СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
METHOD TO APPLY COATINGS

Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности изделий, а именно к газодинамическим способам нанесения покрытий с использованием неорганического порошка, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности при восстановлении формы и размеров металлических деталей, изготовлении и ремонте изделий, требующих герметичности, повышенной коррозионной стойкости, жаростойкости и адгезионно-когезионной прочности.
4
2
4
пл
пл
Известен способ нанесения покрытий (патент РФ №2306368, МПК C23C 24/04, 2006) [1], заключающийся в подаче абразивного порошкового материала с размером частиц 30-300 мкм, нагреве сжатого воздуха, подаче его в сверхзвуковое сопло, формировании в сопле сверхзвукового воздушного потока, подаче в поток порошкового материала в сопле сверхзвуковым потоком и направлении его на поверхность обрабатываемого изделия, причем перед обработкой детали абразивным порошковым материалом на поверхность детали наносят флюс со временем активности 0,2-0,25 часа, содержащий до 30% хлористого аммония NHCl, до 70% хлористого цинка ZnCl и до 2% перманганата калия KMnO, и осуществляют нагрев поверхности по флюсу горелкой с окислительным пламенем до температуры (0,14-0,2)·Т, где Т - температура плавления чугуна.
Недостатком данного способа является низкая адгезионная прочность покрытия на чугунных деталях и усложненный технологический процесс.
Технический результат направлен на увеличение адгезионной прочности газодинамических покрытий на чугунных деталях и сокращение времени на технологический процесс.
2
Технический результат достигается тем, что в способе нанесения покрытия на чугунные детали, включающем нагрев сжатого воздуха, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в сопле сверхзвукового воздушного потока, подачу в поток порошкового материала, предназначенного для формирования покрытия, и направление его на поверхность обрабатываемого изделия, причем перед нанесением покрытия на поверхность детали с помощью оборудования для электроискровой обработки наносится слой нихрома Х20Н80 ГОСТ 12766-90 электродом ⌀4 мм при силе тока 6 А, частоте вибрации электрода 250 Гц, времени обработки 0,5 мин/см.
2
Отличительными признаками от прототипа является то, что перед нанесением покрытия на поверхность детали с помощью установки для электроискровой обработки наносится слой нихрома Х20Н80 ГОСТ 12766-90 электродом ⌀4 мм при силе тока 6 А, частоте вибрации электрода 250 Гц, времени обработки 0,5 мин/см.
Заявленный способ соответствует категории «новизна» и позволяет сделать вывод о соответствии критерию «существенное отличие».
z
На фиг.1 приведена схема процесса нанесения покрытия с применением электроискровой обработки. На фиг.2 - зависимость адгезионной прочности газодинамического покрытия от шероховатости (R) и от марки электрода.
Способ осуществляется следующим образом.
2
2
а
B
m
max
z
p
a
г
ср
На поверхность восстанавливаемой чугунной детали 1 наносится с помощью оборудования для электроискровой обработки слой 2 нихрома Х20Н80 ГОСТ 12766-90 электродом 3 при силе тока 6 А, частоте вибрации электрода 250 Гц, времени обработки 0,5 мин/см (табл.1), при электроискровой обработке деталей изменяются физико-механические свойства материала и микрогеометрия поверхности, которая характеризуется продольными и поперечными параметрами профиля, определяющими его несущую способность. [2] К ним согласно ГОСТ 2789-73 относятся высота (Н, мкм), радиус (R, мкм), шаг волны - среднее расстояние между неровностями (S, мкм), высотные микронеровности профиля (R, R, R и R, мкм), средний радиус закругления вершин (r, мкм), число пятен фактического контакта (n), средняя площадь секущих сегментов (A, мм), после этого на образовавшийся слой 2 наносят газодинамическое покрытие 4 с помощью оборудования «ДИМЕТ 403», разработанного и изготовляемого Обнинским центром порошкового напыления [3].
Вследствие вышеизложенного можно сделать вывод, что при нанесении на поверхность чугунной детали предложенного слоя нихрома изменяются физико-механические свойства материала и микрогеометрия поверхности. Нанесенный на рабочую поверхность детали слой имеет прочную связь с основой, так как его образование сопровождается химическим и диффузным процессами, и, как следствие, увеличение адгезионной прочности газодинамических покрытий.
Пример реализации способа.
z
С использованием оборудования типа «БИТ 4» и «ДИМЕТ-403» восстанавливались образцы, вырезанные из чугунного картера раздаточной коробки (СЧ28) автомобиля УрАЛ 4320. При этом наносилось алюминий-цинковое покрытие толщиной 200-400 мкм. Порошковый материал, предназначенный для формирования покрытия, содержал порошок алюминия с размером частиц 1-50 мкм, порошок цинка с размером частиц 1-100 мкм и порошок карбида кремния с размером частиц 1-60 мкм. Сжатый воздух перед подачей в сверхзвуковое сопло нагревался до температуры 400°C, статистическое давление в месте ввода порошка в сопло поддерживалось 0,8-0,9 атм. [1]. На стадии подготовки поверхности на образцы наносился слой из нихрома Х20Н80 ГОСТ 12766-90 электродом ⌀4 мм толщиной 40-50 мкм. После его нанесения визуально наблюдалось изменение свойств поверхности и появление шероховатости подложки. Результаты определения адгезионной прочности для всех образцов представлены в таблице 1, а зависимость адгезионной прочности от шероховатости (R) и марки электрода представлены на фиг.2.
2
Таким образом, из приведенного выше примера и при реализации заявляемого способа подготовки поверхности основы лучшая адгезионная прочность напыленных газодинамических покрытий на чугунной основе по сравнению с прототипом, установленная по клеевой методике, составляет 44,9 МПа, при применении электроискровой наплавки нихрома Х20Н80 ГОСТ 12766-90 электродом ⌀4 мм на 7-ом энергетическом режиме установки (сила тока 6 А), частота вибрации электрода 250 Гц, время обработки 0,5 мин/см.
Источники информации
1. Пат. 2306368 Российская Федерация, МПК C23C 24/04 Способ нанесения покрытий [Текст] / Куприянов Г.В.; заявитель и патентообладатель РВАИ (RU). - №2006114201; заявл. 25.04.2006; опубл. 20.09.2007, Бюл. №26, - 4 с.: ил.
2. «Восстановление отверстий коренных опор блоков цилиндров двигателей КАМАЗ комбинированным способом» Материалы международной научно-технической конференции, 2001 г. [Текст]: А.В.Котин, П.В.Сенин, А.П.Грузинцев, С.Б.Сысуев, С.С.Кисняшкин - Саранск: Мордовский гос. университет, 2001. С.28-31 - Библиогр.: с.452.
3. Каширин А.И. Технология газодинамического нанесения металлических покрытий [Текст] / А.И.Каширин, Т.В.Буздыгар, А.В.Шкодкин // Сварщик. - 2003. - №6. С.23-25.
Таблица 1
Результаты определения адгезионной прочности газодинамических покрытий при применении предложенного способа подготовки поверхности основы
№ п/п
Толщина напыленного слоя, мкм
Материал эл-да, размер, мм
Энергетический режим установки
Рабочий ток, А
Шероховатость нанесенного слоя, R<sub>z</sub>
Толщина нанесенного слоя, мкм
Адгезионная прочность, МПа
Прото-тип
200-400
нет
нет
нет
нет
нет
6,4
1
200-400
Cu, 8*4
2
2
12
5-10
13,9
2
200-400
Cu, 8*4
4
4
35
15-25
19,9
3
200-400
Cu, 8*4
7
6
50
15-25
28,3
4
200-400
Cu, 8*4
9
8,5
68
45-55
20,1
5
200-400
Al 11, ⌀4
2
2
11
5-10
15,3
6
200-400
Al 11, ⌀4
4
4
33
15-25
18,9
7
200-400
Al 11, ⌀4
7
6
45
45-55
23,9
8
200-400
Al 11, ⌀4
9
8,5
70
75-85
19,2
9
200-400
БрОС 9-4, 4*3
2
2
11
5-10
16,9
10
200-400
БрОС 9-4, 4*3
4
4
33
0,15
28,1
11
200-400
БрОС 9-4, 4*3
7
6
49
25-35
33,8
12
200-400
БрОС 9-4, 4*3
9
8,5
69
55-65
26,5
13
200-400
Х20Н80 ⌀4
2
2
10
5-10
25,3
14
200-400
Х20Н80 ⌀4
4
4
32
15-25
36,8
15
200-400
Х20Н80 ⌀4
7
6
53
45-55
44,9
16
200-400
Х20Н80 ⌀4
9
8,5
73
65-75
38,7