Способ микродугового оксидирования присадочных прутков из титанового сплава для антифрикционной наплавки

Способ микродугового оксидирования присадочных прутков из титанового сплава для антифрикционной наплавки

Реферат

Изобретение относится к оксидированию материалов методом электрохимической обработки и может быть применено для оксидирования сварочной проволоки из титановых сплавов, применяемой при изготовлении изделий судовой арматуры и механизмов, изделий химического машиностроения и др.

Известна сварочная проволока из титанового сплава марки ПТ-7М по ГОСТ27265-87, которая применяется как наплавочный материал для упрочнения трущихся поверхностей после предварительного термического оксидирования в открытой воздушной среде при температуре 750-800°С. Такая обработка приводит к образованию на поверхности проволоки окисной пленки, кислород которой является легирующим элементом при наплавке, повышая тем самым сопротивление износу поверхности изделия.

Однако операция оксидирования в воздушной среде приводит одновременно к совершенно нежелательному наводороживанию сварочной проволоки.

Содержание водорода в проволоке возрастает с 0,002% до 0,015-0,020%, что совершенно недопустимо при наплавочных работах на поверхности титановых сплавов.

В связи с этим после оксидирования проволока подвергается дегазации для удаления водорода в вакуумных печах при температуре 750-900°С в течение 5-10 час. Необходимо отметить, что по этой технологии в настоящее время приготавливается практически весь наплавочный материал.

Недостатки указанного метода приготовления сварочной проволоки для наплавки не ограничены только отмеченными технологическими особенностями, приводящими к большой трудоемкости подготовки проволоки. Большим недостатком наплавок, выполненных термически оксидированной сварочной проволокой, является разброс по твердости наплавленного слоя, что связано с неравномерным распределением кислорода. Значения твердости по объему наплавленного слоя колеблются в пределах 350-430 кгс/мм². Такие колебания твердости, а следовательно, нестабильность показателей антифрикционных свойств наплавленного слоя приводят к вынужденному ограничению ресурсных характеристик изделий, работающих в условиях циклических нагрузок (арматура, судовые механизмы).

В связи с отмеченным в настоящем изобретении предлагается заменить термическое оксидирование сварочной проволоки для наплавки на метод микродугового оксидирования, который в большой степени свободен от указанных выше недостатков термического оксидирования.

Кроме того, для титановой арматуры, работающей длительное время при жестких режимах циклического нагружения с высокими удельными давлениями, твердости 350-430 кгс/мм² уже недостаточно для обеспечения заданного ресурса работы и необходимо создание новых наплавочных материалов, позволяющих увеличить твердость наплавленного металла до 450-480 кгс/мм². Этого можно достичь применением титановой проволоки марки ВТ6св по ГОСТ27265-87. Эта проволока имеет более высокую твердость, пластичность и отсутствие закатов, препятствующих качеству МДО, по сравнению с проволоками марок ПТ-7М и 2В. Применение в качестве электролита алюмината натрия позволит дополнительно легировать наплавочный материал алюминием, что позволит дополнительно повысить твердость наплавленного металла.

Наиболее близким техническим решением и принятым за прототип является «Способ микродугового оксидирования титановой проволоки для антифрикционной наплавки», включающий электролитический процесс, протекающий в водном растворе жидкого стекла Na₂SiO₃ с концентрацией 20,0±2,0 г/л при напряжении 320÷340 В в течение 15±2 мин при температуре 20±1°С, предложенный ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» (патент №2391449 от 10.06.2010 г.).

Недостатком данного метода является то, что при выполнении наплавки твердость наплавленного металла не превышает 400÷430 кгс/мм².

Техническим результатом изобретения является разработка способа микродугового оксидирования титанового сплава для антифрикционных наплавок, позволяющего обеспечить повышение твердости наплавленного металла до 450÷480 кгс/мм².

Технический результат достигается за счет того, что присадочные прутки изготавливают из сварочной титановой проволоки марки ВТ6св, а микродуговое оксидирование выполняют в водном электролите вначале с раствором NaAlO₂ с концентрацией (15±1) г/л, рН 11,5÷12 при напряжении 280÷300 В, при температуре 20÷24°С в течение (15±1) минут; затем в водном электролите с раствором Na₃PO₄ с концентрацией (14±1) г/л, рН 10,5÷11,0 при напряжении 290÷310 В, при температуре 16÷20°С в течение (18±1) минут.

Применение в качестве электролита раствора NaAlO₂ с концентрацией (15±1) г/л позволяет дополнительно легировать наплавочный материал алюминием, а применение раствора Na₃PO₄ с концентрацией (14±1) г/л позволит получить окисную пленку необходимой толщины и насытить поверхность наплавочного металла кислородом. Выполнение микродугового оксидирования проволоки марки ВТ6св в два этапа позволит получить твердость металла, наплавленного с применением этого наплавочного материала на уровне 450÷480 кгс/мм².

Пример конкретного выполнения.

В лабораторных условиях была взята сварочная проволока из титанового сплава марки ВТ6св по ГОСТ 27265-87 (Ti-основа, Al-4%, V-3%) и приготовлены электролиты: раствор алюмината натрия NaAlO₂ с концентрацией 14,0 г/л, 15,0 г/л и 16,0 г/л и раствор фосфата натрия Na₃PO₄ с концентрацией 14,0 г/л, 15,0 г/л и 16,0 г/л. После чего было проведено нанесение покрытий сначала в растворе NaAlO₂ при напряжении 280В, 290В и 300В в течение 14 мин, 15 мин и 16 мин при температуре 20°С, 22°С и 24°С, а затем в растворе Na₃PO₄ при напряжении 290В, 300В и 310В в течение 17 мин, 18 мин и 19 мин при температуре 16°С, 18°С и 20°С.

В таблице 1 приведены параметры предлагаемого и известного способов.

Режимы МДО оценивались замерами твердости наплавленного металла. Приведенный режим обеспечивает стабильный диапазон распределения твердости в наплавке в пределах 450÷480 кгс/мм².

Важным фактором, что было отмечено при исследовании наплавки, выполненной проволокой с МДО, явилось полное отсутствие пор и трещин в наплавке, даже без термообработки наплавленных деталей. Это очень важно, так как поры и трещины в наплавке крайне отрицательно влияют на работоспособность наплавки и ее устранение требует очень трудоемких ремонтных работ.

Технико-экономические преимущества от применения указанного способа по сравнению с прототипом выразятся в увеличении срока службы и надежности изделий судовой арматуры и механизмов из титановых сплавов за счет увеличения твердости.

Способ микродугового оксидирования присадочных прутков для антифрикционной наплавки, отличающийся тем, что используют присадочные прутки из сварочной титановой проволоки марки ВТ6св, а микродуговое оксидирование выполняют в водном электролите вначале с раствором NaAlO₂ с концентрацией 14÷16 г/л, рН 11,5÷12 при напряжении 280÷300 В и температуре 20÷24°С в течение 15±1 мин, а затем - в водном электролите с раствором Na₃PO₄ с концентрацией 13÷15 г/л, рН 10,5÷11 при напряжении 290÷310 В и температуре 16÷20°С в течение 18±1 мин.