Технология и материалы газодинамического напыления

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

УДК 621.316.923.1:629.78

П. С. Степанов, Д. Л. Кайгородов, В. П. Парначев, Н. В. Безуглова ОАО «Научно-производственный центр «Полюс», Россия, Томск

ТЕХНОЛОГИЯ И МАТЕРИАЛЫ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ

Представлены технология и оборудование для газодинамического напыления. Приведены режимы напыления порошков алюминия, меди, никеля, цинка, а также результаты анализа полученных покрытий.

Газодинамическое напыление металлических покрытий - это процесс их формирования при соударении холодных (с температурой, существенно меньшей температуры плавления) частиц металла, ускоренных сверхзвуковым газовым потоком до скорости несколько сот метров в секунду, с поверхностью обрабатываемой детали. При ударах нерасплавленных металлических частиц о подложку происходит их пластическая деформация, и кинетическая энергия частиц преобразуется в тепло и, частично, в энергию связи с подложкой, обеспечивая формирование сплошного слоя из плотно упакованных металлических частиц.

Обнинским центром порошкового напыления разработано технологическое оборудование «ДИМЕТ» и созданы различные виды порошков (например, 60 % А1 и 40 % А1203 (корунд); 70 % Си и 30 % А1203 и т. д., А1, Си) для нанесения и наращивания металлов на керамические и металлические детали методом газодинамического напыления. Корунд добавлен в порошки для более плотной упаковки металла. Чистый корунд используется для очистки поверхности.

Работы проводились на оборудовании для газодинамического напыления ДИМЕТ Д420, имеющим следующие характеристики:

- дистанционное управление всеми функциями при автоматизированной работе;

- энергопотребление 220 В; 3,3 кВт;

- давление сжатого воздуха 6 - 10 атм, расход -400 л/мин.

При напылении металлических покрытий на керамической подложке ВК-95-1 СТ 7. 899. 033 ТУ 5961027-07621739-2009 давление составлено в диапазоне 5,0-6,0 атм, расстояние от сопла напылителя до напыляемой поверхности - 15 мм. Результаты приведены для одного цикла напыления (за один проход сопла) (табл. 1, 2).

В результате работы подобраны режимы нанесения покрытий на керамическую подложку ВК-95-1 СТ 7. 899. 033 ТУ 5961-027-07621739-2009 и получены металлические покрытия, удовлетворяющие предъявленным требованиям. На основе разработанных технологий изготавливаются плавкие вставки, где с помощью газодинамического напыления выполняются металлические контакты на керамических деталях. Возможно применение метода для изготовления керамических плат с мощными шинами питания.

Таблица 1

Наименование параметра Порошок Скорость движения напыли-теля, см/с Температура нагрева, °С Расход порошка (деления шкалы) Толщина напыленного слоя, мм Количество металла в порошке, %

Минимальная толщина нанесения слоя металлизации А-10-04 1 400 4 0,04 15 А1

А-20-01 2 400 4 0,045 60 А1

С-01-01 4 400 5,5 0,03 55 Си

С-01-00 2 400 5 0,01 100 Си

N3-00-02 1 500 4,5 0,04 57 N1

Оптимальная толщина нанесения слоя металлизации А-10-04 0,5 500 4,5 0,17 15 А1

А-20-01 1 400 4 0,17 60 А1

С-01-01 1 400 6 0,26 55 Си

С-01-00 0,5 400 5,5 0,15 100 Си

N3-00-02 0,5 500 6,5 0,22 57 N1

Примечание. Остальная часть порошка - корунд.

Решетневские чтения

Таблица 2

Порошок Наименование параметра Значение Примечание

Все указанные выше Минимальная ширина нанесения слоя металлизации, мм 5 Обеспечивается фиксированным диаметром сопла

Максимальная ширина нанесения слоя металлизации, мм 7

А-10-04 Электрическое удельное сопротивление, Ом/^ 0,02

А-20-01 0,02

С-01-01 0,03

С-01-00 0,06

N3-00-02 0,11

А-10-04 С-01-01 С-01-00 Адгезия к материалам, кг/см2 ~230 Трехслойная структура

С-01-01 С-01-00 Химическая стойкость покрытия - Вследствие окисляемости медного слоя необходимо проводить операцию гальванического серебрения либо допускать минимальный разрыв во времени между операциями нанесения последнего слоя С-01-00 и лужения

Все указанные выше Трещиностойкость - Трещины в покрытиях не обнаружены, в том числе по граням

Равномерность нанесения слоев - Благодаря автоматической системе перемещения по двум осям покрытие наносится равномерно. Существует краевой эффект

С-01-01 Паяемость - Смачиваемость припоем неудовлетворительная. Медь + корунд

С-01-00 Смачиваемость припоем удовлетворительная при использовании активного флюса. Никель + корунд

N3-00-02 Смачиваемость припоем хорошая. Медь

P. S. Stepanov, D. L. Kaigorodov, V. P. Parnachev, N. V. Bezuglova JSC «Scientific-Production Center "Polus"», Russia, Tomsk

TECHNOLOGY AND MATERIALS OF GAS-DYNAMIC EVAPORATION

The technology and equipment for gas-dynamic evaporation are presented. Modes of evaporation with powder of aluminum, copper, nickel, zinc are specified here. Also, the results of analysis of resulting plating are considered.

© Степанов П. С., Кайгородов Д. Л., Парначев В. П., Безуглова Н. В., 2011

УДК 621.923.9

А. С. Сысоев, И. А. Литвинов, Л. П. Сысоева, С. К. Сысоев

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

УДАЛЕНИЕ ДЕФЕКТНОГО СЛОЯ С ПОВЕРХНОСТИ ТРУДНОДОСТУПНЫХ КАНАЛОВ ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ

Описаны результаты исследований по удалению напряжений после электроэрозионной обработки абразив-но-экструзионным методом (АЭО). Эксперименты проведены на экспериментальной установке в лаборатории Сибирского государственного аэрокосмического университета (СибГАУ). Получены эмпирические зависимости напряжения в поверхностном слое детали от технологических факторов. Выбраны режимы АЭО для полного удаления напряжений из поверхностного слоя деталей.

Для формирования сложных и труднодоступных каналов в деталях машиностроения широко используют электроэрозионную обработку (ЭЭО). Поверхностный слой после ЭЭО имеет литую структуру, образующуюся при кристаллизации материала из

жидкого состояния. Под оплавленным слоем с литой структурой глубиной 100... 800 мкм наблюдается изменение состояния границ зерен основы с образованием микротрещин. Изменения свойств поверхностного слоя по сравнению со свойствами металла ис-