2306368 - Способ нанесения покрытий

Способ нанесения покрытий

Иллюстрации

Показать все

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности изделий, а именно к газодинамическим способам нанесения покрытий. Сначала на поверхность детали наносят флюс со временем активности 0,2-0,25 часа, содержащий до 30% хлористого аммония NH₄Cl, до 70% хлористого цинка ZnCl₂ и до 2% перманганата калия KMnO₄. Затем осуществляют нагрев поверхности по флюсу горелкой с окислительным пламенем до температуры (0,14-0,2)·Т_пл, где Т_пл - температура плавления чугуна. Проводят обработку детали абразивным порошковым материалом с размером частиц 30-300 мкм. Нагревают сжатый воздух и подают его в сверхзвуковое сопло. Формируют в сопле сверхзвуковой воздушный поток, в который подают порошковый материал, предназначенный для формирования покрытия, и направляют его на поверхность обрабатываемого изделия. Данный способ позволяет повысить адгезионную прочность газодинамических покрытий на чугунных изделиях. 2 ил., 3 табл.

Реферат

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности изделий, а именно к газодинамическим способам нанесения покрытий с использованием неорганического порошка, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности, при восстановлении формы и размеров металлических деталей, изготовлении и ремонте изделий, требующих герметичности, повышенной коррозионной стойкости, жаростойкости и адгезионно-когезионной прочности.

Известен способ нанесения покрытий (патент РФ №2205897, МПК С23С 24/04 2003 г.) [1], заключающийся в подаче абразивного порошкового материала с размером частиц 30-300 мкм, нагреве сжатого воздуха, подаче его в сверхзвуковое сопло, формировании в сопле сверхзвукового воздушного потока, подаче в поток порошкового материала в сопле сверхзвуковым потоком и направлении его на поверхность обрабатываемого изделия.

Недостатком данного способа является низкая адгезионная прочность покрытия на чугунных деталях. Причина этого - в наличии на поверхности чугуна включений графита, непрочно связанного с металлической основой (Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1990 г., с.144-149) [2].

Технический результат направлен на увеличение адгезионной прочности газодинамических покрытий на чугунных деталях.

Технический результат достигается тем, что в способе нанесения покрытия на чугунные детали, включающем обработку детали абразивным порошковым материалом с размером частиц 30-300 мкм, нагрев сжатого воздуха, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в поток порошкового материала, предназначенного для формирования покрытия и направление его на поверхность обрабатываемого изделия, причем перед обработкой детали абразивным порошковым материалом на поверхность детали наносят флюс со временем активности 0,2-0,25 часа, содержащий до 30% хлористого аммония NH₄Cl, до 70% хлористого цинка ZnCl₂ и до 2% перманганата калия KMnO₄ (табл.1), и осуществляют нагрев поверхности по флюсу горелкой с окислительным пламенем до температуры (0,14-0,2)·Т_пл (табл.2), где Т_пл - температура плавления чугуна.

Отличительными признаками от прототипа является то, что перед обработкой детали абразивным порошковым материалом на поверхность детали наносят флюс со временем активности 0,2-0,25 часа, содержащий до 30% хлористого аммония NH₄Cl, до 70% хлористого цинка ZnCl₂ и до 2% перманганата калия KMnO₄, и осуществляют нагрев поверхности по флюсу горелкой с окислительным пламенем до температуры (0,14-0,2)·Т_пл, где Т_пл - температура плавления чугуна.

Заявленный способ соответствует категории «новизна» и позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенное отличие».

На фиг.1 - схема процесса нанесения покрытия с применением флюса. На фиг.2 - зависимость адгезионной прочности газодинамического покрытия от времени активности флюса (t_ф) и от температуры подогрева поверхности основы (Т_п.п.).

Способ осуществляется следующим образом.

На поверхность восстанавливаемой чугунной детали 1 наносится флюс 2, содержащий до 30% хлористого аммония NH₄Cl, до 70% хлористого цинка ZnCl₂ и до 2% перманганата калия KMnO₄ (табл.1), окисление графита на поверхности чугуна осуществляется за счет протекания химической реакции между активным веществом солей хлористого аммония NH₄Cl и хлористого цинка ZnCl₂, а также перманганата калия KMnO₄ и нагрева поверхности по флюсу 2 горелкой 3 (с окислительным пламенем) до температуры 230°С-240°С (табл.2), причем интервал времени после нанесения флюса и нагревом поверхности чугунной детали должен составлять 0,2-0,25 часа (табл.1), затем поверхность чугунной детали 1 обрабатывают абразивным порошковым материалом 4 (корундом) для удаления остатков флюса, а также появления шероховатости поверхности чугунной детали 1, после этого на обработанную поверхность детали 1 наносят газодинамическое покрытие 5 с помощью оборудования типа «ДИМЕТ», разработанного и изготовляемого Обнинским центром порошкового напыления [3].

Вследствие вышеизложенного можно сделать вывод, что при нанесении на поверхность чугунной детали предложенного флюса и подогрева поверхности основы перед абразивно-струйной обработкой чугунной детали следует ожидать увеличение активации поверхности, как следствие «очищение» восстанавливаемой детали от наличия свободного графита и увеличение адгезионной прочности газодинамических покрытий.

Пример реализации способа:

С использованием оборудования типа «ДИМЕТ-403» восстанавливались образцы, вырезанные из чугунного картера сцепления (СЧ28) автомобиля УрАЛ 4320. При этом наносилось алюминий-цинковое покрытие толщиной 200-400 мкм. Порошковый материал, предназначенный для формирования покрытия, содержал порошок алюминия с размером частиц 1-50 мкм, порошок цинка с размером частиц 1-100 мкм и порошок карбида кремния с размером частиц 1-60 мкм. Сжатый воздух перед подачей в сверхзвуковое сопло нагревался до температуры 400°С, статистическое давление в месте ввода порошка в сопло поддерживалось 0,8-0,9 атм. [1]. На стадии подготовки поверхности на образцы наносился флюс (состоящий из хлористого аммония NH₄Cl, хлористого цинка ZnCl₂ и перманганата калия KMnO₄), после этого поверхность по флюсу нагревали горелкой (с окислительным пламенем) до температуры 150-250°С, причем интервал времени после нанесения флюса и нагревом поверхности чугунной детали составил 0,2-0,25 часа, затем поверхность чугунной детали обработали абразивным порошковым материалом (корундом) с размером частиц 150-200 мкм. После его подачи в сопло визуально наблюдалась очистка поверхности от остатков флюса и появление шероховатости поверхности основы. Результаты определения адгезионной прочности для всех образцов представлены в таблице 3, а зависимость адгезионной прочности от времени активности флюса (t_ф) и от температуры подогрева поверхности основы (Т_п.п.) представлены на (фиг.2).

Таким образом, из приведенного выше примера и при реализации заявляемого способа подготовки поверхности основы лучшая адгезионная прочность напыленных газодинамических покрытий на чугунной основе, установленная по клеевой методике, составляет 6,4 МПа при применении флюса, содержащего (до 30% хлористого аммония NH₄Cl, до 70% хлористого цинка ZnCl₂ и до 2% перманганата калия KMnO₄), температуре подогрева поверхности основы 235°С, времени активности флюса 0,2-0,25 часа.

Источники информации

1. Патент РФ №135048/02, МПК 7 С23С 24/04, 2001 г. - Способ нанесения покрытий.

2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Материаловедение. - М.: Машиностроение, 1990 г., с.144-149.

3. Профессиональное оборудование «ДИМЕТ-403» - Установка для нанесения металлопорошковых газодинамических покрытий. Обнинский центр порошкового напыления.

Таблица 1
Результаты испытаний газодинамического покрытия на адгезионную прочность в зависимости от времени активности флюса
Состав флюса, %	Время активности флюса (t_ф), час
0-0,05	0,05-0,1	0,1-0,15	0,15-0,2	0,2-0,25	0,25-0,3	0,35-0,4	0,45-0,5
Адгезионная прочность покрытия, МПа
ZlCl₂ до 10	4,1-4,2	4,2-4,3	4,3-4,4	4,4-4,5	4,4-4,5	4,4-4,5	4,3-4,4	4,2-4,3
Nh₄Cl до 90KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 20	4,1-4,2	4,2-4,3	4,4-4,5	4,4-4,5	4,5-4,6	4,4-4,5	4,3-4,4	4,2-4,3
Nh₄Cl до 80
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 30	4,2-4,3	4,2-4,3	4,4-4,5	4,5-4,6	4,5-4,6	4,4-4,5	4,3-4,4	4,2-4,3
Nh₄Cl до 70
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 40	4,4-4,5	4,4-4,5	4,5-4,6	4,6-4,7	4,5-4,6	4,4-4,5	4,4-4,5	4,3-4,4
Nh₄Cl до 60
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 50	4,4-4,5	4,5-4,6	4,7-4,8	4,7-4,8	4,5-4,6	4,5-4,6	4,4-4,5	4,3-4,4
Nh₄Cl до 50
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 60	4,5-4,6	4,7-4,8	5,1-5,2	5,2-5,3	5,4-5,5	4,7-4,8	4,6-4,7	4,4-4,5
Nh₄Cl до 40
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 70	4,4-4,5	4,7-4,8	5,3-5,4	5,5-5,6	5,8-5,9	5,2-5,3	4,7-4,8	4,6-4,7
Nh₄Cl до 30
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 80	4,6-4,7	4,8-4,9	5,2-5,3	5,1-5,2	4,9-5,0	4,6-4,7	4,5-4,6	4,2-4,3
Nh₄Cl до 20
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 90	4,6-4,7	4,8-4,9	5,3-5,4	5,2-5,3	5,0-5,1	4,7-4,8	4,6-4,7	4,4-4,5
Nh₄Cl до 20
KMnO₄ до 2

Таблица 2
Результаты испытаний газодинамического покрытия на адгезионную прочность в зависимости от температуры подогрева поверхности основы
Состав флюса, %	Температура подогрева поверхности основы (Т_п.п.), °С
0-50	50-100	100-150	150-200	200-250	250-300	300-350	350-400
Адгезионная прочность покрытия, МПа
ZnCl₂ до 10	4,3-4,4	4,3-4,4	4,4-4,5	4,6-4,7	4,8-4,9	5,1-5,2	5,0-5,1	5,0-5,1
Nh₄Cl до 90
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 20	4,3-4,4	4,3-4,4	4,5-4,6	4,6-4,7	4,8-4,9	5,1-5,2	5,1-5,2	5,0-5,1
Nh₄Cl до 80
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 30	4,3-4,4	4,3-4,4	4,5-4,6	4,6-4,7	4,8-4,9	5,2-5,3	5,4-5,5	5,3-5,4
Nh₄Cl до 70
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 40	4,4-4,5	4,5-4,6	4,7-4,8	4,7-4,8	4,9-5,0	5,2-5,3	5,4-5,5	5,3-5,4
Nh₄Cl до 60
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 50	4,5-4,6	4,6-4,7	5,0-5,1	5,5-5,6	5,5-5,6	5,4-5,5	5,4-5,5	5,4-5,5
Nh₄Cl до 50
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 60	4,5-4,6	4,6-4,7	5,1-5,2	5,4-5,5	5,6-5,7	5,6-5,7	5,5-5,6	5,5-5,6
Nh₄Cl до 40
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 70	4,5-4,6	4,6-4,7	5,2-5,3	5,5-5,6	5,9-6,0	5,8-5,9	5,7-5,8	5,7-5,8
Nh₄Cl до 30
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 80	4,7-4,8	4,9-5,0	5,3-5,4	5,3-5,4	5,7-5,8	5,6-5,7	5,6-5,7	5,5-5,6
Nh₄Cl до 20
KMnO₄ до 2
ZnCl₂ до 90	4,7-4,8	4,9-5,0	5,4-5,5	5,4-5,5	5,3-5,4	5,1-5,2	5,2-5,3	5,0-5,1
Nh₄Cl до 10
KMnO₄ до 2

Таблица 3
Результаты определения адгезионной прочности газодинамических покрытий на чугунных основах при применении предложенного способа подготовки поверхности основы
№ п/п	Толщина напыленного слоя, мкм	Состав флюса, %	Время активности флюса, час	Температура подогрева поверхности основы, °С	Коэффициент использования порошка, %	Адгезионная прочность, МПа
Прототип	200-400	нет	нет	нет	25	4,5
		ZnCl₂ до 70
1	200-400	Nh₄Cl до 30	0,05	150	38	5,2
		KMnO₄ до 2
		ZnCl₂ до 70
2	200-400	Nh₄Cl до 30	0,10	175	38	5,4
		KMnO₄ до 2
		ZnCl₂ до 70
3	200-400	Nh₄Cl до 30	0,15	190	38	5,3
		KMnO₄ до 2
		ZnCl₂ до 70
4	200-400	Nh₄Cl до 30	0,20	205	40	5,6
		KMnO₄ до 2
		ZnCl₂ до 70
5	200-400	Nh₄Cl до 30	0,25	220	40	5,9
		KMnO₄ до 2
		ZnCl₂ до 70
6	200-400	Nh₄Cl до 30	0,20	235	40	6,4
		KMnO₄ до 2
		ZnCl₂ до 70
7	200-400	Nh₄Cl до 30	0,25	245	44	6,0
		KMnO₄ до 2
		ZnCl₂ до 70
8	200-400	Nh₄Cl до 30	0,20	250	46	6,1
		KMnO₄ до 2
		ZnCl₂ до 70
9	200-400	Nh₄Cl до 30	0,15	265	46	5,4
		KMnO₄ до 2

Способ нанесения покрытия на чугунные детали, включающий обработку детали абразивным порошковым материалом с размером частиц 30-300 мкм, нагрев сжатого воздуха, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в поток порошкового материала, предназначенного для формирования покрытия и направление его на поверхность обрабатываемого изделия, отличающийся тем, что перед обработкой детали абразивным порошковым материалом на поверхность детали наносят флюс со временем активности 0,2-0,25 ч, содержащий до 30% хлористого аммония NH₄Cl, до 70% хлористого цинка ZnCl₂ и до 2% перманганата калия KMnO₄, и осуществляют нагрев поверхности по флюсу горелкой с окислительным пламенем до температуры (0,14-0,2)·Т_пл, где Т_пл - температура плавления чугуна.

Способ нанесения покрытий

Патент 2306368