close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY7697

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
BY (11) 7697
(13) C1
(19)
(46) 2006.02.28
(12)
7
(51) C 23C 4/04
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ЭЛЕКТРОДУГОВЫМ
НАПЫЛЕНИЕМ СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ
(21) Номер заявки: a 20020877
(22) 2002.11.05
(43) 2004.06.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Полоцкий государственный университет" (BY)
(72) Авторы: Константинов Валерий Михайлович; Губанов Александр Семенович; Пантелеенко Федор Иванович
(BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Полоцкий государственный
университет" (BY)
(56) Поляк М.С. Технология упрочнения. Т. 1. - М.: Машиностроение "Л.В.М.СКРИПТ", 1995. - С. 127-129, 130-135.
RU 2022055 C1, 1994.
RU 2097144 C1, 1997.
SU 1785290 A1, 1996.
BY 7697 C1 2006.02.28
(57)
Способ получения покрытий электродуговым напылением стальной проволоки, включающий подготовку подложки перед напылением, подачу проволоки в металлизатор, нанесение материала проволоки с помощью металлизатора на подложку, отличающийся
тем, что предварительно проволоку подвергают диффузионному насыщению бором, количество которого зависит от содержания углерода в проволоке (С) и составляет от (1,6-С)
до (3,5-2·С), мас. %, и перед подачей в металлизатор ее нагревают до температуры конца
ковки материала проволоки.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения покрытий напылением и может найти применение при восстановлении и упрочнении быстроизнашивающихся деталей в различных отраслях машиностроения.
Известны способы получения покрытий напылением путем распыления одной, двух
или нескольких стальных проволок из одного или разных материалов на активированную
поверхность с использованием различных способов диспергирования нагретого материала, например, газопламенное напыление, электродуговая металлизация [1]. Общим недостатком всех этих способов является плохое качество получаемого покрытия и невысокая
прочность сцепления покрытия с подложкой.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому является способ электродугового напыления стальной проволоки, включающий подготовку подложки перед напылением, подачу проволоки в металлизатор, нанесение материала проволоки с помощью металлизатора на подложку, причем поток напыляемых частиц образуется за счет плавления
материала проволок электрической дугой и распыления его напорной струей воздуха или
газа [2]. При этом проволока непрерывно подается в зону плавления механизмом подачи.
Однако известный способ имеет следующие недостатки. Нагретые до высокой температуры диспергированные из проволоки частицы интенсивно окисляются при движении в
потоке воздуха или газа, что приводит к образованию в покрытии значительного количе-
BY 7697 C1 2006.02.28
ства оксидов, пор. Наличие оксидов и пор снижает физико-механические свойства покрытия: твердость, износостойкость, прочность сцепления покрытия с подложкой, а также
прочность самого покрытия. Поэтому использование известного способа позволяет получать покрытия с невысокими эксплуатационными и прочностными характеристиками.
Задачей предлагаемого способа является повышение качества покрытий, получаемых
с помощью электродугового напыления, а именно повышение прочности сцепления покрытия с подложкой, твердости покрытия, износостойкости, а также снижение количества
оксидов и пор в покрытии.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения покрытий
электродуговым напылением стальной проволоки, который включает подготовку подложки перед напылением, подачу проволоки в металлизатор, нанесение материала проволоки
с помощью металлизатора на подложку, используется проволока, которую предварительно подвергают диффузионному насыщению бором. Количество вводимого бора зависит от
содержания углерода в проволоке (С) и составляет от (1,6-С) до (3,5-2·С), мас. %. Поставленная задача достигается также тем, что перед подачей в металлизатор проволоку нагревают до температуры конца ковки материала проволоки.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что отличительными признаками заявляемого способа являются:
наличие новых операций, а именно предварительное диффузионное насыщение проволоки бором; нагрев проволоки перед подачей в металлизатор;
режим осуществления способа: количество вводимого в проволоку бора, зависящее от
содержания углерода в проволоке; температура нагрева проволоки, которая равна температуре конца ковки материала проволоки.
Диффузионное насыщение стальной проволоки бором производят путем химикотермической обработки в порошкообразных смесях или в газовых средах. Бор, диффундируя в поверхностный слой проволоки, образует бориды железа Fe2B и FeB. При плавлении
диффузионно-легированной проволоки в процессе электродугового напыления часть этих
боридов, растворяясь в железе, образует легкоплавкую железобористую эвтектику, а часть
кристаллизуется в виде отдельных ламелей, выполняя упрочняющие функции. Из-за наличия легкоплавкой железобористой эвтектики повышается жидкотекучесть расплавленного металла при соударении капель с подложкой. Это приводит к интенсивному взаимодействию отдельных капель между собой, причем оксиды железа практически не могут
препятствовать этим процессам, поскольку их восстанавливает образующийся при нагреве
и плавлении боридов борный ангидрид В2О3. Таким образом достигается защита диспергированных частиц от окисления при их движении и соударении. В результате образуется
малопористое покрытие с минимальным содержанием оксидов. Установлено, что повышается прочность сцепления покрытия с подложкой за счет улучшения смачиваемости и
за счет интенсивного восстановления оксидных пленок на поверхности металла, повышается твердость, износостойкость (в зависимости от процентного содержания бора). При
этом количество вводимого бора необходимо определять в зависимости от химического
состава материала проволоки, а именно от содержания углерода (С) в ней. Известно, что
углерод, содержащийся в стали, способствует образованию закалочных структур при ее
быстром охлаждении. Поэтому в процессе формирования покрытия при соударении с
подложкой расплавленных частиц металла происходит образование мартенситных структур, количество которых возрастает с увеличением содержания углерода в стали. При
этом значительно повышается твердость покрытия, но снижается прочность и пластичность. Поэтому учет содержания углерода в материале проволоки необходим, чтобы не
допустить чрезмерное образование хрупких фаз в процессе напыления. В предлагаемом
способе содержание углерода учитывается в выражениях для определения количества,
вводимого в проволоку бора.
2
BY 7697 C1 2006.02.28
Для получения качественных покрытий необходимо определенное минимальное количество бора и углерода в материале проволоки. Минимальное количество бора в %, которое необходимо ввести в проволоку, определяют из соотношения:
Вmin = (1,6-С).
При введении меньшего количества бора наблюдается повышенная пористость, низкая адгезия, большое количество оксидов в покрытии.
В то же время при введении количества бора в % большего, чем определяемого из соотношения:
Вmax = (3,5-2·С)
по причине избытка хрупкой фазы в покрытии образуется большое количество трещин и сколов. Таким образом, количество бора, которое вводится в проволоку: от (1,6-С)
до (3,5-2·С).
У диффузионно-легированной бором проволоки значительно снижается пластичность.
Поэтому указанная выше цель достигается также тем, что проволоку перед подачей в металлизатор нагревают до температуры конца ковки материала проволоки. Этот технологический прием позволяет значительно повысить пластичность проволоки и обеспечивает
непрерывность подачи ее.
Предлагаемый способ получения покрытий с помощью электродуговой металлизации
был реализован в лаборатории повышения эксплуатационной стойкости деталей машин в
Полоцком государственном университете. Напыление ведут электродуговым металлизатором марки ЭМ-9 при токе I = 300 A, напряжении U = 30 B, давлении воздуха Р = 0,55
МПа, дистанции напыления 120 мм. Покрытие наносят на подготовленную дробеструйной
обработкой металлическую подложку. Проволоку d = 1,2 мм марки Св08 подвергают
предварительно диффузионному насыщению бором, который вводится в количестве
2,5 %. При этом насыщение проводят при температуре 920 °С в течение 2-х часов в контейнере для химико-термической обработки проволоки. Проволоку перед подачей в металлизатор нагревают до температуры 730-760 °С (температура конца ковки стали с содержанием углерода 0,1 % - определяется по диаграмме Fe-Fe3C). Нагревание проволоки
осуществляется с помощью источника тока ВД-306 и 2-х пар контактных щеток.
В таблице представлены результаты исследований свойств покрытий, полученных из
материалов с различным содержанием бора и углерода. Количество оксидов и пор в покрытии определяли металлографическим способом на микроскопе ПМТ-3, для чего изготавливались шлифы по ГОСТ 2.308-79. Наличие дефектов в покрытии выявляли визуально, а также с помощью микроскопа МИМ-7. Определение твердости проводили по методу
Виккерса. Прочность сцепления покрытия на отрыв определяли с помощью штифтовой
пробы. Как видно из приведенных данных в таблице, предварительное диффузионное насыщение проволоки бором позволяет повысить качество получаемых покрытий за счет
снижения количества оксидов и пор в покрытии, повышения прочности сцепления покрытия с подложкой и повышения твердости. Однако при чрезмерном введении бора покрытие становится хрупким, что можно определить по наличию трещин и снижению прочности сцепления покрытия с подложкой.
3
BY 7697 C1 2006.02.28
С% В%
0,1
0,7
1,0
0
0,5
1,0
1,5
2,5
3,3
3,5
0
0,5
0,9
1,6
2,1
2,3
0
0,4
0,6
1,0
1,5
1,7
Количество Количество
Наличие дефек- Прочность сцеппор в по- оксидов в по- Твердость, HV тов (трещин) в ления покрытия с
крытии, %
крытии, %
покрытии
подложкой, МПа
8
8
210
15
7
6
250
18
6
3,5
300
20
4
1,5
420
23
4,5
0,5
480
21
5,2
0,5
560
21
6
0,5
640
+
18
9
6
350
13
7
6
420
16
6
3
560
18
5
2
680
18
4
1,5
810
16
6
0,5
1100
+
4
9
6
450
12
8
6
510
13
6
3
540
16
5
1
640
16
5
0,5
780
13
8
0,5
820
+
4
Проведенные исследования подтвердили соответствие заявляемого диапазона содержания бора оптимальным свойствам покрытий (в таблице выделены другим цветом).
Использование заявляемого способа позволяет повысить качество получаемых покрытий, а также их эксплуатационные и прочностные характеристики.
Источники информации:
1. Поляк M. С. Технология упрочнения. В 2т. T. 1-M.: Л.В.M.-СКРИПТ, Машиностроение, 1995. - С. 14.
2. Поляк M. С. Технология упрочнения. В 2т. T. 1. - M.: Л.В.M.-СКРИПТ, Машиностроение, 1995. - С.15, 127, 832.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
82 Кб
Теги
by7697, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа