Термостойкое покрытие

Термостойкое покрытие

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: в сварке для покрытия сопл или мундштуков сварочных горелок и плазмотронов. Покрытие выполнено в виде алмазоподобной пленки углерода толщиной 1000 А, содержащей области из гексагонального алмаза, имеющего форму, близкую к эллипсоиду вращения с осями величиной 9-10 А и 5-6 А, а граничные участки между ними представляют собой совокупность одиночных тетраэдров (Т). Объем (Т) в 1,4-1,6 раза превышает объем областей гексагонального алмаза. Пленку получают осаждением из пучков ионов углерода с энергией 70-100 эВ. Производительность процесса сварки увеличена на 3-4%. 1 з.п.ф-лы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ! 6д

О ! ()

1(Л (21) 4760222/26 (22) 25.09,89 (46) 30.05.92. Бюл. М 20 (71) Украинский заочный политехнический институт им, И.Ç.Соколова (72) Б.Е,Патон, В.П.Семиноженко, В.M.Ïóзиков, А.С.Мизяк, B.Â.Äìèòðèê, А.В.Семенов, Д,И.Момот и С.И.Притула (53) 621,315.592 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1423330, кл. В 23 К 35/36, 1987.

Авторское свидетельство СССР

N 1449293, кл. В 23 К 35/36, 1986.

Заявка ЕР М 0272418, кл. С 23 С 16/26, 1987.

Авторское свидетельство СССР

М 1433712, кл . В 23 К 35/36, 1987.

Изобретение относится к сварке, в частности к покрытиям сопл и мундштуков сварочных горелок и плазмотронов, используемых при полуавтоматической, автоматической и роботизированной сварке и резке, для защиты от налипания и приваривания к поверхностям сопл и мундштуков брызг расплавленного металла, Известен состав покрытия для защиты поверхностей от налипания брызг расплавленного металла, содержащий следующие компоненты, мас.%: кварцевый песок 35—

45; графит 20 — 30; персульфат натри» 0,4—

1,8; огнеупорная глина остальное.

Однако известное покрытие характеризуется низким уровнем сцепления с поверхностями сопла и мундштука, в результате чего частицы покрытия отрываются от по„,!Ж,, 1737035 А1 (я)л С 30 В 29/04, 23/02, В 23 К 10/02. (54) ТЕРМОСТОЙКОЕ ПОКРЫТИЕ (57) Использование: в сварке для покрытия сопл или мундштуков сварочных горелок и плазмотронов. Покрытие выполнено в виде алмазоподобной пленки углерода толщиной 1000 А, содержащей области из гексагонального алмаза, имеющего форму, близкую к эллипсоиду вращения с осями величиной 9 — 10 А и 5 — 6 А, а граничные участки между ними представляют собой совокупность одиночных тетраэдров (Т). Объем (Т) в 1,4-1,6 раза превышает объем областей гексагонального алмаза. Пленку получают осаждением из пучков ионов углерода с энергией 70 — 100 эВ, Производительность процесса сварки увеличена на 3 — 4%.

1 з,п.ф-лы. верхности и попадают в сварочную ванну, что снижает механические свойства наплавленного металла и вызывает увеличение интенсивности налипания брызг на поверхности сопла и мундштука.

Известен состав термостойкого покрытия, содержащий, мас,%l кремнийорганический лак 60 — 64; спеченный глинозем 7 — 10; эпоксидн ый клей 18 — 20; двуокись 4 — 10; феррова нади и 2-5. В веденн ые в состав двуокись титана и феррованадий снижают теплопроводность покрытия и повышают его износостойкость. Эпоксидный клей повышает сцепление покрытия с поверхностью мундштука, спеченный глинозем повышает термостойкость покрытия, Однако при нагреве в процессе сварки нижней торцовой поверхности сопла и при

1737035 одновременном ее контакте с брызгами расплавленного металла эпоксидный клей теряет свои связующие свойства, в результате чего уменьшается сцепление покрытия с поверхностями сопла и мундштука. Большему сцеплению брызг расплавленного металла с поверхностью, имеющей покрытие, способствует также значительная шероховатость покрытия. При удалении налипших и приварившихся брызг расплавленного металла с поверхностей сопла и мундштука отрываются участки покрытия, что вызывает увеличение количества и степени приваривания брызг расплавленного. металла к тем поверхностям сопла и мундштука, которые имеют нарушение сплошности покрытия.

Известно покрытие, выполненное в виде алмазоподобной пленки углерода, образующееся в результате одновременного нагрева и воздействия СВЧ на смесь водорода и метана.

Однако известное строение алмазоподобной пленки не обеспечивает необходимого сцепления с поверхностью сопла или мундштука, вследствие чего одновременно с налипшими брызгами расплавленного металла отрываются также участки покрытия.

Таким образом, нарушение сплошности покрытия способствует повышению интенсивности приваривания брызг расплавленного металла к поверхности сопла и мундштука, что вызывает снижение срока их эксплуатации.

Известен также состав покрытия для защиты поверхности от налипания брызг расплавленного металла, содержащий следующие компоненты, мас, ; сульфидноспиртовая барда 6 — 8; барная кислота 0,50,7; скрытокристаллический графит

2,5 — 4,0; шунгитовый порошок 2,5 — 4,0; вода остальное. Совместное введение в состав покрытия шунгитового порошка и скрытокристаллического графита позволяет повысить термостойкость покрытия.

При контакте брызг расплавленного металла с покрытием барная кислота расплавляется, обволакивает частицы наполнителя и после осаждения цементирует их, что обеспечивает усиление прилипания брызг к поверхности сопла и мундштука.

Недостатком известного покрытия является то, что при удалении налипших брызг с поверхностей сопла или мундштука отрываются участки покрытия, что способствует увеличению степени приваривания брызг расплавленного металла к таким участкам поверхностей сопла и мундштука, где нарушена сплошность покрытия, Цель изобретения — уменьшение прилипания брызг расплавленного металла к поверхности сопла, мундштука или плазмот. рона и увеличение срока их эксплуатации.

Покрытие выполнено в виде алмазопоцобной пленки углерода. толщиной 1000

5 А, содержащей области из гексагонального алмаза, имеющего форму, близкую к эллипсоиду,вращения с осями величиной 9 — 10 А и

5 — 6 А, а граничные участки между ними представляют собой совокупность одиноч10 ных тетраэдров. Объем граничных участков в 1,4 — 1,6 раза превышает объем областей гексагонального алмаза.

Предлагаемое строение покрытия способствует значительному уменьшению

15 прилипания и приваривания брызг расплавленного металла к поверхностям сопла и мундштука.

Термостойкое покрытие, выполненное в виде осажденной алмазоподобной плен20 ки, структурная модель которой включает тол ько алмазного типа связь между атомами (т,е. Sp — гибридизация валентных электроз нов), Осажденная пленка характеризуется квазиморфной структурой с преимущест25 венно тетраэдрическим типом связи между атомами. Их структурную модель можно представить в виде совокупности областей упорядочения гексагональных алмазов, имеющих форму эллипсоидов вращения с

30 осями 9 — 10 А и 5 — 6 А. Граничные участки между ними представляют собой совокупность одиночных тетраэдров. Причем объем граничных участков B 1,4 — 1.6 раза превышает объем упорядоченной области.

35 Кроме того, структура кристаллитов является текстурированной — большие оси эллипсоидов ориентированы в направлении (0001). Учитывая, что ориентация выделенных направлений связана, видимо, с на40 правлением передачи энергии и импульса иона пленке, ориентация больших осей кристаллов (0001) нормальна поверхности пленки. Структура пленки содержит высокую концентрацию дефектов ввиду того, что

45 тетраэдры граничных областей не взаимодействуют друг с другом, и степень заполнения ими пространства составляет - 0,7.

Примерно 0,3 объема граничной области могут иметь дефекты типа вакансий, что

50 подтверждается наличием высокой концентрации (до 1 10 см ) парамагнитных центров. Для получения пленки, имеющей свойства, близкие к алмазу, что обеспечиваетуменьшение прилипания и приваривания

55 брызг расплавленного металла к поверхностям сопла и мундштука, уменьшают неупорядоченность и дефектность границ между кристаллами. Пленка образовывается путем осаждения пучков ионов углерода с энер1737035 гией 70 †1 зВ на поверхности сопла или мундштука. При этом поверхности сопла или мундштука ориентированы под углом к потоку пучков ионов углерода, составляющим 60 — 70 . Таким образом, производят 5 осаждение пленки на всю рабочую поверхность сопла и мундштука. Полученная пленка из-за криволинейности поверхностей сопла и мундштука характеризуется переменной толщиной, равной 1000 — 2000 А, и 10 представляется зеркально гладкой и оптически полупрозрачной. На граничных участках пленки наблюдают интерференционное изображение.

Удельное сопротивление алмазоподоб- 15 ной пленки составляет примерно 1 10 Ом см, Осаждение обеспечивает максимальную адгезию пленки с поверхностями сопла или мундштука, которые изготовлены из меди или латуни. Перед нанесением пленки 20 поверхности сопла или мундштука обрабатывают путем чистового шлифования, после чего поверхности имеют шероховатость

1,60 — 0,60 мкм. Осаждение производят при сопутствующем подогреве сопла и мундш- 25 тука в интервале температур, составляющем 20 — 100 С.

Существенным отличием предлагаемого термостойкого покрытия является то, что термостойкое покрытие выполнено в виде 30 алмазоподобной пленки углерода, строение которой представляется в виде совокупности областей гексагональных алмазов, имею цих форму, близкую к зллипсоиду, соединенных между собой граничными об- 35 ластями в виде набора фрагментов тетраэдрически связанных атомов. Толщина пленки составляет 1000 — 2000 А, Приведенная структура осажденной алмазоподобной пленки обеспечивает предотвращение при- 40 варивания брызг расплавленного металла, температура которых составляет примерно

1530 — 1580 С, к рабочим поверхностям сопла и мундштука. Налипающие на поверхности сопла и мундштука брызги 45 расплавленного металла легко отделяются от поверхности механическим путем с помощью скребков.

Благодаря такому выполнению, предлагаемые сопло и мундштук обладают следую- 50 щими свойствами. При непрерывной сварке в углекислом газе конструкций средних и больших толщин нэ средних и повышенных режимах в течение 14 — 16 ч практиче..ки исключается привэривание брызг расплав- 55 ленного металла к поверхностям сопла и мундштука. Интенсивность налипания брызг расплавленного металла за указанное время снижается по сравнению с прототипом в 4,5 — 5 раз.

Пример, Производят автоматическую сварку образцов из конструкционных сталей толщиной 20 — 50 мм с V-образной и щелевой разделкой в углекислом газе на режимах:I = 250 †10 А; U = 26-32 В; Vce. =

20 — 35 м/ч: Чп.э.п. = 180 — 450 м/ч.

Установлено (при продолжительности сварки 20 ч), что интенсивность приваривания брызг расплавленного металла к поверхностям сопла и мундштука, имеющим предлагаемое термостойкое покрытие, в

4,5 — 5 раз меньше интенсивности приваривания к поверхностям с известным термостойким покрытием. Приваривание к поверхностям сопла и мундштука с предлагаемым покрытием происходит после 25 — 30 операций удаления налипших брызг расплавленного металла, т.е, когда появляются механические повреждения сплошности термостойкого покрытия. Механическое удаление налипших брызг расплавленного металла для предотвращения разрушения покрытия проводят с помощью алюминиевых или медных скребков. Прилипание брызг расплавленного металла к поверхности, имеющей известное покрытие, более интенсивно, чем к поверхности с предлагаемым покрытием, что, соответственно, требует больших физических усилий для удаления налипших брызг.

Представляется целесообразным использование сопл и мундштуков с предлагаемым покрытием в горелках сварочных роботов, автоматов и полуавтоматов при сварке в защитных газах конструкций средних и больших толщин, особенно в.глубокие

V-образную и щелевую разделки.

Приведенные сопла и мундштуки, имеющие предлагаемое покрытие, апробированы при изготовлении различных конструкций в составе горелок для автоматической и полуавтоматической сварки в защитных газах на одном из харьковских заводов. Производительность процесса сварки при использовании сопл и токоподводящих мундштуков с предлагаемым покрытием возрослэ на 3 — 4 . Увеличение стойкости сопл и мундштуков в 3-3,5 раза позволяет, соответственно, сократить в них потребность.

Формула изобретения

1. Термостойкое покрытие на поверхности сопл, мундштуков, сварочных горелок или плазмотронов, выполненное из твердого углеродсодержащего материала, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения прилипания брызг расплавленного металла к поверхности сопла, мундштука или плазмотрона и увеличения срока их эксплуатации, покрытие выполнено в виде ал8

1737035

15

25

35

45

Составитель В. Дмитрик

Техред М;Моргентал Корректор Т. Малеч

Редактор М. Петрова

Заказ 1872 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

А мазоподобной пленки углерода толщиной 1000 А, содержащей области из гексагонального алмаза, имеющего форму, близкую к эллипсоиду вращения с осями величиной 9 — 10 А и 5 — 6 А, а граничные участки между ними представляют собой совокупность одиночных тетраэдров.

2. Покрытие поп.1, отл ича ю щееся тем, что объем граничных участков в 1,4 — 1,6

5 раза превышает объем областей гексагонального алмаза.