для снятия внутренних напряжений в слоях многослойного композита.

На первом этапе проводится механическая активация порошка TiNiCo, а также смеси порошков при следующем содержании компонентов вес. %: cBN 85-90, Со 10-15, которые 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 500-600 мин-1, частота вращения водила 800-850 мин-1, диаметр шаров 6 мм, время работы 45-50 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 из металлического баллона. Далее механически активированные порошки TiNiCo, cBN-Co засыпают в порошковые дозаторы, связанные шлангами подачи порошков к соплу газопламенной горелки. Сопло газопламенной горелки имеет два канала для ввода порошков: первый канал сопла, связанный с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка TiNiCo, второй канал сопла, связанный с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированной смеси порошков из cBN-Co. Раздельная подача механически активированных порошков в зону напыления возможна за счет конструкции сопла газопламенной горелки.

Износостойкий многослойный композит на металлической поверхности получаем следующим образом: сначала происходит напыление первого слоя на основе механически активированного порошка с эффектом памяти формы TiNiCo толщиной 500-1000 мкм на металлическую деталь; далее на первый слой с эффектом памяти формы на основе TiNiCo наносим второй слой механически активированной смеси порошков из cBN-Co толщиной 500-700 мкм, после нанесения первого слоя с эффектом памяти формы осуществляют его пластическое деформирование на величину до 5-8% от толщины первого слоя с помощью пресса, состоящего из верхней и нижней траверс. Контроль температуры процесса осуществляют пирометром. Вакуумная камера со смотровым окном расположена на раме. В процессе поверхностного пластического деформирования осуществляют нагрев детали с первым слоем при помощи трансформатора, соединенного с нижней траверсой пресса. Весь процесс получения высокотемпературного многослойного композита осуществляется автоматически при помощи блока управления, к которому при помощи шлангов подсоединены баллоны с газами. Нагрев образца с композитом для отжига осуществляют с помощью трансформатора. Вакуумная камера смонтирована на раме.

После получения композита проводят нагрев при температуре на 50-65°С выше температуры солидуса с выдержкой в течение 20-30 мин. С последующим отжигом в две ступени: 1 ступень - 800-900°С, выдержка 0,5-1 часа; 2 ступень - 700-750°С, выдержка 2-2,5 часа. Нагрев осуществляется при помощи трансформатора.

Пример

На первом этапе проводится механическая активация порошка TiNiCo, а также смеси порошков при следующем содержании компонентов, вес. %: cBN 85, Со 15 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 1300 мин-1, частота вращения водила 950 мин-1, диаметр шаров 6 мм, время работы 15 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 из металлического баллона. Далее механически активированный порошок из TiNiCo и механически активированную смесь порошков из cBN-Co засыпают в порошковые дозаторы, связанные шлангами подачи порошков к соплу газопламенной горелки. Сопло газопламенной горелки имеет два канала для ввода порошков: первый канал сопла, связанный с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка TiNiCo, второй канал сопла, связанный с порошковым дозатором для подачи, в зону напыления механически активированной смеси порошков на основе cBN-Co.

Раздельная подача механически активированных порошков в зону напыления возможна за счет конструкции сопла газопламенной горелки. Износостойкий многослойный композит на металлической поверхности получаем следующим образом: сначала производится напыление первого слоя механически активированного порошка с эффектом памяти формы TiNiCo толщиной 500 мкм на металлическую деталь; далее на первый слой с эффектом памяти формы на основе TiNiCo наносим второй слой - механически активированную смесь порошков из cBN-Co при следующем содержании компонентов, вес. %: cBN 85, Со 15, толщиной 300 мкм, после нанесения первого слоя с эффектом памяти формы осуществляют его пластическое деформирование на величину 5% от толщины первого слоя с помощью пресса, состоящего из верхней и нижней траверс. Контроль температуры процесса осуществляют пирометром. Вакуумная камера со смотровым окном расположена на раме. В процессе пластического деформирования осуществляют нагрев детали с первым слоем при помощи трансформатора, соединенного с нижней траверсой пресса. Весь процесс получения изностойкого многослойного композита осуществляется автоматически при помощи блока управления, к которому при помощи шлангов подсоединены баллоны с газами. Нагрев образца с композитом для отжига осуществляют с помощью трансформатора. Вакуумная камера смонтирована на раме. После получения композита проводят нагрев при температуре на 35°С выше температуры солидуса с выдержкой в течение 0,5 часа. С последующим старением в две ступени: 1 ступень - 800°С, выдержка 0,5 часа; 2 ступень - 700°С, выдержка 2 часа. Нагрев осуществляется при помощи трансформатора.

Результаты испытаний сведены в таблицу 1.

Как видно из таблицы 1, полученный износостойкий многослойный композит на металлической поверхности с эффектом памяти формы обладает повышенными механическими свойствами.

1. Способ получения износостойкого наноструктурированного многослойного композита с эффектом памяти формы на поверхности металлической детали с помощью высокоскоростного газопламенного напыления, отличающийся тем, что проводят высокоскоростное газопламенное напыление первого слоя в защитной атмосфере предварительно механически активированным порошком TiNiCo с эффектом памяти формы толщиной 500-1000 мкм с последующим пластическим деформированием при нагреве ниже температуры начала мартенситного превращения, затем получают износостойкий слой путем высокоскоростного газопламенного напыления в защитной атмосфере предварительно механически активированной смеси порошков из cBN-Со, при их соотношении, вес.%: cBN 85-90, Со 10-15, толщиной 500-700 мкм, затем осуществляют нагрев при температуре на 50-65°C выше солидуса с последующим отжигом в две ступени, на первой ступени из которых осуществляют нагрев до температуры 800-900°C с выдержкой 0,5-1 ч, а на второй ступени – нагрев до температуры 700-750°C с выдержкой 2-2,5 ч.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве защитной атмосферы при высокоскоростном газопламенном напылении используют аргон.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к получению металлических наночастиц. Способ включает формирование потока ускоряемых металлических микрочастиц, плавление металлических микрочастиц, подачу потока образовавшихся жидких микрокапель в область цилиндрического осесимметричного электростатического поля, ось которого совпадает с осью потока жидких микрокапель, зарядку жидких микрокапель потоком электронов до состояния, в котором начинается их каскадное деление до металлических наночастиц, и осаждение выходящих из области цилиндрического осесимметричного электростатического поля металлических наночастиц на подложку.

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, в частности к комбинированным способам получения покрытий, и может быть использовано, в частности, для получения покрытий на деталях.

Изобретение относится к способу высокоскоростного газопламенного напыления многослойного композитного покрытия из порошковых материалов на металлическое изделие.

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 получению микропористых структур на поверхности изделий из титана или его сплава и может быть использовано в области медицинской техники при изготовлении из титана и его сплавов поверхностно-пористых эндопротезов и имплантатов для травматологии, ортопедии, различных видов пластической хирургии, для подготовки поверхности титановых имплантатов под нанесение биоактивных покрытий.

Изобретение относится к области газотермического напыления покрытий, в частности к способам напыления жаростойких и теплозащитных покрытий. Наносят основной металлический жаростойкий подслой.

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.
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 металлургии, а именно к защитным покрытиям для компонентов газовой турбины. Защитное покрытие компонента газовой турбины содержит, вес.%: Со 15-39, Cr 10-25, Al 5-15, Y 0,05-1, Fe 0,5-10, Mo 0,05-2, никель и примеси - остальное.
Наверх