Способ восстановления рабочей фаски клапана газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания

Авторы патента:

Харанжевский Евгений Викторович (RU)

C23C24/00 - Способы покрытия с использованием неорганического порошка (распыление покрывающего материала в расплавленном состоянии C23C 4/00; диффузия в твердом состоянии C23C 8/00-C23C 12/00; изготовление составных слоистых материалов, заготовок или изделий с использованием металлических порошков путем спекания порошка B22F 7/00, сварка трением B23K 20/12)

B23P6/00 - Восстановление или ремонт изделий (правка или восстановление формы листовых металлов, металлических стержней, металлических труб, металлических профилей или специфических изделий, изготовленных из них B21D 1/00,B21D 3/00; восстановление дефектных или поврежденных изделий путем наплавки B22D 19/10; способы или устройства, отнесенные к одному из других подклассов, см. соответствующий подкласс)

B23K9/04 - для иных целей, чем соединение, например с целью наплавки

B23K26/342 - Обработка металла лазерным лучом, например сварка, резка, образование отверстий (лазеры H01S 3/00)

Владельцы патента RU 2772481:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ижевская государственная сельскохозяйственная академия" (RU)

Изобретение относится к способу восстановления рабочей фаски клапана газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания и может быть использовано в моторостроительном и ремонтном производстве. Проводят очистку, дефектоскопию и первичную механическую обработку рабочей фаски клапана. Затем осуществляют наплавку порошковой композиции на основе никеля с добавлением карбида кремния и диоксида циркония методом короткоимпульсной лазерной обработки и выглаживание поверхности рабочей фаски клапана с выдерживанием угла фаски в диапазоне 45±0,5° и получением шероховатости поверхности рабочей фаски клапана Ra 0,32. Обеспечивается получение сверхтвердого износостойкого жаропрочного покрытия с низким коэффициентом трения 0,12-0,15, толщиной в пределах 10-15 мкм, обладающего градиентностью свойств по толщине, и термопрочностью при 1000°С. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к восстановлению и защите рабочей фаски клапана двигателя внутреннего сгорания (ДВС) путем нанесения покрытия порошковой композиции на основе никеля с добавлением карбида кремния и диоксида циркония на подготовленную поверхность рабочей фаски клапана, и может быть использовано в моторостроительных и ремонтных производствах.

Известны способы восстановления деталей машиностроения сложной формы, клапанов двигателей внутреннего сгорания. [1,4,5] Также известен способ восстановления седла клапана заключающийся в предварительной очистке и механической обработке поверхности сопряжения с первичной наплавкой подслоя никеля и последующей механической обработкой. Последующей наплавки рабочего слоя жаропрочной аустенитной стали плавящимся электродом током обратной полярности с проковкой каждого валика со скоростью, не позволяющей металлу остыть. Осуществления окончательной механической обработки рабочей поверхности седла. [2]

Недостатками приведенного способа являются: 1) большое число операций, 2) высокая длительность восстановления, 3) подверженность материала окислению при повышенных температурах.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является создание способа восстановления рабочей фаски клапана с небольшим количеством операций, а также с использованием жаропрочных, износостойких, твердых материалов.

Данное решение достигается за счет использования лазерного способа наплавки [3], а также за счет использования порошковой композиций на основе никеля с добавлением легирующих элементов - карбида кремния и диоксида циркония.

Сущность метода заключается в предварительной механической обработке рабочей фаски клапана шлифовальным станком. Последующим этапом является наплавление порошковой композиции на основе никеля с добавлением карбида кремния и диоксида циркония методом короткоимпульсной лазерной обработкой порошковой обмазки. Завершающей операцией является пластическая деформация полученного покрытия скользящим алмазным выглаживателем. Порошковую композицию подготавливают в виде суспензии, которую наносят на обрабатываемую часть изделия тонким слоем, затем с помощью лазерного короткоимпульсного излучения оплавляют, при этом используют порошковую смесь следующего состава:

- Никель Ni:

- Карбид кремния SiC:

- Диоксид циркония ZrO₂:

На фиг.1 представлен клапан после первичной механической обработки. На фиг.2 представлен вид рабочей фаски после наплавки порошковой композиции. На фиг.3 изображена схема выглаживания рабочей фаски.

Способ восстановления заключается в проведении очистки, дефектоскопии, удалении слоя материала (фиг.1) с сопрягающейся поверхности клапана до получения прямой образующей линии тарелки клапана с углом в 45° и шероховатостью Ra 0,8. Следующим этапом (фиг.2) является высокочастотная лазерная наплавка порошковой композиции 2 на основе никеля с легирующими керамическими элементами, например карбида бора, нитрида бора, карбида кремния и др. на поверхность клапана 1. Завершающим этапом восстановления (фиг.3) является выглаживание поверхности рабочей фаски клапана 1 с выдержкой угла фаски в (45±0,5)°, шероховатости Ra 0,32 при помощи алмазного выглаживателя 3.

Технический результат при использовании этого способа заключается в получении сверхтвердого износостойкого жаропрочного покрытия с низким коэффициентом трения порядка 0,12-0,15; толщиной в пределах 10-15 мкм, обладающего градиентностью свойств по толщине. Микротвердость поверхности покрытия составляет 1040 кг/мм², термопрочность 1000°С. Шероховатость достигает значения Ra 0,32, угол фаски выдерживается в диапазоне (45±0,5°).

Список источников, принятых во внимание при составлении заявки

1. RU 2119557 C1, C25D 3/20.3аявлено: 1997.01.24. Опубликовано: 1998.09.27. Описание к изобретению патента РФ. Способ восстановления и упрочнения деталей.

2. RU 2448825 С2, В23Р 6/00, B23K 9/04. Заявлено: 2010.07.01. Опубликовано: 2012.01.10. Описание к изобретению патента РФ. Способ получения седла клапанов чугунных головок цилиндров ДВС при их изготовлении или восстановлении методом электродуговой наплавки.

3. RU 2497978 С2, С23С 24/08, B22F 3/10. Заявлено: 2011.07.22. Опубликовано: 2013.01.27. Описание к изобретению патента РФ. Способ формирования покрытия и установка для его осуществления.

4. RU 2516418 С2, В23Р 6/00. Заявлено: 2011.06.29. Опубликовано: 2013.01.10. Описание к изобретению патента РФ. Способ восстановления наружной рабочей поверхности деталей из белого чугуна.

5. SU 100737 A1, C23D 5/00. Заявлено: 1953.07.30. Опубликовано: 1955.01.01. Описание к изобретению патента СССР. Способ защитного покрытия клапанов авиадвигателей.

1. Способ восстановления рабочей фаски клапана газораспределительного механизма двигателя внутреннего сгорания, включающий наплавку восстанавливающего материала на основе никеля, отличающийся тем, что сначала проводят очистку, дефектоскопию и первичную механическую обработку рабочей фаски клапана, затем осуществляют наплавку порошковой композиции на основе никеля с добавлением карбида кремния и диоксида циркония методом короткоимпульсной лазерной обработки и выглаживание поверхности рабочей фаски клапана с выдерживанием угла фаски в диапазоне 45±0,5° и получением шероховатости поверхности рабочей фаски клапана Ra 0,32.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выглаживание поверхности рабочей фаски клапана проводят с помощью алмазного выглаживателя.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам нанесения покрытий из порошковых материалов на поверхности деталей. Способ нанесения металлического покрытия на поверхность детали включает прижатие поверхности контртела к обрабатываемой поверхности с предварительным помещением порошкового материала покрытия между обрабатываемой поверхностью и контртелом и последующее вращение обрабатываемой детали относительно контртела, при этом контртело выполнено из твердого сплава на основе вольфрама, материал покрытия необязательно содержит смазку, а контртело и обрабатываемую деталь с помещенным между ними порошковым материалом покрытия предварительно нагревают до температуры 150-350°С, после чего к поверхности контртела прижимают поверхность обрабатываемой детали со статической нагрузкой 20-21 кгс и осуществляют вращение обрабатываемой детали относительно контртела с частотой вращения 160-170 об/мин при температуре 150-350°С.

Способ нанесения износостойкого и коррозионно-стойкого покрытия из порошковых твердых сплавов // 2761568

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к нанесению износо- и коррозионно-стойких функциональных покрытий из порошковых твердых сплавов на поверхности деталей. Нанесение порошкового материала осуществляется в три этапа.

Способ поверхностного упрочнения детали из полимерного материала // 2761191

Изобретение относится к области нанесения покрытий и может быть использовано для улучшения эксплуатационных характеристик деталей машин, выполненных из полимерных материалов различного строения, находящих применение в химической, пищевой и других отраслях промышленности и сельского хозяйства, например, для поверхностного упрочнения зубчатых цилиндрических, конических передач, лопаток рабочих колес и лопаток корпуса жидкостно-кольцевых машин и дисковых уплотнений валов.

Защитное покрытие и способ его нанесения // 2752488

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии. Защитное покрытие поверхности нелегированной стали содержит 5-75 мас.% порошка модифицированного фосфором медьуглеродного нанокомпозита, распределенного в индустриальном масле И-20.

Способ восстановления изношенных посадочных отверстий в корпусных деталях покрытием из раствора полимерного материала // 2751339

Изобретение относится к области ремонта техники, в частности к восстановлению изношенных посадочных отверстий под подшипники качения в корпусных деталях нанесением полимерных покрытий. Описан способ восстановления изношенных посадочных отверстий в корпусных деталях покрытием из раствора полимерного композита, включающий подготовку отверстия, послойное нанесение раствора полимерного композита с просушиванием каждого слоя покрытия при комнатной температуре, термическую обработку покрытия при повышенной температуре и последующее калибрование под заданный размер, отличающийся тем, что первоначально наносят базовый слой из полимерного композита, наполненного металлическим наноразмерным порошком, составляющий от 60 до 80% толщины покрытия, затем внешний из ненаполненного полимера, составляющий от 20 до 40% толщины покрытия, а термическую обработку покрытия проводят в два этапа: на первом этапе покрытие выдерживают при температуре ниже температуры закипания растворителя на 5°С до испарения растворителя, на втором выдерживают при определенных повышенной температуре и времени, которые обеспечивают максимальную удельную работу разрушения материала.

Устройство для газодинамического нанесения покрытий // 2743944

Изобретение относится к технологии газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов и может быть использовано в машиностроении, авиакосмической технике, автомобильной промышленности, энергетике, строительстве и нефтегазовой промышленности. Установка для холодного газодинамического нанесения покрытий содержит источник газа-носителя, нагреватель для нагрева части газа-носителя, расположенный перед камерой смешения с сопловым блоком, систему управления, регулирующую массовый расход другой части газа-носителя, нагреватель наносимого порошка и по меньшей мере один дозатор порошка.

Способ получения защитного композиционного покрытия на стальной детали // 2737838

Изобретение относится к области химической поверхностной обработки. Способ включает последовательное нанесение на поверхность детали двух слоев покрытия, каждый из которых образуют нанесением суспензии алюминиевого порошка в растворе неорганического связующего методом окрашивания с последующим термоотверждением нанесенного слоя покрытия и механической обработкой детали с нанесенным слоем покрытия.

Способ изготовления коррозионностойких постоянных магнитов // 2693887

Изобретение относится к изготовлению постоянных магнитов на основе сплавов Nd-Fe-B. Способ включает прессование заготовок, их механическую обработку, нанесение на поверхность слоя алюминия толщиной 10-15 мкм холодным газодинамическим напылением и термообработку в расплаве солей с последующим охлаждением.

Наплавленное покрытие с карбидом титана и способ его изготовления // 2682738

Изобретение относится к способу получения наплавленного покрытия на подложке (варианты), материалу для получения наплавленного покрытия (варианты) и наплавленному на подложку покрытию(варианты). Способ включает получение материала, содержащего частицы TiC и частицы не TiC и нанесение материала на подложку путем плазменной сварки дугой прямого действия или осаждения распылением/оплавлением с образованием наплавленного покрытия.

Способ получения углеродной пленки // 2652206

Изобретение относится к полупроводниковой и сверхпроводниковой электронике и может быть использовано при изготовлении фотонных устройств, сверхъёмких аккумуляторов и суперконденсаторов, высокочувствительных химических сенсоров и разделительных мембран. Углеродсодержащий материал - природный минерал шунгит с размером частиц 0,01-1 мкм помещают в зону испарения 1 термокамеры.

Способ восстановления концевой части пера охлаждаемой лопатки турбины газотурбинного двигателя // 2770156

Изобретение относится к технологии ремонта охлаждаемых лопаток турбины газотурбинного двигателя и может быть использовано в турбомашиностроении. Способ включает удаление теплозащитного покрытия до основного материала, шлифовку торца пера лопатки до торцовой перемычки, удаление ее и формирование паза под установку торцовой пластины, фиксацию торцовой пластины сваркой, нанесение пасты припоя, крепление торцовой пластины к лопатке высокотемпературной пайкой в вакууме, механическую обработку, восстановление стенки колодца торца пера лазерной наплавкой, термообработку в вакууме, механическую обработку наплывов наплавки, люминесцентный контроль, восстановление теплозащитного покрытия концевой части пера лопатки.