СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
COATING APPLICATION PROCESS

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к разделу химико-термической обработки сплавов, и направлено на повышение износостойкости деталей стрелкового оружия, например, высокоточных карабинов и снайперских винтовок путем защиты их деталей от коррозии.
2
2
Известен способ нанесения покрытия на керамические детали по патенту RU 2152842 C2, выбранный в качестве аналога. Данный способ включает трехслойное покрытие с подсушкой каждого слоя на воздухе в течение одного часа и отверждение покрытия по режиму: подъем температуры от 20-300°C со скоростью 1-2 градуса в минуту, выдержка при 300°C - 3 часа. Первый (наружный) и третий (внутренний) слой наносят из алюмохромофосфатного связующего, второй (промежуточный) слой наносят из алюмохромофосфатного связующего совместно с окисью алюминия. Термообработку до 300°C осуществляют в три ступени. Первая до 150°C с выдержкой 60-90 минут, вторая 15-250°C с выдержкой 50-60 минут, третья 250-350°C с выдержкой 30-60 минут. Кроме того, первый (наружный) и третий (внутренний) слои наносят в количестве, обеспечивающем поверхностную плотность 0,05-0,2 кг/м, а второй (промежуточный) - плотность 0,12-0,35 кг/м. Недостатками являются сложность выполнения операций, высокая трудоемкость.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является технология многослойного покрытия по патенту RU 2214475 C2. Данный способ включает три слоя покрытия. Первый слой - жаростойкое покрытие на основе Ni, второй слой - алюминий, кремний и иттрий, а третий слой - керамика. Первый и третий слои наносят изотермическим способом, а второй - методом шликерной технологии. После нанесения второго слоя делают сушку при температуре 350°C в течение 30-60 минут и вакуумный диффузионный отжиг. Шликерное покрытие состоит из мелкодисперсного порошка на основе алюминия с добавкой кремния (0,15-15 мас.%) и иттрия - 0,1-1,3 мас.%. Толщина первого слоя покрытия составляет 30-100 мкм, суммарная толщина первого и второго слоя после вакуумного отжига - 30-100 мкм, толщина третьего слоя - 30-300 мкм. Недостатком является сложная и трудоемкая технология, а также отсутствие гарантий в обеспечении адгезии и коррозионной стойкости в атмосферных условиях.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении износостойкости металла ствола стрелкового оружия и улучшении однородности металла ствола стрелкового оружия и его химического состава.
Технический результат достигается тем, что способ нанесения покрытия на ствол стрелкового оружия включает предварительную обработку поверхности ствола, нанесение первого слоя из никеля на поверхность ствола, термообработку, нанесение второго слоя методом шликерной технологии. При этом обработку поверхности осуществляют сначала травлением, которое включает в себя снятие окисной пленки с поверхности Al-сплава в 5-10% растворе едкого натра при 20-70°C, а затем дробеструйной обработке литыми алюминиевыми шариками. Первый слой из никеля толщиной 3-5 мкм наносят гальваническим способом. Термообработку осуществляют методом высокотемпературного отжига при температуре 600-610°C со скоростью нагрева и охлаждения не более 15°C в минуту в инертной среде (аргон). Второй слой наносят из шликерного состава, мас.%:
- мелкодисперсный порошок (Al, Cr, Ni, Fe) - 45-50%;
- хромовый ангидрид - 3%;
- поверхностно активное вещество - 0,2%;
- алюмохромофосфатное связующее - остальное.
Приемлемым способом для достижения адгезии никеля (Ni) с подложкой является создание развитой поверхности и сжимающих напряжений в поверхностном слое А1-сплава (подложке) благодаря дробеструйной обработке и для улучшения условий для диффузионного сращивания Ni с подложкой при высокотемпературном отжиге (температура 600°C). Медленный нагрев до температуры 600°C со скоростью 10-12°C в минуту исключает деформацию конструктивных элементов ствола, имеющего различную толщину стенок, наличием сложной формы нарезов и внутреннего отверстия длиной более 600 мм, выполненного сверлением, а также других конструктивных элементов, полученных механическим воздействием. Кроме того, нагрев позволяет релаксировать (снижать) остаточные напряжения в металле ствола, а также создать однородную структуру и стабилизировать химический состав сплава ствола.
Источником появления остаточных напряжений в сплаве ствола является механическое воздействие при его механической и дробеструйной обработке. Например, дробь, вылетая из сопла с определенной скоростью, ударяется о поверхность металла, вызывая пластическую деформацию. Вследствие этого в поверхностном слое возникают остаточные напряжения на глубине 0,15-0,4 мм, а в утолщенных местах до 0,5 мм. Следует также отметить, что применение дроби размером 1,5-2 мм позволяет с одной стороны создать поверхность под условия сращивания с Ni-покрытием, а с другой стороны, как отмечено выше - внести в поверхностном слое остаточные напряжения сжатия, также способствующие обеспечению сращивания Ni-покрытия с подложкой. Обработка ствола в ванне с раствором едкого натра позволяет удалить окисную пленку, а последующая промывка в воде комнатной температуры очищает поверхность ствола от остатков раствора. Легкое травление Al-сплава в водном растворе азотной кислоты (1:1) и последующая промывка в воде комнатной температуры, обеспечивает качественное осаждение никеля толщиной 3-5 мкм на подложку.
Термообработанный ствол после выдержки при температуре 600°C и затем медленном охлаждении со скоростью не более 15°C в минуту позволяет сохранить металлическую связь никелевого покрытия с Al-сплавом ствола. Обеспечение связи шликерного покрытия с никелевым достигается с помощью алюмофосфатного связующего, содержащегося в металлическом порошке следующего состава: Al, Fe, Cr, Ni, где Fe с дисперсностью 40-60 нм. Дополнительно с подложкой в суспензию вводят хромовый ангидрид 2-3 мас.% и поверхностно активное вещество (ПАВ), например «Ветфикс ВЕ» 0,2-0,3%, поскольку данное связующее обладает клеящими свойствами и водостойкостью. Покрытия наносят из пульверизатора. Толщина слоя составляет 30-50 мкм. После нанесения покрытия осуществляют сушку ствола в печи при температуре 160-180°C. Печь нагревают совместно со стволом во избежание появления градиента температуры.
В процессе сушки достигается высокая адгезия шликерного покрытия с подслоем никеля, имеющего диффузионное сращивание с подложкой.
Термообработка с медленным нагревом и охлаждением позволяет:
- релаксировать (снизить) остаточные напряжения;
- обеспечить однородность структуры и химического состава;
- предотвратить деформации стенок ствола.
Способ нанесения покрытия осуществляется следующим образом.
Ствол из алюминиевого сплава после окончательной механической обработки подвергают травлению в 7% растворе едкого натра при температуре 20-30°C для снятия с его поверхности окисной пленки. После этого осуществляют дробеструйную обработку, где в качестве дроби используют литые алюминиевые шарики диаметром 1,5-2 мм. Затем наносят слой никеля 3-5 мкм гальваническим способом. Для обеспечения адгезии никеля с подложкой и релаксации (снижения) остаточных напряжений, появившихся при механической обработке (точение, сверление, фрезерование и т.д.), а также дробеструйной обработке, для достижения однородной структуры и химического состава, проводили термообработку при температуре 590-610°C с выдержкой 30-35 мин. Нагрев и охлаждение в процессе обработки осуществляли со скоростью 10-15°C в минуту. Защитная среда - аргон. Затем поверх никелевого покрытия наносили шликерное покрытие состава: металлический порошок Al, Cr, Ni и Fe с дисперсностью 40-60 нм и алюмофосфатные связующие, хромовый ангидрид и поверхностно активное вещество (ПАВ), например «Ветфикс ВЕ». Процентное содержание указанных ингредиентов составляло:
- вода;
- металлический порошок 50%;
- хромовый ангидрид 3%;
- поверхностно активное вещество (ПАВ), например «Ветфикс ВЕ» - 0,2%;
- алюмофосфатное связующее остальное.
Толщина покрытия 10-12 мкм. Нанесение шликерного покрытия осуществляли пульверизатором. Затем осуществляли сушку при температуре 170°C ± 10°C в воздушной атмосфере в печи с выдержкой 1 час. Скорость нагрева и охлаждения осуществляли вместе с печью.