СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЯ
METHOD OF COATING

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/сек), 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 получения покрытия, включающий предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 300-500°C, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошкового материала и нанесение порошкового покрытия на металлическую основу. (См. Патент РФ 2038411, C23C 4/00, 1993 г.).
Этот способ не трудоемок и не требует больших материальных затрат.
К основному недостатку известного способа можно отнести недостаточный уровень адгезии покрытия к основе.
Задачей заявляемого решения является улучшение качества покрытия, а именно повышение адгезии покрытия с основой.
Поставленная задача достигается тем, что в способе получения покрытия, включающем предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 300-500°C, подачу его в сверхзвуковое сопло, формирование в нем высокоскоростного воздушного потока, введение в этот поток порошкового материала и нанесение порошкового покрытия на металлическую основу, в качестве металлической основы используют поверхности деталей из стали, а в качестве материала покрытия - порошки оксида алюминия и меди с размером частиц не более 50 и 20 мкм соответственно, которые берут в равных долях, наносят покрытие толщиной слоя не более 2 мм, а затем проводят последующую механическую обработку покрытия с устранением 40-50% толщины нанесенного слоя.
Процесс нанесения покрытий газодинамическим напылением связан с нагревом наносимого покрытия и подложки из металлов и сплавов. Причем температура подложки не превышает 80-120°C в зависимости от температуры процесса (300°C-500°C), а температура покрытия приближается к температуре нагретого потока воздуха. После завершения процесса нанесения покрытия за счет наличия значительного градиента температуры происходит резкий отвод тепла из нанесенного слоя меди (алюминия, никеля, и т.д.) в подложку и окружающую атмосферу, что приводит к формированию в нанесенном слое металла сложного напряженного состояния. Характер остаточных напряжений (растяжения, сжатия) и их распределение может оказывать значительное влияние на прочность сцепления нанесенного слоя с подложкой.
Пример 1.
Основу из стали 20 обрабатывают до шероховатости поверхности Ra - 4,2 мкм. Готовят механическую смесь в пропорции 1:1 порошков оксида алюминия и меди с размером частиц не более 50 и 20 мкм, соответственно. В сверхзвуковое сопло вводят воздух, нагретый до температуры 350°C. Наносят на основу покрытие толщиной 2 мм путем подачи смеси порошков в разогнанную струю воздуха, истекающую из сопла. После остывания проводят последующую механическую обработку покрытия с устранением 40% толщины нанесенного слоя.
Примеры 2-5. Ведут процесс по технологии, описанной в примере 1. Показатели процесса представлены в таблице 1.
Таблица 1
Параметры процесса
Образцы по примерам
1
2
3
4
Материал основы
Сталь 20
ШХ15
Сталь 20
ШХ15
Толщина покрытия, мм
2,0
1,8
2,0
2,2
Температура воздуха, °С
350
500
300
550
Толщина устраняемого слоя покрытия, %
40
50
35
55
Согласно изобретению адгезионную прочность покрытия с основой измеряли в соответствии с ГОСТ 9.304-87. «Покрытия газотермические. Общие требования и методы контроля». Одновременно с образцами с покрытиями по примерам 1-4 испытывали образцы с покрытием, нанесенным по способу-прототипу. Результаты измерений адгезионной прочности покрытий на этих образцах представлены в таблице 2 в дробном выражении в виде числителя и знаменателя, соответственно.
Таблица 2
Номер образца
1
2
3
4
Адгезионная прочность покрытия с основой, МПа
39,8/28,5
58,9/39,3
31,5/29,5
42,2/40,5
Как показано в таблице 2, после нанесения покрытия по оптимизированной технологии согласно изобретению (примеры 1 и 2), прочность сцепления покрытия с основой повышается на 40-50%, а при отклонении от оптимальных параметров процесса (примеры 3 и 4) практически не отличается от адгезионной прочности покрытия наносимого известным способом.
Использование изобретения позволяет повысить качество и надежность в эксплуатации стальных деталей с металлокерамическим покрытием.