СПОСОБ МИКРОДУГОВОГО ОКСИДИРОВАНИЯ ТИТАНОВОЙ ПРОВОЛОКИ ДЛЯ АНТИФРИКЦИОННОЙ НАПЛАВКИ
METHOD OF MICROARC OXIDATION OF TITANIUM WIRE FOR ANTIFRICTION WELDUP

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 ГОСТ 27265-87, 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.
2
2
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 270-500 кгс/мм (оптимальный диапазон 350-430 кгс/мм). 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 об указанных выше недостатков термического оксидирования.
Для изготовления наплавочного материала будет применена титановая проволока марки 2В по ГОСТ 27265-87.
Наиболее близким техническим решением и принятым нами за прототип является «Метод микродугового оксидирования (МДО) титановых сплавов с целью коррозионной защиты других материалов при контакте с титаном в морской воде, включающий электролитический процесс, протекающий при напряжении от 315 до 330 В в растворе тринатрийфосфата с концентрацией 11,5-14,0 г/л при температуре раствора 25-30°С в течение 7-15 мин, предложенный Дальневосточным отделением АН СССР (авторское свидетельство №1156410 от 05.11.83 г.).
2
Недостатком данного метода является то, что применение метода МДО как средства коррозионной защиты предусматривает нанесение на титан сравнительно тонких окисных пленок - 5-10 мкм. При такой толщине окисной пленки количество кислорода в наплавочном материале будет невелико и твердость наплавленного металла HV не будет превышать 300 кгс/мм.
2
Для сварочной проволоки, как материала для антифрикционных наплавок, требуется существенно большая твердость наплавленного металла HV на уровне 350-430 кгс/мм, чего можно достичь, увеличив содержание кислорода в наплавочном материале путем увеличения толщины окисной пленки до 200-250 мкм.
Техническим результатом изобретения является разработка способа микродугового оксидирования титанового сплава для антифрикционных наплавок, позволяющего получать окисную пленку на поверхности титановой проволоки толщиной 220-250 мкм и обеспечить повышение твердости наплавленного металла.
2
3
Технический результат достигается за счет того, что процесс МДО выполняют в водном растворе жидкого стекла NaSiO по ГОСТ 13078-81 с концентрацией 20,0±2,0 г/л при напряжении 320-340 В в течение 15±2 мин при температуре 20±1°С.
2
3
2
Применение в качестве электролита раствора жидкого стекла NaSiO с концентрацией 20,0±2,0 г/л позволяет получить на поверхности титановой проволоки окисную пленку необходимой толщины и получить твердость металла, наплавленного с применением это наплавочного материала, на уровне 400-430 кгс/мм.
Пример конкретного выполнения
В лабораторных условиях была взята сварочная проволока из титанового сплава 2В по ГОСТ 27265-87 (Ti-основа, Al - 2%, V-1,5%) и приготовлен электролит с концентрацией жидкого стекла 18,0 г/л, 20,0 г/л и 22,0 г/л. После чего было проведено нанесение покрытий при напряжении 320 В, 330 В и 340 В в течение 13 мин, 15 мин и 17 мин при температуре 19°С, 20°С и 21°С, при этом получена толщина окисной пленки 220 мкм, 235 мкм и 250 мкм соответственно.
В таблице 1 приведены параметры предлагаемого и известного способов.
Важным фактором, что было отмечено при исследовании наплавки, выполненной проволокой с МДО, явилось практически полное отсутствие пор в наплавке. Это очень важно, так как пористость в наплавке крайне отрицательно влияет на работоспособность наплавки и ее устранение требует очень трудоемких ремонтных работ (что характерно для наплавочных материалов, полученных путем термического окисления титановой проволоки).
2
Режимы МДО оценивались замерами твердости наплавленного металла. Приведенный режим обеспечивает стабильный диапазон распределения твердости в наплавке в пределах 400-430 кгс/мм. Содержание водорода в наплавке находится в норме и не превышает 0,003% (что очень важно, так как не требует выполнения дегазации проволоки перед наплавкой, как при термическом окислении).
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.
Таблица №1
Способ микродугового оксидирования титановой проволоки
Параметры способа
Свойства покрытия
№ п/п
Способ
Состав электролита
Концентрация электролита, г/л
Напряжение, В
Время, мин
Толщина покрытия, мкм
Твердость HV, кгс/мм<sup>2</sup>
Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>
18,0
320
13
220
400
1
Предлагаемый
Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>
20,0
330
15
235
415
Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>
22,0
340
17
250
430
2
Известный
Na<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>
11,5
315
7
5
280
Примечание. В таблице приведены усредненные значения по результатам 3-х измерений.