СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЯ НА ТОНКОСТЕННОЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОЕ ИЗДЕЛИЕ
PROCEDURE FOR APPLICATION OF PARTICLES ON THIN WALL METAL ITEM

Изобретение относится к области получения защитных покрытий и может быть использовано в машиностроении и медицине.
Известен способ холодного газодинамического напыления, при котором частицы материала покрытия ускоряют посредством распылительного сопла холодного газа в направлении к снабжаемой покрытием поверхности детали, причем постоянное сцепление частиц создают во время нанесения покрытия с помощью местного введения электромагнитного излучения в место попадания струи холодного газа на поверхность или за счет введения дополнительного источника тепловой энергии в струе холодного газа (RU 2007132888, С23С 24/00, 2006).
Известен способ лазерно-плазменного напыления покрытий, заключающийся в создании плазмотроном плазменного потока, подаче в него порошкообразного материала и нанесении напыляемого материала на поверхность подложки, причем перед нанесением напыляемого материала на подложку на него воздействуют модулированным лазерным излучением (RU 2007113923, С23С 4/12, 2007).
Однако известные технические решения не обеспечивают высокой прочности сцепления покрытия с каркасом, поскольку основаны на активизации склонности к сцеплению только у частиц присадочного материала. Недостатком указанных способов является также необходимость введения дополнительного воздействия на частицы присадочного материала, что может существенно изменить его эксплуатационные свойства после нанесения.
Также известен способ нанесения покрытия на тонкостенное металлическое изделие при изготовлении металлокерамических зубных протезов, включающий механическую обработку металлического каркаса, получение на его поверхности промежуточного подслоя и нанесение на него фарфорового покрытия с последующим спеканием, при этом основной подслой выполняется методом газофазного диффузионного легирования металла каркаса цирконием и алюминием на глубину 10…20 мкм, а на основном подслое выполняется дополнительный подслой диоксида циркония толщиной 2…5 мкм путем термического оксидирования основного подслоя при температуре 800…1100°С (RU 2090160 С1, А61С 9/00, 1997.09.20).
Такая технология позволяет значительно повысить прочность сцепления фарфорового покрытия с металлом каркаса зубного протеза.
Однако использование традиционных методов механической обработки для создания шероховатости поверхностного слоя перед напылением, например, нарезанием «рваной» резьбы, пескоструйной или дробеструйной обработкой применительно к тонкостенным деталям затруднено или невозможно из-за малой толщины металла основы и его невысокой прочности. Применение этих методов может ослабить или нарушить целостность каркаса, а также не позволяет создавать нерегулярность рельефа на поверхности изделия.
Кроме того, известный способ предусматривает обязательное получение промежуточного подслоя на каркасе после механической обработки, что удлиняет продолжительность технологического процесса.
Задачей настоящего изобретения является создание способа нанесения покрытия на тонкостенное металлическое изделие, обеспечивающего повышение прочности сцепления наносимого слоя с основой изделия за счет предварительного формирования на поверхности изделия нерегулярного рельефа, состоящего из искусственно нанесенных на нее шероховатостей заданной высоты с развитой наружной поверхностью, что позволяет увеличить как общую площадь поверхности, контактирующей с присадочным материалом, так и увеличить прочность адгезионных связей за счет ее дополнительной термической активизации, а также способствует упрощению технологии нанесения покрытия за счет исключения необходимости формирования подслоя после механической обработки.
Поставленная задача достигается тем, что способ нанесения покрытия на тонкостенное металлическое изделие заключается в том, что осуществляют формирование на поверхности изделия нерегулярной искусственной шероховатости посредством вибрационной электродуговой обработки поверхности металлического изделия, обеспечивающей перенос капель расплавленного электродного металла на поверхность изделия и их кристаллизацию, после чего производят подготовку к напылению или к заливке покрытия и напыление разогретых частиц неметаллического присадочного материала на обработанную поверхность изделия или заливку обработанной поверхности слоем жидкой пластмассы.
В предпочтительных вариантах реализации способа:
- вибрационную электродуговую обработку производят электродом малого диаметра с составом, тождественным или близким к составу металлического изделия;
- вибрационную электродуговую обработку поверхности металлического изделия осуществляют посредством маломощной электрической дуги с силой тока 1-6 А и напряжением 6-12 В.
Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.
Основной проблемой при нанесении неметаллических, в том числе металлокерамических, покрытий на тонкостенные изделия является необходимость ограничения тепловложения при разогреве присадочного материала для предотвращения деформаций и короблений тонкостенной основы (подложки), что в свою очередь приводит к ухудшению прочности сцепления наносимого слоя с основой. Повышение прочности сцепления покрытия с подложкой требует введения технологических мероприятий, направленных на усиления способности поверхностного слоя детали к образованию межатомных связей с частицами присадочного материала. Одним из путей решения этой задачи является увеличение площади контакта поверхности детали с частицами присадочного материала за счет создания ярко выраженного рельефа.
Способ осуществляют следующим образом.
Перед нанесением покрытия поверхность изделия подвергают маломощной вибрационной электродуговой обработке электродом малого диаметра, состав которого может быть близок к составу металла изделия или может отличаться от него большей химической активностью к компонентам присадочного материала.
Электрод в процессе обработки совершает возвратно-поступательные перемещения в плоскости, перпендикулярной поверхности изделия, включающие в себя:
- этап замыкания торца электрода на поверхность изделия,
- этап загорания электрической дуги при движении электрода вверх от поверхности изделия,
- этап формирования капли жидкого металла на торце электрода,
- этап переноса капли жидкого металла на поверхность изделия при движении электрода вниз с замыканием дугового промежутка.
Применение вибрации электрода позволяет сократить время существования электрической дуги до 0,1-0,5 секунд, что ограничивает тепловложение в изделие, предотвращая его деформацию и коробление.
В результате проведенной обработки на поверхность изделия осуществляется перенос металла электрода в виде мелких капель расплавленного металла, при кристаллизации которых формируются нерегулярные хаотически расположенные выступы, высота которых не должна превышать 30% от высоты наносимого слоя и находится в пределах от 1 мкм до 100 мкм. Создание выступов увеличивает площадь поверхности контакта изделия с присадочным материалом, увеличивая тем самым количество адгезионных связей между ними. Применение вибрации электрода позволяет сократить время существования электрической дуги до 0,1-0,5 секунд, что ограничивает тепловложение в изделие, предотвращая его деформацию и коробление. Режимы процесса должны находиться в пределах: сила тока в пределах 1-6 А, напряжение 6-12 В. Назначение режимов проводится в зависимости от диаметра электрода и толщины стенки изделия.
Вместе с тем подогрев поверхностного слоя в процессе формирования шероховатостей способствует активизации процесса образования межатомных связей с частицами присадочного материала при последующем напылении керамического покрытия или заливки пластмассового покрытия.
После вышеописанной обработки производят полировку изделия, обезжиривание, промывку в горячей воде, сушку, после чего производят напыление разогретых частиц неметаллического присадочного материала на обработанную поверхность изделия или заливку слоем жидкой пластмассы.
Ниже приведен конкретный пример реализации способа на варианте использования металлокерамического покрытия.
Процесс нанесения металлокерамического покрытия на тонкостенное изделие с толщиной стенки от 0,1 мм до 4,0 мм, изготовленное из углеродистых и нержавеющих сталей или сплавов на основе меди, никеля и хрома, состоит из следующих операций:
- электродуговое нанесение искусственных шероховатостей высотой от 0,1 мм до 0,5 мм путем создания маломощной электрической дуги с силой тока в пределах 1-6 А и напряжением 6-12 В, сопровождающейся вибрацией электрода диаметром от 0,8 до 1,2 мм с амплитудой колебаний от 0 до 3 мм с периодическим замыканием электрода на поверхности изделия и последующим разрывом дуги. Химический состав электрода должен быть тождественен или близок к составу металла изделия,
- электрополировка поверхности,
- обезжиривание,
- промывка в горячей воде при температуре 40-50°С,
- сушка потоком горячего воздуха с температурой 70-80°С или в сушильном шкафу при температуре до 100°С,
- газопламенное или плазменно-дуговое напыление оксидной керамики для создания слоя толщиной от 1,0 до 3,0 мм,
- механическая обработка (шлифование и полирование).
При нанесении покрытий из пластмассы последняя операция заменяется операцией заливки поверхности слоем жидкой пластмассы.