close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY10846

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2008.06.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 23C 4/10
ПОРОШОК ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ
ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ
(21) Номер заявки: a 20060052
(22) 2006.01.19
(43) 2007.10.30
(71) Заявитель: Государственное научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(72) Авторы: Манойло Евгений Данилович; Горанский Георгий Георгиевич; Юрченко Лариса Васильевна;
Онащенко Филипп Евгеньевич
(BY)
BY 10846 C1 2008.06.30
BY (11) 10846
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Институт порошковой металлургии" (BY)
(56) Волосенков В.Е. и др. Порошки для газотермических покрытий. Состав. Свойства. Применение. - Мн.: Вышэйшая
школа, 1987. - С. 5, 18-19.
RU 2258758 C1, 2005.
RU 2201994 C1, 2003.
JP 60-243243, 1985.
JP 06221438 A, 1994.
RU 2030472 C1, 1995.
(57)
Порошок для газопламенного напыления износостойкого покрытия, содержащий железо, углерод, хром, бор, кремний, алюминий и никель, отличающийся тем, что дополнительно содержит борид железа FeB при следующем соотношении компонентов, мас. %:
железо
0,7-1,7
углерод
0,2-0,4
хром
4,3-7,7
бор
0,9-1,4
кремний
0,6-1,7
алюминий
0,9-1,3
борид железа FeB
28,0-70,0
никель
остальное,
при этом 85-95 мас. % частиц порошка имеют размер 20-50 мкм, а остальные частицы
имеют размер 100-160 мкм.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам
порошков, применяемых для получения износостойких покрытий методами газопламенного напыления.
Известны порошковые самофлюсующиеся сплавы на основе никеля системы Ni-Fe-CCr-Si-B производства ОАО "Тулачермет" (РФ) [1]. Данные порошки созданы для нанесения покрытий методами газопламенного напыления с последующим оплавлением и газопорошковой наплавки. В зависимости от химического состава порошков нанесенные
покрытия обладают твердостью HRC 25-55, прочностью σb - до 350-400 МПа, прочностью
сцепления с подложкой при испытаниях на отрыв - до 400 МПа. Остаточная пористость
BY 10846 C1 2008.06.30
их находится в пределах 1,0-1,5 %. Они могут эксплуатироваться в условиях коррозии,
абразивного и кавитационного износа, при ударных воздействиях и температурах до
550 °С. Указанные порошки используются для упрочнения высоконагруженных деталей
узлов трения: уплотнений, втулок, муфт, штоков, валов и т.д., например, насосов для перекачки различных типов топлива, технических жидкостей.
Покрытия из порошков самофлюсующихся сплавов системы Ni-Fe-C-Cr-Si-В, без последующей операции оплавления, как правило, не используются, так как после операции
напыления они имеют низкие параметры прочности сцепления с подложкой при испытаниях на отрыв - до 15 МПа и высокую пористость 12-25 % [2]. Указанный уровень физико-механических свойств не обеспечивает необходимой долговечности и защиты
поверхностей трения деталей от износа при эксплуатации в условиях значительных контактных давлений, скоростей трения, знакопеременных нагрузок и отрицательных температур. Необходимость оплавления таких покрытий ограничивает их применение
габаритными размерами и массой деталей, требует значительного дополнительного количества тепловой энергии для нагрева деталей до температур 1050-1200 °С, а также дополнительных мер для исключения коробления. Толщина таких покрытий ограничивается
пределами 0,8-1,2 мм.
Небольшое снижение пористости и повышение прочности напыленных газопламенных покрытий из порошков самофлюсующихся сплавов системы Ni-Fe-C-Cr-Si-B достигается при использовании порошковой смеси Метко 451, состоящей из самофлюсующегося
никелевого сплава Метко 15 Е (железо - до 5; углерод - 0,8-1,2; хром - 14,3-17,7; бор - 0,93,4; кремний - 0,6-3,7; никель - остальное никель до 100 %) и композита никель-алюминий
- Метко 450 (никель 95 % и алюминий 5 %), содержащая указанные компоненты в следующих количествах (мас. %): самофлюсующийся никелевый сплав Метко 451-85 % и
композит никель-алюминий Метко 450-15 % [3]. Размер частиц смеси порошков составляет 40-120 мкм. При оптимальных режимах процесса напыления скорость полета таких
частиц составляет 35-75 м/с. Напыленные покрытия из данной смеси порошков обладают
твердостью до HRC 33 при остаточной пористости 10-12 %, прочностью сцепления с подложкой, равной 20-25 МПа, при толщине слоя - более 0,8-1,2 мм. Материал покрытия
имеет прочность до σb = 120-150 МПа, ударную вязкость не более αн = 40-50 кДж/м2. Покрытия из данной порошковой смеси применяются для защиты поверхностей деталей, работающих в условиях коррозии, эрозии и фрикционного изнашивания, например,
восстановления поршней гидравлических систем, шпинделей станков, опорных поверхностей и т.д. [3].
Наиболее близким к заявляемому из известных порошков для газопламенного напыления износостойких покрытий по составу компонентов является порошок ПТ-19Н-01
производства Торезского завода наплавочных твердых сплавов (ТЗНТС - Украина),
имеющий состав, мас. %: Ni - основа; Fe - 1,2-3,2; С - 0,3-0,6; Cr - 7,9-14; В - 1,7-2,5; Si 1,2-3,2; Al - 0,8-1,2 [4]. Порошок представляет собой композит, состоящий из ядер - частиц самофлюсующегося никелевого сплава, покрытых мелкими частицами алюминия. В
процессе газопламенного напыления, проходя через высокотемпературную струю распылителя, частицы нагреваются, происходит взаимодействие алюминия с никелем, сопровождающееся экзотермическим эффектом и образованием металлидов типа NiAl,
распределенных по объему покрытия. Это приводит к незначительному снижению пористости, повышению прочности и твердости напыленного покрытия. Для увеличения прочности сцепления с подложкой такое покрытие наносят через промежуточный слой из
порошка ПТ-НА-01 производства ТЗНТС, имеющего состав, мас. %: Ni - основа; Al - 45,5. Порошок представляет собой композит, состоящий из ядра - никеля, покрытого частицами алюминия [4]. Использование подслоя увеличивает время и стоимость нанесения
покрытия. Прочность сцепления при этом составляет 20-25 МПа, пористость находится в
пределах 8-12 %, а твердость не превышает HRC 20 [4].
2
BY 10846 C1 2008.06.30
Повышенная твердость и прочность покрытий обусловлена равномерно распределенными в объеме материала покрытия твердыми частицами самофлюсующегося сплава и
интерметаллидами, улучшающими связи частиц между собою и с подложкой за счет образования мостиков сварки при выделении тепла экзотермической реакции между частицами алюминия и самофлюсующегося сплава в процессе формирования покрытия на
поверхности детали.
Значительное содержание высокотвердых частиц с невысокой прочностью связи между собой и подложкой и остаточная пористость покрытий объясняют их недостаточную
прочность и ударную вязкость и, как следствие, износ в связи с выкрашиванием микрообъемов напыленного покрытия при трении в условиях абразивного и кавитационного износа, когда имеют место повышенные контактные давления и значительные скорости
относительного скольжения, при температурах до 550 °С. Это снижет надежность узлов
трения, ограничивая возможность применения порошковой смеси. Кроме того, остаточная
пористость (10-12 %) ограничивает возможность использования порошковой смеси для
защиты деталей узлов трения, эксплуатирующихся в агрессивных средах.
Задачей изобретения является создание такого порошка для газопламенного напыления, покрытия из которого обладали бы высокой износостойкостью, прочностью, ударной
вязкостью и коррозионной стойкостью.
Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в
формировании методом газопламенного напыления на металлической подложке покрытия
с высокой прочностью, твердостью и минимальной пористостью.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в известный порошок,
содержащий (мас. %): железо - 0,7-1,7; углерод - 0,2-0,4; хром - 4,3-7,7; бор - 0,9-1,4; кремний - 0,6-1,7; алюминий - 0,9-1,3; никель - остальное до 100 %, для достижения вышеуказанного технического результата вводят химическое соединение борид железа FeB в
количестве 28-70 %, при этом 85-95 мас. % частиц имеют размер 20-50 мкм, а остальные 100-160 мкм.
Указанный состав и размеры частиц порошков обеспечивают при оптимальных режимах газопламенного напыления скорость полета частиц 150-230 м/с, что при столкновении
их с подложкой позволяет формировать высокоплотное, прочное покрытие значительной
толщины (до 2,0 мм). Борид железа FeB в процессе газопламенного напыления порошка
равномерно распределяется по объему покрытия и выполняет функции упрочняющего
компонента. В связи с уменьшением концентрации никеля и алюминия формирование интерметаллида NiAl по границам зерен происходит в меньшем количестве. Частицы порошка с размерами 100-160 мкм в процессе газопламенного напыления обеспечивают
активную струйно-абразивную обработку, очищая подложку и частицы от оксидов.
Таким образом, в процессе газопламенного напыления покрытия из порошка заявляемого состава с указанными размерами частиц формируется гомогенное покрытие с равномерно распределенным по объему упрочняющим компонентом FeB, что приводит к
повышению его прочности, твердости, ударной вязкости, снижению пористости. Твердость покрытия составляет более HRC 42, минимальная остаточная пористость - 2-4 %,
прочность сцепления с подложкой - 35-50 МПа, прочность материала покрытия на растяжение - 250-300 МПа, ударная вязкость - 56-85 кДж/м2. Такое покрытие обеспечивает повышенную долговечность работы деталей узлов трения в условиях совместного
воздействия абразивного и кавитационного износа, агрессивных сред, в широком диапазоне температур, при повышенных контактных давлениях и значительных скоростях относительного скольжения трущихся поверхностей.
Пример.
Для получения порошков № 1-6 были подготовлены 6 вариантов порошковой шихты
указанного состава и размеров частиц (см. табл. 1).
3
BY 10846 C1 2008.06.30
При подготовке порошков № 1-6 шихта перемешивалась в баночном смесителе вместе
с шарами из сплава ВК6 диаметром 6 мм в течение 20 минут. Для дальнейших испытаний
на ситах отсеивались гомогенные фракции порошка с размером частиц 20-50 и 100-160
мкм.
Таблица 1
Состав сплава, мас. %
№
сплава
Железо
Углерод
Хром
Бор
Кремний
Алюминий
Никель
1
2
3
4
5
6
0,7-1,7
0,7-1,7
0,7-1,7
0,7-1,7
0,7-1,7
0,7-1,7
0,2-0,4
0,2-0,4
0,2-0,4
0,2-0,4
0,2-0,4
0,2-0,4
4,3-7,7
4,3-7,7
4,3-7,7
4,3-7,7
4,3-7,7
4,3-7,7
0,9-1,4
0,9-1,4
0,9-1,4
0,9-1,4
0,9-1,4
0,9-1,4
0,6-1,7
0,6-1,7
0,6-1,7
0,6-1,7
0,6-1,7
0,6-1,7
0,9-1,3
0,9-1,3
0,9-1,3
0,9-1,3
0,9-1,3
0,9-1,3
основа
основа
основа
основа
основа
основа
Размер
частиц,
мкм
20-50
40-100
20-50
20-50
20-50
20-50
Борид
железа,
%
26
52
66
72
Покрытия наносили на стальную подложку (Сталь 30), подвергнутую струйноабразивной обработке (САО) чугунной колотой дробью ДЧК (ГОСТ 11964-81) при следующих режимах: размер частиц дроби 0,3-0,5 мм, дистанция от сопла пистолета до обрабатываемой поверхности - 60 мм, угол атаки абразива (угол соударения с поверхностью) 60°, давление воздуха - 5-6 кГс/см2, время - 10-15 с. Совокупность режимов САО обеспечивала следующие параметры контактной поверхности основы: упрочнение
∆Нµ/Нµ0 = 0,25-0,30; высота микронеровностей Rz = 12-18 мкм.
Газопламенное напыление порошков сплавов № № 1-6 осуществляли при следующих
режимах: давление газов, кгс/см2: кислород - 8,0-8,5; метил ацетиленовая фракция - 1,82,1; сжатый воздух - 5,0-5,5; расход газов, м3/час: кислород -6,0-6,5; метил ацетиленовая
фракция - 1,5-1,6; сжатый воздух 20,0-25,0; дистанция напыления - 150 мм, скорость перемещения сопла газопламенной горелки - 300 мм/мин.
Данные режимы процесса обеспечивали скорость полета частиц с размерами 40-100
мкм, равную 60-80 м/с, а с размерами 20-40 мкм - 180-230 м/с. Скорость полета частиц определялась на приборе ИССО-1. Температура нагрева частиц измерялась инфракрасным
малогабаритным спектрометром ИСМ-4 с записью результатов на осциллографе Н-115 и
во всех случаях составляла 880-1000 °С.
Полученные покрытия имели следующие физико-механические свойства, приведенные в табл. 2.
Таблица 2
Потеря веса в кон№ сплава /
Ударная центрированном реПрочность
ПорисПрочность
Размер
Твердость
активе через 15
сцепления,
тость,
вязкость αн,
частиц,
HRC
σb, МПа
2
суток, мас. %
МПа
%
кДж/м
мкм
НСl
NaOH
1/20-50
20-22
22-25
5-6
135-151
42-46
4,6
6,2
2/40-100
21-25
24-30
6-8
120-130
41-47
4,5
6,1
3/20-50
32-35
35-42
4-6
239-256
60-66
2,6
4,1
4/20-50
34-39
42-44
3-5
269-298
70-76
2,1
3,7
5/20-50
41-50
43-45
4-7
275-300
82-85
1,3
2,6
6/20-50
40-45
40-42
5-8
263-278
75-79
1,8
3,2
Пример, приведенный в табл. 2, показывает, что известный порошок (№ 1) даже при
меньшем размере его частиц 20-50 мкм не обеспечивает заметного прироста физикомеханических свойств покрытия. При одновременном введении в известный сплав борида
4
BY 10846 C1 2008.06.30
железа и стабилизации размеров частиц порошка на уровне 20-50 мкм уровень механических свойств и коррозионная стойкость растут.
В результате газопламенного напыления заявляемого порошка формируется высокотвердое (HRC более 42) коррозионно-стойкое покрытие с минимальной остаточной пористостью (2-4 %) и высокими прочностью сцепления (35-50 МПа), прочностью
материала покрытия на растяжение (250-300 МПа), ударной вязкостью 66-85 кДж/м2. Более высокий уровень свойств покрытий из предлагаемого порошка позволяет повысить
долговечность узлов трения в условиях ударных и знакопеременных нагрузок, абразивного и кавитационного износа, агрессивных сред, в широком диапазоне температур, при высоких контактных давлениях и значительных относительных скоростях скольжения
трущихся пар. Именно такие условия реализуются, в частности, при работе узлов трения
деталей насосов для перекачки воды, нефти, газового конденсата, масел и других технических жидкостей.
Источники информации:
1. Каталог продукции ОАО "Полема" - дилера ОАО "Тулачермет", 2002.
2. Манойло Е.Д. Повышение основных свойств газопламенных порошковых покрытий
путем управления скоростью, температурой и теплосодержанием частиц : Автореф. дис.
канд. техн. наук. - Мн.: Метолит. - 2002. - 22 с.
3. Промышленные каталоги № 19393-85; 823-87. Metco one-step coatings for self-bonding
metal build-ups. Bulletin 234A. Metco Inc., USA, 1976. - 7p.
4. Волосенков В.Е., Куприянов И.Л. Порошки для газотермических покрытий: Состав.
Свойства. Применение. - Мн.: Вышэйшая школа, 1987. - 27 с.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
5
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
99 Кб
Теги
by10846, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа