СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДУГИ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ МОЩНОСТИ
METHOD OF COAT APPLICATION USING PULSE POWER ARC

Изобретение относится к технологии нанесения металлических композиционных материалов плазменным напылением с выносной электрической дугой пульсирующей мощности и может найти использование для изготовления или восстановления изношенных деталей, работающих в условиях повышенного износа и высоких контактных нагрузок в судостроительной промышленности, энергетике, прецизионном машино- и приборостроении и других отраслях машиностроения.
Известен способ получения композиционного покрытия на стальной детали плазменным напылением, включающий ввод напыляемого порошка в плазменную струю, термическое активирование обрабатываемой поверхности возбуждением выносной электрической дуги, которую совмещают с плазменной струей, и транспортирование порошка плазменной струей к обрабатываемой поверхности (см., например, Кулагин И.Д. и др. «Поверхностное упрочнение деталей дуговых разрядов», сб. Теория и практика газотермического нанесения покрытий, Дмитров, 1985, с.73-74).
Задачей данного изобретения является получение покрытий высокого качества за счет увеличения его локальной плотности и адгезионной прочности без перегрева обрабатываемой поверхности.
Z
Это достигается тем, что в способе плазменного нанесения покрытий, включающем ввод напыляемого порошка в плазменную струю, термическое активирование обрабатываемой поверхности, возбуждением выносной электрической дуги, которую совмещают с плазменной струей, и транспортирование порошка плазменной струей к обрабатываемой поверхности, сначала осуществляют очистку и промывку напыляемой поверхности детали и поверхности детали, прилегающей к напыляемым зонам на расстояние не менее 50 мм, струйно-абразивную обработку для придания поверхности шероховатости по параметру R не менее 20 мкм, и обдувку подготовленной поверхности сжатым воздухом, а плазменное напыление осуществляют с подачей порошкового материала из по крайней мере одного дозатора, для транспортирования порошка в плазмотрон используют сжатый воздух, в качестве плазмообразующего газа используют сжатый воздух с добавкой пропана, а выносную электрическую дугу питают пульсирующим током 60 А от отдельного источника током с частотой следования импульсов 25-200 Гц и при средней мощности пульсирующей дуги 2,5 кВт.
Для получения покрытия из разнородных материалов подачу порошка осуществляют из двух дозаторов, при этом используют порошки разного состава.
В качестве напыляемого порошка используют оксид хрома или оксид алюминия.
Z
Очистка и промывка напыляемой поверхности детали позволяет увеличить прочность сцепления покрытия с основой, причем экспериментально установлено, что необходимо выполнять очистку и промывку также поверхности детали, прилегающей к напыляемым зонам на расстояние не менее 50 мм, что позволяет получить качественное покрытие в краевых зонах детали. Струйно-абразивную обработку осуществляют для придания поверхности шероховатости по параметру R не менее 20 мкм, что повышает сцепление покрытия с основой, т.е. во много раз повышает адгезийную прочность покрытия.
Использование выносной дуги, питаемой пульсирующим током, позволяет обеспечить более эффективный и равномерный прогрев подаваемого порошка за счет улучшения условий теплообмена плазмы и порошка при импульсном изменении температуры и скорости плазменной струи, а также оптимизировать тепловое воздействие дуги на поверхность детали вследствие диффузии опорного пятна электрической дуги по поверхности, что ведет к повышению плотности и адгезионной прочности покрытия, так как оно формируется из проплавленных частиц на термически активированной или расплавленной поверхности. При этом экспериментально установлено, что для предотвращения коробления подложки и повышения устойчивости дуги, мощность пульсирующей дуги должна быть 2,5 кВт, частота следования импульсов 25-200 Гц а ток дуги 60 А.
Пример.
Осуществляют покрытие стальной детали. Для напыления используют порошки Т-Термо №60, (аналог отечественного порошка ПГСР4 (Ni Cr B Si), или оксид хрома или оксид алюминия фракцией 40-60 мкм.
Технологический процесс получения плазменного покрытия включает следующие этапы: подготовку порошков; подготовку поверхности, подлежащей напылению; нанесение покрытия; промежуточный контроль качества и размеров покрытия; окончательный контроль полученного покрытия.
Z
Z
Перед использованием порошки просушивают. Сушку порошков осуществляют в сушильном шкафу при температуре 130-150°C в течение 2-3 час на протвинях их нержавеющей стали, периодически помешивая. Затем осуществляют подготовку поверхности детали, подлежащей наплавке. Для этого поверхности очищают и промывают от масла, грязи и ржавчины с помощью волосяных или металлических щеток. Очистке и промывке подлежат также поверхности, прилегающие к наплавляемым зонам на расстоянии не менее 50 мм. Кроме того, поверхности детали, подлежащей наплавке, придают шероховатость струйно-абразивной обработкой. Шероховатость по параметру R должна быть не менее 20 мкм по параметру R по ГОСТ 2789. Данная операция позволяет повысить адгезийную прочность покрытия. После обработки поверхность детали обдувают сжатым воздухом. В дозатор засыпают порошковый материал, закрепляют деталь в патроне манипулятора, устанавливают соответствующие напыляемому порошковому материалу расход порошка. Для транспортирования порошка в плазмотрон использую сжатый воздух. Осуществляют напыление порошка. С помощью электрической дуги, горящей внутри плазменного генератора постоянного тока, нагревают поток газа, протекающий через него и создающий плазменную струю. В качестве газа используют сжатый воздух с добавкой пропана. В плазменную струю вводят порошок, напыляемый на поверхность. С осью плазменной струи совмещают электрическую дугу, питаемую от источника пульсирующего тока. Режимы напыления приведены в таблице 1, режимы электрической выносной дуги пульсирующей мощности - в таблице 2.
Табл. 1
Режимы напыления
Состав получаемого покрытия
Т-Термо N6O
Т-Оксид Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Т-Оксид хром
Давление газа, атм
3.5-4.5
2.7-3.2
2.7-3.2
Расход газа л/мин
35-45
30-40
30-40
Сила тока, А
160-190
210-230
210-230
Напряжение, В
190-210
240-260
240-260
Расход порошка, г/с
4-5
2.5-4
2.5-4
Дистанция напыления, мм.
160-180
140-160
140-160
Табл. 2
мощность ЭДПМ
2,5 кВт;
сила тока ЭДПМ
60 А
частота пульсаций ЭДПМ
100 Гц
В результате получены покрытия, свойства которых приведены в таблице 3.
Табл. 3
Свойства
Покрытие
Т-Термо N6O
Т-Оксид Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Т-Оксид хром
Твердость, HRC
55-60
60-80
60-80
Адгезия, МПа
45-55
35-45
35-45
Рабочая температура, °C не более
800
1200
1100
Толщина покрытия, мкм
50-1000
50-1000
50-1000
Данный способ позволяет повысить качество покрытия за счет увеличения адгезионной прочности и плотности получаемых покрытий, при этом уменьшается процент брака, вызванного отслоением покрытий. Кроме того, за счет повышения коэффициента использования наносимого материала обеспечивается экономия дорогих и дефицитных порошковых материалов.