Способ получения износостойких покрытий

 

Изобретение относится к способам получения износостойких покрытий плазменным напылением и может быть использовано в машиностроении для восстановления и упрочнения деталей, Цель - повышение триботехнических характеристик и когезионной прочности . Износостойкое покрытие получают напылением основного слоя с последующим легированием его молибденом После чего покрытие механически обрабатывают и выдерживают при 200 - 225°С в масляной смеси на осг нове трансмиссионного минерального масла, содержащего не менее 3 мас.% серы с добавкой 20 - 35 мас.% этилен-бис-бутилксантогената, содержащего 38 - 43 мас.% серы. Покрытия, полученные по предлагаемому способу , имеют следующие свойства: коэффициент трения 0,004 - в,007, нагрузка задира 42 - 46 МПа, рабочая нагрузка 36 МПа, интенсивность изнашивания сопряжения 1,04- , температура в сопряжении 40 - 48 С. 1 табл. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg)g С 23 С 4/04, 4/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4469727/02 (22) 03. 08. 88 (46) 23.03.91. Бюл. М - 11

{71) Всесоюзное научно-производственное объединение восстановления деталей "Ремдеталь" (72) Д.Ю.Терехов, Б.М.Соловьев, A.II.0ñèí, Н.Е.Родзевич и М.А.Егоров (53) 621.793.7 (088.8) (56) Шаривкер M.Õ., Ковальчук Ю.М.

Прочность сцепления с основанием плазменных антифрикционных покрытий.—

Фиэика и химия обработки материалов, 1975, N - 4, с.31-35.

Авторское свидетельство СССР

У 378554, кл. С 23 С 4/12, 4/04„

f970. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ

ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится к способам получения износостойких покрытий плазменным напылением и может быть

Изобретение относится к области получения износостойких покрытий плазменным напылением и может быть использована в машиностроении для восстановления и упрочнения деталей, Целью изобретения является повьппение триботехнических характе" ристик и когезионной прочности покрытия.

Сргласно изобретению износосточкое покрытие получают напылением основного слоя с последующим легированием, „„SU„„1636474 А 1 использовано в машиностроении для восстановления и упрочнения деталей, Цель — повышение триботехнических характеристик и когезионной прочности. Износостойкое покрытие получают напылением основного слоя с последующим легированием его молибденом. После чего покрытие механически обрабатывают и выдерживают при

200 — 225OC в масляной смеси на осг нове трансмиссионного минерального масла, содержащего не менее 3 мас.Х серы с добавкой 20 — 35 мас.Х этилен-бис -бутилксантогената, содержащего 38 — 43 мас.% серы. Покрытия, полученные по предлагаемому способу, имеют следующие свойства: коэффициент трения 0,004 — 0,007, нагрузка задира 42 — 46 ИПа, рабочая нагрузка 36 ИПа, интенсивность изнашивания сопряжения 1,04 ° 10 температура в сопряжении 40 — 48 С. о

1 табл; его молибденом. После чего покрытие механически обрабатывают и выдерживают при 200 — 225 С в масляной смеси на основе трансмиссионного минераль ного масла, содержащего не менее

3 мас.Х серы с добавкой 20 - 35 мас. Х этилен-бис-бутилксантогената, содержащего 38 — 43 мас.Х серы.

Такое осуществление способа позволяет сформировать плотную и прочную структуру покрытия с высокой степенью, сплавления составляющих ее частиц,на16364 74 сьпценную включениями молибдена, часть из которых в процессе финишной обработки в масляной смеси преобразуется в дисульфид молибдена, обеспечивая покрытию повьппение всех триботехнических характеристик. В то же время, химическое преобразование молибдена в дисульфид молибдена не приводит к снижению когезионной прочности покры- 10 тия и существенно не нарушает сплавление между собой частиц. Кроме того, в процессе электроискрового легирования покрытия молибденом одновременно с напылением происходит образо- 15 ванне и внесение в покрытие оксида молибдена МоО, обладающего повышенными триботехническими свойствами (коэффициент трения МоО примерно в

2-3 раза ниже, чем коэффициент трения Mo05). Обработка в масляной ванне сочетает непосредственно процесс сульфатации с эффективным насьпцением пористого газотермического покрытия смазкой, имеющей повышенный индекс задира. Данная масляная смесь выбрана исходя из ее оптимальных свойств, с точки зрения вьделения при нагреве свободной, химически активной серы, которая адсорбируется молибденовыми включениями в покрытии и, вступив с:. ними в химическую реакцию, частично или,полностью их в синтетический дисульфид молибдена МоБ .

Трансмиссионное минеральное масло с содержанием серы менее 3% выбрано

35 вследствие его высокой термоокислительной стабильности, низкого параметра лакообразования, высокого индекса задира и хорошей совместимости с антизадирной присадкой из этилеНбис-бутилксантогената, содержащего

38 - 43 мас.% серы. Другие виды масел при той же температуре обработки, обеспечивающей вьделение свобод- 45 ной серы из присадки, подвержены сильному окислению, разложению, с образованием на поверхности лаковых отложений, присутствие которых не приводит к улучшению триботехнических

50 характеристик, так как экранируют трущуюся поверхность низкотеплопроводной пленкой, имеющей высокий коэффи щент трения и низкие характеристики по схватыванию.

Процентное содержание антизадир55 ной присадки из этилен-бис-бутилксан-! тогената выбрано исходя из оптимальных условий синтеза дисульфида молибдена и сульфатации основы покрытия.

При снижении количества присадки ниже уровня 20 процесс синтеза дисульфида молибдена практически прекращается, вследствие недостаточной концентрации в растворе ионов серы. При повышении процентного содержания присадки вьппе уровня 35 недопустимо увеличивается вязкость масляной смеси, в результате чего она перестает проникать вглубь покрытия и не заполняет поры. В результате синтез дисульфида молибдена и сульфатация железной матрицы происходит только на поверхности. К тому же снижается интенсивность и самого процесса синтеза дисульфида молибдена, вследствие плохого перемешивания смеси и ухудшения условий диффузии в ней.

Процентное содержание серы в антизадирной присадке выбрано исходя из способности при определенных режимах образовывать синтетический дисульфид молибдена в количестве, достаточном для влияния на смазывающую способность, а также обеспечивающем низкое лакообразование и пожаробезопасность.

Заданный оптимальный тепловой режим обработки в масляной смеси с одной стороны обеспечивает эффективное выделение свободной серы присадкой и течение реакции взаимодействия серы с молибденом с образованием синтетического базового масла и резкое повышение лакообразования на поверхности детали. При температуре ниже

200 С резко уменьшается выделение свободной серы из присадки и процесс образования практически прекращается, а при повышении температуры о выше 225 С происходит быстрое окисление масла и уменьшение его жидкотекучести вследствие загустения серы, одновременно резко увеличивается лакообразование, что приводит к осаждению труднорастворимой пленки,. изолирующей насьпценную антифрикционными компонентами поверхность от сопряженцой трущейся детали. Вследствие загустения серы ухудшается проникновение масляной смеси вглубь покрытия;

При температуре выше 225 С резко повышается пожароопасность процесса, так как переходят температуру вспыш.ки всех входящих в масляную смесь компонентов.

Оптимальная длительность процесса обработки в масляной ванне состав1636474 ляет 1,5 — 2 ч исходя из необходимости обеспечения максимальной экономичности, а также с целью исключения лакообразования на поверхности детали.

Операция обработки детали в мас« ляной смеси является финишной, После нее деталь беэ какой-либо дополHHTBJIbHoA обработки поступает в эксплуатацию.

Пример. На стандартные чугун ные ролики напыпяют покрытие механической смесью порошков, содержащей

60Х ПЖРВ-2 (порошок на железной основе) и ПГ-Н77СЗРЗ (порошок на никелевой основе с добавками 13X Cr, 2Х

В и 1,5Х Si. ) на дистанции 180 мм при токе 350 А и напряжении 75 В.

Электроискровое легирование покрытия электродами из молибдена марки МРН начинают через 1,5 мин после начала напыления с тем,.чтобы покрытие было насыщено включениями Мо только начиная сжлщины 0,5 мм на сторону.

Вращающийся с частотой 100 об/мин легирующий узел с 10 молибденовыми электродами размещают с противоположной по отношению к плазмотрону стороны напыляемой детали. После выхода на номинальный размер (70 мм) . легирование прекращают и производят только напыление припуска на механи. ческую обработку. После окончания напыления (по достижении диаметра

70,8 мм) образец подвергают шлифовке под номинальный размер (70 мм) и помещают в ванну с маслом ТС - 14,5, . содержащем 20-35 мас.Х антизадирной присадки ЛЗ-23К. Температура масла

210 С, время выдержки образца в масле 110 мин.

По известному способу напыление произвоцят смесью порошков, содержащей 50Х ПЖРВ-2, ЗОХ ПГ-Н77Х15СЗРЗ и 20Х дисульфида молибдена марки

МЧ-Ф.

На образцах проводят определение уровня изнашивания, коэффициента трения и других триботехнических характеристик трущихся сопряжений по стандартной методике на машине трения

СМТ-1 и СМЦ-2. Испытания на износ ведут при смазке методом окунания в масло М8В в условиях граничного трения. В качестве контртела используют фрагмент вкладыша подшипника со сплавом А0-20-1.

45

IS

Наличие включений мрлнбдена и дчсульфида молибдена оценивают методом рентгеноструктурного и химического анализа на установке ДРОН-3 0 на реальных износных образцах и на образцах-свидетелях в виде пластины

20 х 20 мм с молибденовым покрытием и напыпенным покрытием смеси с дисульфидом молибдена, а также методом измерения микротвердости включений на микротвердометре IIMT-3 и металлографически.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Как видно из таблицы, способ позволяет увеличить нагрузочные характеристики плазменных покрытий, резко повысить эадиростойкость снизить коэффициент трения, уменьшить температуру трущегося сопряжения, создать условия для кратковременной работы трущегося сопряжения без смазки и более благоприятной работы в тяжелых режимах трогания в условиях граничной смазки, а также повысить» когезионную прочность покрытия. Кроме того, способ позволяет резко сократить количество легирующего молибдена без снижения характеристик покрытия, как за счет его дифференцированного введения в различные слои покрытия, так и эа счет увеличения на порядок коэффициента использования легнрующего материала при его введении электроискровым способом. по сравнению с известным способом.

Формула из о брет ения

Способ получения износостойких покрытий, включающий напыление металлического покрытия с введением в него дисульфида молибдена, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения триботехнических характеристик и когеэионной прочности, дисульфид молибдена вводят в покрытие путем электроискрового легирования напыпенного слоя металла молибденом с последующей механической обработкой и выдержкой при 200 — 225 С в-масляной смеси на основе трансмисионного минерального масла, содержащего не менее Змас.,X серы с добавкой 20 — 35X

,этилен-бис-бутилксантогената, содер жащего 38 — 43 мас.X .серы.

1636474

Параметры

Известный способ

Предлагаемый способ

Коэффициент трения по:KP blTHR

Нагрузка задира P

МПА

Рабочая нагрузка Pa ° МПа

Интенсивность изнащивания сопряжения

Температура в сопряжении, С

Виды оксидов, присутствующих в покрытии

Стоимость легирующего молибдена или MoSL на один коленвал,руб.

0,004-0,007

42-46

0,015

14-16

9,5

1,04 "10

40-48

Mo0<< Fe<0 g

5,25 10"

68-86

МоО, Fe 0

3,39

1,057 г

Составитель А.Купренкова

Редактор Н.Бобкова - Техред Л.Олийнык

Корректор И.Муска

Заказ 798 Тираж.601 Подписное

ВИИИПИ ГосударственноГо комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101