Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ДЕТАЛЕЙ, ИМЕЮЩИХ ФОРМУ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ
СПОСОБ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ДЕТАЛЕЙ, ИМЕЮЩИХ ФОРМУ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ

СПОСОБ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ДЕТАЛЕЙ, ИМЕЮЩИХ ФОРМУ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Способ плазменного напыления покрытий деталей, имеющих форму тел вращения, включает откачку газа в направлении соосном с плазменной струей, напыление материала покрытия, причем противоположную сторону детали перед напылением и в его процессе обдувают аргоном, нагретым до 60-100oC, при расходе газа 0,5-1,2 м3/ч, и охлаждение при вращении детали. 5 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2078846
Класс(ы) патента: C23C4/12
Номер заявки: 94042709/02
Дата подачи заявки: 30.11.1994
Дата публикации: 10.05.1997
Заявитель(и): Военный автомобильный институт
Автор(ы): Коберниченко А.Б.; Ухалин А.С.; Калинин Е.В.; Моос Е.Н.
Патентообладатель(и): Военный автомобильный институт
Описание изобретения: Изобретение предназначено для восстановления деталей машин преимущественно плазменным напылением.
Известен способ плазменного напыления покрытий на детали, имеющие форму тел вращения, включающий откачку газа из зоны напыления в направлении, соосном с плазменной струей на расстоянии, равном или меньшем дистанции напыления, причем сечение газового потока составляет 0,25-0,5 сечения плазменной струи в зоне ее контакта с напыленной поверхностью, а количество отсасываемого газа составляет 1,1-1,5 суммарного расхода плазмообразующего и транспортирующего газов [1]
Недостатком данного способа является низкая прочность сцепления покрытия на основе порошка ПН85Ю15 с подложкой ввиду образования на границе раздела хрупких окислов алюминия Al2O3, выявленных рентгенофазовым анализом (фиг. 1), и высокой скорости образования напряжений ввиду быстрой скорости охлаждения покрытия.
Причиной образования Al2O3 является то, что к моменту напыления на поверхности детали находятся атомы кислорода, которые способствуют образованию окислов алюминия при столкновении с поверхностью горячих расплавленных алюминиевых частиц. Кроме того, напыленные частицы порошка, выходя из зоны плазменной среды, при вращении детали сразу же абсорбирует атомы кислорода, которые приводят к образованию Al2O3.
Прием газов в газозаборник, равный 1,1-1,5 суммарного расхода плазмообразующего и транспортирующего газов, способствует ускорению и увеличению скорости охлаждения газов, которые в свою очередь приводят к более быстрому охлаждению стороны детали, противоположной напыляемой тыльной стороны. Поэтому в процессе напыления при вращении детали покрытие подвергают попеременному быстрому нагреву и охлаждению. В результате этого напряжения образуются быстрее образования диффузионной связи покрытия с подложкой. В связи с этим на границе раздела возникают трещины (фиг. 2) и покрытие уже при механической обработке отслаивается.
Изобретение направлено на повышение прочности сцепления плазменного покрытия с подложкой.
Это достигается тем, что в процессе напыления детали ее противоположную сторону обдувают аргоном, нагретым до 60-100oC, а полное остывание напыленного покрытия слоя осуществляют при вращении детали.
Существенным отличием от прототипа является то, что в процессе напыления вместе с откачкой газа из зоны напыления тыльную сторону детали обдувают аргоном, нагретым до 60-100oC с расходом 0,5-1,2 м3/ч, и полное остывание покрытия проходит вместе со средой, ограниченной насадками при вращающейся детали.
На фиг. 1 показана рентгендифрактограмма границы раздела между подложкой (шейки коленвала двигателя ЗИЛ-130) и покрытием, напыленным по способу, описанном в прототипе; на фиг. 2 структура границы раздела в системе подложка покрытие, напыленное по способу, описанному в прототипе, шлиф не травлен, Х300; на фиг. 3 рентгендифрактограмма границы раздела между подложкой (шейка коленвала двигателя ЗИЛ-130) и покрытием, напыленным предлагаемым способом; на фиг. 4 структура границы раздела в системе подложка покрытие, напыленное предлагаемым способом, шлиф травлен, Х300; на фиг. 5 схема осуществления способа.
Согласно способу напыляемая деталь 1 помещается между насадком плазмотрона 2 и насадком для обдува противоположной стороны детали 3, находящимся в газозаборнике 4 и содержащим электрическую спираль 5 для нагрева газа.
Перед началом напыления с включением вращателя детали включается подача плазмообразующего газа, зажигается дуга плазмотрона, включается подача аргона с насадок 3, подается электропитание на спираль 5 и осуществляется отсос газов из газозаборника. В течение 5-10 с аргон совместно с плазмообразующим газом вытесняет кислород с поверхности детали, насадки 3 и газозаборника 4. После этого включается подача порошка и осуществляется напыление покрытия.
При вращении детали напыленный слой, выходя из зоны действия плазменной струи, входит в зону обдува аргоном, нагретым электроспиралью до 60-100oC, где происходит его остывание.
После напыления покрытия требуемой толщины отключаются подача порошка, плазмотрон, подача плазмообразующего газа, электропитание спирали и выключается газ для обдува тыльной стороны детали. Далее в течение 10-30 с деталь продолжает вращаться, окончательно остывая вместе с атмосферой, ограниченной насадками 2 и 3.
Так как перед напылением поверхность детали свободна от кислорода, напыление покрытия и его остывание происходит без доступа кислорода, Al2O3, а также другие окислы металлов не образуются. Условия для образования химических связей частиц первого слоя с подложкой и частиц последующих слоев с предыдущими улучшаются. Граница раздела и структура покрытия становятся плотными.
Так как остывание каждого напыленного слоя осуществляется в среде аргона, нагретого до 60-100oC, и полностью напыленное покрытие остывает совместно со средой аргона, то напряжения, возникающие на границе раздела, возникают медленнее образования диффузионной связи покрытия с подложкой.
Пример реализации способа. Производилось восстановление изношенных шеек коленвала двигателя ЗИЛ-130. Вместе с этим напыляли образцы-свидетели, вырезаемые из шеек коленвала.
Для удаления с напыляемой поверхности шеек и образцов продуктов масляной среды их пропекали в печи при температуре 190oC в течение 2 ч. После этого шейки и напыляемая поверхность образцов подвергались абразивно-струйной обработке с использованием в качестве абразива дроби ДСК (ГОСТ 11964-81).
Напыление порошковой композиции, состоящей из смеси порошков ПИ851015. ПРНД42СР и ПР-Х4Г2РЧС2Р в соотношении 2:0,5:1, производили на установке плазменного напыления УПУ-3Д на следующих режимах: сила тока дуги плазматрона 350 А; напряжение дуги 60 В; расход плазмообразующего газа аргона -5 м3/ч; расход транспортирующего газа азота 1,5 м3/ч; расход газа аргона для обдува тыльной стороны детали 1 м3/ч; температура газа для обдува 70oC; дистанция напыления 120 мм.
После напыления покрытия граница раздела подвергалась металлографическому и рентгенофазному анализу. Напыленное покрытие подвергали испытанию на адгезионную прочность.
Рентгенофазовым анализом присутствие на границе раздела Al2O3 не обнаружено. Металлографическим анализом обнаружена плотная граница раздела без трещин.
Испытаниями покрытия на прочность сцепления с основой установлено, что прочность сцепления покрытия, напыленного по предлагаемому способу в 2-2,5 раза выше прочности сцепления покрытия, напыленного по способу, описанному в прототипе.
Формула изобретения: Способ плазменного напыления покрытий деталей, имеющих форму тел вращения, включающий откачку газа в направлении, соосном с плазменной струей, и охлаждение, отличающийся тем, что перед напылением и в процессе напыления детали ее противоположную сторону обдувают аргоном, нагретым до 60 100oС при расходе газа 0,5 1,2 м3/ч, а охлаждение напыленного слоя осуществляют при вращении детали.