СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА СТАЛЬНУЮ ОСНОВУ
METHOD OF COATING APPLICATION ON METAL SUBSTRATE

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности изделий, а именно к способам получения покрытий с использованием неорганического порошка, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.
Известен способ получения покрытия путем нанесения порошковых металлов, ускоренных подогреваемым газовым потоком в сверхзвуковом сопле (См. авт. свид. СССР 1618778, кл. C23C 4/00, 1986 г.).
В этом способе обеспечивается ускорение частиц порошка до высоких скоростей (650-1200 м/с), что позволяет получать покрытия с повышенной прочностью сцепления и невысокой пористостью.
Однако этот способ сравнительно дорог и технически сложен, так как для его реализации необходимо использовать дорогостоящие газы (например, гелий) и высокое давление рабочего газа (15-20 атм).
Наиболее близким к заявляемому решению является способ нанесения покрытия на стальную основу, включающий предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и никеля в равных долях и нанесение порошкового покрытия толщиной 0,2-0,3 мм на основу (См. Патент РФ 2038411, C23C 4/00, 1993 г.).
Этот способ не трудоемок и не требует больших материальных затрат.
Процесс нанесения покрытия газодинамическим напылением заключается в направлении на поверхность стали механической смеси твердых и пластичных частиц, в результате чего на поверхности формируется покрытие с пористостью 4-8%.
К основному недостатку способа можно отнести низкую коррозионную стойкость покрытий, которые используются для защиты изделий из стали от воздействия агрессивной среды.
Задачей заявляемого решения является улучшение качества покрытия, а именно повышение коррозионной стойкости.
Поставленная задача достигается тем, что в способе нанесения покрытия на стальную основу, включающем предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и никеля в равных долях и нанесение порошкового покрытия толщиной 0,2-0,3 мм на основу, перед нанесением покрытия на основу формируют на ней подложку путем предварительного нагрева сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подачи его в сверхзвуковое сопло, формирования в нем высокоскоростного воздушного потока, введения в этот поток порошкового материала из оксида алюминия и меди в равных долях и нанесения порошкового покрытия на основу до формирования толщины слоя подложки 0,3-0,4 мм.
Испытания на сопротивление коррозии продолжительностью 12 недель (2016 часов) проводили по методике ускоренных испытаний при полном погружении образцов из стали 20 и стали 20 с покрытием, нанесенным газодинамическим напылением, в ванну с электролитом (3% раствор NaCl).
Пример 1.
Предварительно на стальную основу наносят подложку. Для этого производят предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 400-500°C, подают его в сверхзвуковое сопло, формируют в нем высокоскоростной воздушный поток, вводят в этот поток порошковый материал из оксида алюминия и меди в соотношении 1:1 и наносят порошковое покрытие на стальную основу до формирования толщины слоя подложки 0,3-0,4 мм. Затем производят нанесение основного покрытия. Для этого предварительно нагревают сжатый воздух до температуры 400-500°C, подают его в сверхзвуковое сопло, формируют в нем высокоскоростной воздушный поток, вводят в этот поток порошковый материал из оксида алюминия и никеля в соотношении 1:1 и наносят порошковое покрытие толщиной 0,2-0,3 мм.
Примеры 2-4.
Ведут процесс по технологии, описанной в примере 1. Параметры процессов представлены в таблице 1.
Таблица 1
Параметры процесса
Образцы по примерам
1
2
3
4
Нанесение подложки на стальную основу
Марка стали
Ст.3
20
20
Ст.3
Температура сжатого воздуха, °C
400
500
350
550
Соотношение количества порошков Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> и Cu
1:1
1:1
1:1
1:1
Толщина покрытия, мм
0,4
0,3
0,2
0,5
Нанесение основного покрытия
Температура сжатого воздуха, °C
400
500
550
350
Соотношение количества порошков Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> и Ni
1:1
1:1
1:1
1:1
Толщина покрытия, мм
0,2
0,3
0,2
0,4
Испытания на сопротивление коррозии продолжительностью 12 недель (2016 часов) проводили по методике ускоренных испытаний при полном погружении образцов по примерам 1-4 в ванну с электролитом (3% раствор NaCl). Одновременно проводили испытания образца и напыление покрытия по способу-прототипу.
Результаты испытания представлены в таблице 2.
Таблица 2
Параметры оценки
Образцы по примерам
По прототипу
1
2
3
4
Коррозионные потери массы, кг/м<sup>2</sup> × 10<sup>-15</sup>
5,9
5,9
54,0
57,1
63,0
Скорость коррозии, кг/м<sup>2</sup> год × 10<sup>-15</sup>
1,34
1,33
11,0
12,3
14,3
Повышение сопротивления коррозии, раз
10,7
10,7
1,3
1,5
1
Как показано в таблице 2, после нанесения покрытия по оптимизированной технологии согласно изобретению (примеры 1 и 2) сопротивление разрушению под воздействием коррозионной среды у стали повышается более чем в 10 раз по сравнению с известной технологией нанесения никелевого покрытия газодинамическим напылением по способу-прототипу. При отклонении параметров нанесения покрытия от предложенной технологии (примеры 3 и 4) параметры коррозионной устойчивости мало отличаются от соответствующих параметров покрытия, нанесенного известным способом.
Использование изобретения позволяет повысить качество и ресурс эксплуатации стальных деталей с покрытием никеля, нанесенным газодинамическим напылением, в коррозионной среде.