Способ получения композиционных покрытий из порошковых материалов
Изобретение относится к способам получения композиционных покрытий из порошковых материалов при газотермическом напылении и может быть использовано при нанесении защитных покрытий на различные детали. Цель изобретения - повышение адгезионной и когезионной прочности покрытий. По изобретению при напыления порошкового материала, содержащего тугои легкоплавкий компоненты в количестве 20 - 50 об.% последнего, температуру покрытия поддерживают в интервале температур плавления компонентов. Порошковый материал при этом может содержать активный по -отношению к легкоплавкому компоненту порошок флюса в количестве 10-30 об.%. Покрытия, полученные предложенным способом, обладают в 2-2,5 раза большей адгезионной и когезконной прочностью, 1 з.п. ф-лы, 4 табл. х с о /)
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (51)5 С 23 С 4/12
ГОСУДАРСТВЕННЬ1Й НОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4436921/02 (22) 06.06.88 (46) 07.01.91 ..Бюл. У 1 (71) Белорусское республиканское научно-производственное объединение порошковой металлургии (72) В.A,Êîò, И.Л.Куприянов, Л.И,Севковская и А.А,Верстак (53) 621.793.7 (088.8) (56) Миронов В.А. и др. Электрофизические методы получения покрытий.
Рига: Зикатне, 1986, с. 212.
Получение покрытий высокотемпературным распылением. — M.: Атомиздат, 1973, с. 270. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ
ПОКРЬПИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к способам получения композиционных покрытий из
Изобретение относится к способам получения композиционных покрытий из порошковых материалов газотермическим напылением и может быть использовано при нанесении защитных покрытий на различные детали °
Цель изобретения — повышение адгезионной и когезионной прочности покрытий.
При напылении порошкового материала„ содержащего туго- и легкоплавкий компоненты, последний в количестве 20-50 об.Е, температуру покрытия поддерживают выше темпера— туры легкоплавкого компонента и ниже температуры плавления тугоплав„„SU„„1618779 порошковых матери;лов при газотермическом напылении и может быть использовгно при нанесении защитных .:осрытий на различные детали. Цель изобретения — повышение адгеэионной и когезнонной прочности покрытий. По изобретению при напь лен, . порошкового материала, содержащего туго- и легкоплавкий компоненты н количестве 20—
50 об.X последнего, температуру покрытия поддерживают в интервале температур плавления компонентов, iiopom— ковый материал при этом может содержать активчый ro отношению к легкоплавкому компоненту порошок флюса в количестве 10-30 об.Е. Покрытия, полученные предложенным способом, обладают в 2-2,5 раза большей адгезионной и когезионной прочностью, 1 з.и. ф-лы, 4 табл. кого компонента. Порошковый материал, используемый при этом, может содержать активный по отношению к расплаву легкоплавкого компонента порошок флюса в количестве 10-30 об,Х, если легкоплавкий компонент склонен K окис— лению.
Предложенный способ получения покрытий характеризуется тем,что в процессе газотермического напыления в объеме покрытия постоянно присутствует расплав легкоплавкого компонента, который позволяет существенно интенсифицировать физико-химические процессы, протекающие между компонентгмп покрытия,. а также между покрыти-
1618779 ем и основой. Кроме того, происходит активное растворение в расплаве оксидных пленок, покрывающих поверхности основы и частиц тугоплавких материа5 лов, что благоприятным образом отражается на формировании когезионной и адгезионной прочности покрытия. Образующийся расплав легкоплавкого компонента удерживается в объеме по- 10 крытия благодаря действию капиллярных сил в формирующемся тугоплавком каркасе. Тугоплавкий каркас защищает расплав легкоплавкого материала от газодинамического воздействия на него высокотемпературной газовой струи, Покрытия, полученные предложенным, способом, отличаются своеобразной литой структурой. Практически отсутствуют оксидные пленки, разделяющие 20 две основные фазы покрытия.
Предложенный способ осуществляют следующим образом.
В смесителе готовят шихту, пред-. ставляющую собой смесь туго- и лег- 25 коплавкого металлов, Затем осуществляют газотермическое напыление шихты на деталь, при этом в процессе напыления температуру формирующего покрытия поддерживают в диапазоне ! температур Т„„ <Т Тщ . В процессе плазменного напыления уменьшают дистанцию с тем, чтобы одновременно с напылением покрытия происходил его нагрев за счет теплового воздействия плазменной струи. Температуру по— крытия при его напылении контролируют либо путем проведения предварительного экспериментального исследования технологических параметров 40 напыления, либо с помощью пирометра, либо визуально. В последнем случае посредством регулировки дистанции напыления добиваются режима, при котором в процессе напыления на поверх в 45 ности покрытия постоянно виден расплав легкоплавкого компонента, Покрытия, получаемые при этом, обладают высокой адгезионной и когезионной прочностью.
При нанесении покрытий из активно окисляющихся на воздухе порошковых материалов в механическую смесь добавляют порошок флюса 10-30 об.7.
Действие флюса сводится к раскислению поверхности детали и частиц тугоплавких металлов, что приводит к более активному их смачиванию расплавом легкоплавкого металлического компонента. В результате адгеэионная и когезионная прочность покрытий еще более возрастает. При объемном содержании флюса менее 10Х действие его проявляется весьма незначительно, что связано с неполным смачиванием поверхности тугоплавких частиц и основы. Чрезмерное введение флюса (более 30 об.7) вызывает появление эффекта разупрочнения в приграничных и приконтактных областях, так как при этом значительный объем флюсующего компонента остается в объеме покрытия и на границе его раздела с основой в виде отдельных включений.
Данные включения не только не участвуют в раскислении взаимодействующих металлических компонентов покрытия и поверхности основы, но являются препятствием для сближения поверхностей частиц на необходимое минимальное расстояние, обеспечивающее установление. прочных химических связей.
Пример, Наносили композиционные покрытия газотермическим способом путем напыления на стальные плоские образцы механических порошковых смесей, состоящих из туго- и легкоплавких металлических порошков, состав которых приведен в табл.1-3. Для напыления в качестве плазмообразующего газа использовали аргоноводородную смесь. Приготовление порошкового материала производили путем механического смешивания порошков в смесителе в течение 30 мин. Измерение прочности сцепления покрытий осуществляли штифтовым методом.
Напыление осуществляли через установленную на выходе плазмотрона насадку, выполненную из силицированного графита, В процессе напыпения происходит высокотемпературный разогрев насадки, который посредством излучения вносит дополнительную тепловую мощность в формирующееся покрытие. Дистанцию постепенно увеличивали от 50 до 90 мм, поддерживая температуру покрытия на заданном уровне. Покрытия получали из сле-. дующих порошковых композиций: 1 медь (ПМС) — алюминий (ПА-4), 2 — железо (ПЖРВ) — латунь (ПЛ63), 3 — самофлюсующийся твердый сплав на основе кобальта (ПГ-19К-01) — латунь (ПЛ63). Во всех порошковых смесях выдерживали постоянное объемное со1618779 ностх покрытий )»озр:»<тзс г,» 2 — 2,5 рнза что позволит шир; к»;:-.T ..)».зов.-lt)>
1 изобретение в наропгн м х )»яйс:тве.
Ф о р м у л а и з о с» И е т е и и я
Таблица!
Содержание алюминия в покрытии, об. %
Темгература покрытия в процессе напыления, С
20 30 40
60
22
18
200
28
27
22
22
400
24
28
29
31
23
600
48
43
102
22
31
660
68
120
44
100
17
114
49
107
800
Напыление и последующий нагрев до Т,пл. легкоплавкого компонента (известный способ) 10-20
40;50
П р и м е ч а н и е. Верхняя и нижняя цифры- обозначают соответственно адгезионную и когезионную прочность покрь:.тий. держание компонентов: тугоплавкий компонент (ПМС, ПЖРВ, ПГ-19К-01) 70%, легкснлавкий компонент (ПА — 4, ПЛ63)
30%.
Для получения покрытия системы медь-алюминий применяли флюс марки
34А состава, мас,%: КС1 40; NaF 10, NaC1 30; LiC1 10; БпС1 5 СаС1,, 5, т, пл . 600ОС, Для получения покрьггий системы железо-латунь, а также (ПГ-19К-01) латун. применяли флюс: H>BO„- 40;
Na
Результаты испытаний покрытий на адгеэионную и когеэионную прочность, полученных при использовании смеси легкоплавкого и тугоплавкого компонентов беэ применения флюса, приведены в табл.1 — 3.
Резуль)аты испытаний на адгезионную и когезионную прочность покрытий, полученных с использсванием флюса, приведены в табл.4 °
Как видно из результатов испытаний, адгеэионная и когезионная проч1, Способ г скуления ко и)озипи иных покрытий из лорс я:,» вык матер).а1С лов, включающий газотерми )ееKоe На пыление порошкового материала, содержащего тугоглавкий компонент и
20-50 об,% легкоплавкс. го к мл< нента, о т л и ч я ю»ц и Й с л гем, что, с .целью повышения ацгезиониой и когезнонной прочности покрытий, температуру покрь.тия в процессе напыления поддерживают ни:ке те;;лературы плавления тугоплавкого кс:мпонента и выше
20 температуры плавления легкоглавкого °
2. Способ по п.1, î " л и ч а юшийся тем, что в порошковый мат-",.:)иал, содержащий в качестве легкоплавкогo компонента легкоокисляющиеся материалы, дополнительно вводят активный по отношению к расплаву лег),оплавкого компонента ))оро)сок флюса в количестве 10-30 об.%.
1618779
Та блица 2
60
28
27
22
23
200
32
31
27
24
400
36
29
35.
33
26
600
100
34
123
111
114
38
900
133
44
74
142
120
1000
30-35
70-75
Т а б л и ц а 3
50
26
70 .
30::
34
32
29
200
26
33
24 25
57 60
400
100
34
31
600
130
3 3
58
141
67
153
54
125
38
900
28
49
131
56
138
130
122
1000
40-45
80-90 нента
Температура покрытия в про— цессе напыления, С о
На пыл е ни е и последующий нагрев до Т.пл. легкоплавкого компонента (известный способ) Температура покрытия в процессе напылео ния, С
Напыление и последующий на гр ев
До T,IUI. ПегK0плавкого компоСодержание латуни в покрытии, об.X
20 30 40 50
Содержание латуни в покрытии, об, 7
20 30 I 40
1618779
Та бли ца 4
Порошковый материал в порошковом материале .флюса, об. Ж
Температура покрытия, С
О 10 20 30 40
200
ПИС (70X)+
ПА-4 (30 ) 600
660
800
1000
14
16
47
24
56
61
138
54
125
30 25
75 62
32 27
81 67
35 28
86 70
51 62
111 138
55 65
120 143
50 57
105 129
200
ПЖРВ +
ПЛ63
400
600
900
1000
1100
200
ПГ-19К-01 +
ПЛ63
600
900
1000
Составитель Л, Нестеренко
Редактор Л. Гратилло Техред M.Äèäûê Корректор Т К <
Заказ 24 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðîä„ ул. Гагарина,!01
28
31
74
48
97
114
42 .90
19
54
23
62
83
54
111
Ü1
57
115
35-40
80-100
25-30
60-70
45-50
100-120
60-70
130-150
55-65
120-140
17
48
66 ..36
86
60 1 18
68
133
58
119
23
57
21
52
33
73
78
168
69
150
16
43
22
37
88
58
64
54
110
18
19
74
144
72
153
66 i 45
13
33
19
83
52
47
