close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY11776

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2009.04.30
(12)
(51) МПК (2006)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 23C 4/06
C 23C 4/18
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО
СТАЛЬНОГО ПОКРЫТИЯ
(21) Номер заявки: a 20070688
(22) 2007.06.06
(43) 2009.02.28
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Объединенный институт машиностроения Национальной
академии наук Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Белоцерковский Марат Артемович (BY); Патеюк Алекс (PL);
Белый Алексей Владимирович (BY);
Кукареко Владимир Аркадьевич (BY)
BY 11776 C1 2009.04.30
BY (11) 11776
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) BY a20030256, 2004.
SU 1731863 A1, 1992.
SU 1670968 A1, 1993.
EP 456847 A1, 1991.
JP 3006362 A, 1991.
(57)
Способ получения износостойкого стального покрытия, включающий формирование
струи нагретых частиц путем распыления нагретой до плавления стальной проволоки,
осаждение частиц в виде слоя на предварительно подготовленную поверхность детали,
механическую обработку слоя и его упрочнение путем нагрева в вакууме до температуры
имплантации с последующей ионно-лучевой имплантацией азотом, отличающийся тем,
что в качестве стальной проволоки используют проволоку из стали мартенситного или
аустенитного класса, в процессе механической обработки слой смачивают насыщенным
при температуре механической обработки водным раствором хлористого аммония, а после нагрева осуществляют выдержку, продолжительность которой определяют из выражения:
τ = αT 2 − βT + A ,
где τ - время выдержки между нагревом до температуры имплантации и началом ионнолучевой имплантации, мин;
α - коэффициент, равный 3·10-3 мин/град2;
T - разница между температурой имплантации и температурой термического разложения хлористого аммония, град;
β - коэффициент, равный 0,7 мин/град;
A - коэффициент, численно равный 49 мин.
Изобретение относится к технологии восстановления-упрочнения быстроизнашивающихся деталей машин. Оно может быть использовано для нанесения износостойких,
BY 11776 C1 2009.04.30
антифрикционных и коррозионностойких стальных покрытий на рабочую поверхность
элементов трибосопряжений, для повышения срока службы деталей, контактирующих с
абразивосодержащими средами.
Известен способ получения износостойких стальных покрытий (Хасуй А. Техника
напыления. - М.: Машиностроение, 1975. - С. 15, 51, 71, 79-81, 194), включающий формирование струи нагретых частиц путем распыления нагретой до плавления стальной проволоки, осаждение частиц в виде слоя на предварительно подготовленную поверхность
детали, механическую обработку слоя и его последующее упрочнение химико-термической обработкой.
Недостатком данного способа является необходимость использования высоких температур, при которых осуществляется процесс химико-термической обработки (от 900 до
1200 К), что приводит к отслоению покрытий, возникающему из-за большой разности значений коэффициентов термического расширения основы и слоя. Даже при использовании
стального порошка, напыленного на деталь из стали того же состава, коэффициент термического расширения слоя и основы отличаются на 20...25 %. Это объясняется наличием в
слое большого количества оксидов и структурными особенностями напыленных материалов. Кроме того, использование дорогих металлических порошков для формирования слоя
под последующую химико-термическую обработку экономически нецелесообразно.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения стальных износостойких покрытий (Положительное решение от 06.02.2007 г. по заявке на изобретение № 20030256, МПК С 23С 4/18. - Опубл. 30.09.2004), принятый за
прототип, включающий формирование струи нагретых частиц путем распыления нагретой
до плавления стальной проволоки, осаждение частиц в виде слоя плотностью не менее
96 % на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку
слоя и его упрочнение путем нагрева в вакууме до температуры, выбираемой в зависимости от состава стали, и последующую ионно-лучевую имплантацию азотом.
Основным недостатком известного способа является небольшая толщина имплантированного слоя (до 5-15 мкм). Кроме того, следует отметить, что наиболее распространенные в промышленности методы формирования стальных покрытий (неактивированное
газопламенное проволочное напыление и традиционная электрометаллизация) обеспечивают плотность покрытий в пределах 85-90 %, а получение покрытий плотностью 96 %
требует применения специальных приемов активации.
Задачей изобретения является повышение толщины имплантированных слоев и расширение области использования технологии упрочнения стальных покрытий, полученных
традиционными методами газотермического напыления.
Для решения поставленной задачи в способе получения стального износостойкого покрытия, включающем формирование струи нагретых частиц путем распыления нагретой
до плавления стальной проволоки, осаждение частиц в виде слоя на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку слоя и его упрочнение путем
нагрева в вакууме до температуры имплантации с последующей ионно-лучевой имплантацией азотом, согласно изобретению, в качестве стальной проволоки используют проволоку из стали мартенситного или аустенитного класса, в процессе механической
обработки слой смачивают насыщенным при температуре механической обработки водным раствором хлористого аммония, а после нагрева осуществляют выдержку, продолжительность которой определяют из выражения:
(1)
τ = αT2 - βT + А
где τ - время выдержки между нагревом до температуры имплантации и началом ионнолучевой имплантации, мин;
α - коэффициент, равный 3⋅10-3 мин/град2;
2
BY 11776 C1 2009.04.30
Т - разница между температурой имплантации и температурой термического разложения хлористого аммония, град;
β - коэффициент, равный 0,7 мин/град;
А - коэффициент, численно равный 49 мин.
Основной причиной, обусловливающей относительно небольшую глубину имплантирования азотом газотермических покрытий по сравнению с литыми сталями, является наличие большого количества оксидных пленок в покрытии, являющихся барьером для
осуществления процесса ионно-лучевого азотирования. Оксиды неизбежно образуются как
во время полета расплавленных частиц, так и в процессе их кристаллизации на поверхности детали. По этой же причине покрытия, имеющие пористость более 4 % практически
невозможно упрочнить без образования дефектных участков, поскольку поверхность пор
покрыта тонким слоем оксидов железа. Устранить образование оксидных пленок возможно при распылении стальных проволок инертным (аргон) или неокислительным (азот) газом, однако это неэкономично и практически трудно реализовать. Расход распыляющего
газа при газопламенном напылении или металлизации составляет 30-40 м3/час.
В результате смачивания напыленных слоев насыщенным водным раствором хлористого аммония, последний заполняет поверхностные поры. При этом любой процесс механической обработки обязательно будет интенсифицировать импрегнирование раствором
пористой структуры покрытия. Эксперименты, проведенные авторами, показали, что как
лезвийная обработка на токарных станках, так и шлифование кругами в присутствии насыщенного раствора хлористого аммония позволяют пропитать им стальные покрытия
плотностью 88-96 % на глубину от 20 до 40 мкм.
При достижении в камере ионно-лучевой имплантации, где расположена пропитанная
хлористым аммонием деталь, температуры термического разложения хлористого аммония, которая составляет 337 °С, выделяются газообразные продукты - аммиак и хлористый
водород, являющийся сильнейшим восстановителем. Хлористый водород активно взаимодействует с окислами железа с образованием чистого железа (см. Ермаков С.С., Вязников Н.Ф. Порошковые стали и изделия. 4-е изд. - Л.: Машиностроение, 1990. - С. 281). В
течение последующего нагрева до достижения температуры имплантации, которая находится в пределах 360-470 °С в зависимости от марки стали, происходит процесс восстановления и унос газообразных продуктов в ходе вакуумирования.
Экспериментально установлено, что чем больше температура имплантации, тем меньший промежуток времени необходимо выдерживать между достижением температуры
упрочнения (имплантации) и началом имплантирования. В таблице приведены основные
результаты исследования влияния технологических параметров процесса имплантации
газопламенных покрытий из сталей мартенситного и аустенитного классов пористостью
8-12 %.
Математическая обработка результатов проведенных исследований позволила получить выражение (1), которое описывает зависимость времени между нагревом до температуры имплантации и началом имплантации от температуры имплантации.
3
BY 11776 C1 2009.04.30
Время между нагревом
Разница между тдо температуры упрочрой разложения и
Глубина импланнения и началом ионнот-рой имплантитирования, мкм
лучевой имплантации,
рования,°С
мин
40X13
410
80
5
22-24
40X13
410
80
8
23-26
40X13
410
80
10
28-30
40X13
410
80
12
33-36
40X13
410
80
15
33-36
40X13
440
110
5
26-29
40X13
440
110
8
32-35
40X13
440
110
10
33-36
40X13
440
110
12
33-36
12Х18Н10Т
380
50
8
22-26
12Х18Н10Т
380
50
15
30-34
12Х18Н10Т
380
50
20
35-40
12Х18Н10Т
380
50
25
35-40
12Х18Н10Т
405
75
8
25-29
12Х18Н10Т
405
75
12
27-32
12Х18Н10Т
405
75
15
35-40
12Х18Н10Т
405
75
20
35-40
Пример реализации способа.
Изношенные стальные решетки промышленной мясорубки МИМ-105 восстанавливались, согласно заявляемому способу, распылением проволоки диаметром 2 мм из стали
Х18Н10Т с помощью установки газопламенного напыления "ТЕРКО". Плотность формируемых слоев - 90 %, прочность сцепления с основой - 33 МПа. Далее, в процессе шлифования обрабатываемую поверхность смачивали насыщенным при температуре
шлифования (18 °С) водным раствором хлористого аммония. Толщина слоя после шлифования - 0,5 мм, шероховатость поверхности - Ra 0,63. Упрочнение осуществлялось путем
ионно-лучевой имплантации азотом на установке с помощью ионного источника с замкнутым дрейфом электронов. Источник генерировал азотный пучок ленточного типа длиной 120 мм и шириной 2,5 мм (энергия ионов 2,5 кэВ, плотность ионного тока 2 мА/см2,
продолжительность - 2 ч). Температура образцов в процессе ионно-лучевой обработки составляла 400 °С. Время между нагревом до температуры имплантации и началом имплантации определялось по формуле (1) и составило 14 минут. Микротвердость поверхности
покрытия составила 12000 МПа. Глубина упрочнения - 35-40 мкм.
Аналогичные детали, восстановленные газопламенным напылением с последующей
обработкой по способу-прототипу, упрочнить не удалось ввиду значительной пористости
покрытий. При использовании установки активированной электродуговой металлизации
АДМ-10 были нанесены покрытия с плотностью 97 %. Последующая имплантация на указанных выше режимах позволила получить слои с глубиной упрочнения не более 15 мкм.
Таким образом, покрытия, полученные по заявляемому способу, имеют большую глубину упрочнения и могут быть напылены традиционными методами, не требующими специальных приемов активирования.
Т-ра имМарка напыплантироляемой стали
вания, °С
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
89 Кб
Теги
by11776, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа