Способ получения покрытий

 

Изобретение относится ктехнологии обработки материалов и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности авиа-, судо-, ракетостроении, электронной и электротехнической промышленности. Осуществляют послойное плазменное напыление покрытий на подложку, расположенную в воде. Напыление проводят через насадок-диффузор , выходной торец которого располагают в воде на расстоянии не более 10 мм от поверхности воды и на расстоянии 5 мм от напыляемой подложки, а воде сообщают ультразвуковые колебания в направлении, перпендикулярном оси плазменной струи, угол падения луча ультразвуковой волны на напыляемую подложку во взаимно перпендикулярных плоскостях изменяют поочередно в диапазоне 30-120° с частотой 0,1-10 Гц, а воду охлаждают до 0,5-5°С, 1 табл. сл с технологических пределах, реализовать которые при помощи известных способов весьма затруднительно. Известен способ, позволяющий при помощи плазменного напыления полностью расплавить напыляемый материал, поддерживать температуру основы на значении, не превышающем 150-200 °С и при помощи последующей ультразвуковой обработки непосредственно магнитострикционным преобразователем снизить пористость поvj ю о о Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 В 05 D 1/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4815585/05 (22) 19.02.90 (46) 30.04.92. Бюл. М 16 (71) Ивано-Франковский институт нефти и газа и Институт электросварки им. Е.О.Патона (72) A,В.Чернышов, В.Н.Коржик, Ю.С.Борисов, Я.В.Коржик, И.А.Козьяков и А.П.Мурашов (53) 678.026.3 (088.8) (56) Куницкий Ю.А., Коржик В.Н. и Борисов Ю.С. Некристаллические металлические материалы и покрытия в технике. Киев;

Тэхн ка, 1988, с.28-44.

Ковалевский Е.А, и Безбородов B.Ï. Метод повышения износостойкости плазменных покрытий. — Порошковая металлургия.

Тезисы докладов XVI Всесоюзной научнотехнической конференции, ч.IV, Свердловск, 1989, с.64.

Un deewoter plasma s prayng of

hardsurfacing alloys. Lungscheider Е., Houser В. Surface and Coating Technology, 30, 1987, N 1, р.73 — 81.

Изобретение относится к технологии обработки материалов, в частности получения однородных аморфных материалов и покрытий с применением низкотемпературной плазмы и ультразвуковой обработки, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности авиа-, судо- и ракетостроении, электронной и электротехнической промышленности.

Условия получения полностью аморфных высококачественных покрытий достаточно специфичны и находятся в узких

„„. Ж „„1729б14 А1 (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится ктехнологии обработки материалов и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности авиа-, судо-, ракетостроении, электронной и электротехнической промышленности. Осуществляют послойное плазменное напыление покрытий на подложку, расположенную в воде.

Напыление проводят через насадок-диффузор, выходной торец которого располагают в воде на расстоянии не более 10 мм от поверхности воды и на расстоянии 5 мм от напыляемой подложки, а воде сообщают ультразвуковые колебания в направлении, перпендикулярном оси плазменной струи, угол падения луча ультразвуковой волны на напыляемую подложку во взаимно перпендикулярных плоскостях изменяют поочередно в диапазоне 30-120 с частотой

0,1 — 10 Гц, а воду охлаждают до 0,5 — 5 С, 1 табл. технологических пределах, реализовать которые при помощи известных способов весьма затруднительно.

Известен способ, позволяющий при помощи плазменного напыления полностью расплавить напыляемый материал, поддерживать температуру основы на значении, не превышающем 150-200 С и при помощи последующей ультразвуковой обработки непосредственно магнитострикционным преобразователем снизить пористость по1729614 крытия, а также повысить дисперсность структуры.

Однако плазменное напыление не исключает окисления напыляемых частиц, температура 150-200 С для многих аморфизируюемых сплавов является неприемлемой, для плазменного напыления характерен большой разброс значений скорости напыляемых частиц в центре плазменной струи и на его периферии, что приводит к неразнозначным условиям взаимодействия частиц. Это свидетельствует о значительной неоднородности покрытия как по структурным особенностям, так и по механическим характеристикам. Последующая механическая ультразвуковая обработка не повышаетоднородности покрытия, а только сглаживает уже имеющиеся изъяны, т.е. повышает число скрытых дефектов.

Наиболее близким к изобретению является способ получения покрытий, включающий послойное плазменное напыление покрытий на подложку, расположенную в воде. Данный способ позволяет за счет поджатия струи повысить равномерность скорости подлета частицы к основе, снизить окисление напыляемых частиц в силу окружения плазменной струи инертной средой, поддерживать температуру основы при более низких температурах за счет охлаждения жидкой средой.

Однако в связи с необходимостью проведения напыления на малой дистанции от напыляемой основы имеет место значительной градиент температур в области формирования покрытия, что приводит к неравнозначным условиям взаимодействия частиц и поверхности. В итоге — неоднородность структуры в покрытии. Кроме этого, для данного способа характерен локальный перегрев и, как следствие, снижение процента объемной аморфизации в уже напыленном покрытии.

Цель изобретения — повышение качества покрытий за счет повышения процента объемной аморфизации напыляемого покрытия с улучшением его однородности.

Указанная цель достигается тем, что напыление проводят через изолирующий контур, например насадок-диффуэор, выходной торец которого располагают в приповерхностной толще воды на расстоянии не более 10 мм от ее поверхности, 5 мм от напыляемой подложки, при этом воде сообщают ультразвуковые колебания в направлении, перпендикулярном оси плазменной струи, угол падения луча ультразвуковой волны на напыленную поверхность во взаимно перпендикулярных плоскостях изменяют поочередно в диапазоне 30 120 OÑ с частотой 0,1 — 10 Гц, а воду охлаждают до температуры 0,5 — 5 С и в течение процесса напыления поддерживают ее постоянной в указанных пределах.

5 Пример 1. В качестве базы для сравнения исследованы характеристики покрытия, полученного в соответствии с известным способом. Выбраны наиболее удовлетворительные характеристики с точ10 ки зрения поставленной цели.

Результаты сведены в таблицу.

Пример 2. Для реализации предложенного способа использовали насадокдиффуэор длиной 130 мм. В качестве

15 подложки использовали цилиндрический образец диаметром 50 мм и высотой 10 мм.

Размеры плоской излучающей поверхности ультразвукового преобразователя устанавливались из условия обеспечения угла паде20 ния в диапазоне 30-120 С, при угле излучения 90 . Во время напыления образец вращали вокруг собственной оси с частотой 1,0 Гц. При этом торцовую поверхность насадки фиксировали в воде на

25 расстоянии 8 мм от ее поверхности и на расстоянии 5 мм от ближайшей точки образца. Емкость с установленными в ней образцами имела каналы подвода и отвода воды, замкнутые на холодильник, Во время напы30 ления имело место циркулирование воды через холодильник, при этом температура о воды не повышалась выше 4 С.

На образец наносят аморфизирующийся сплав Fe4oNi4oB2o толщиной 300 мкм при

35 помощи плазменной установки "Киев-7". О повышении качества напыленных покрытий судили по: повышению количества аморфной фазы, снижению пористости покрытия, повышению микротвердости, снижению

40 дисперсии микротвердости, снижению значений коэффитивной силы. При этом пористость, дисперсия микротвердости и коэрцитивная сила характеризуют однородность покрытия, 45 В результате покрытие, полученное при описанных технологически режимах, имело более высокие показатели по.всем характеристикам, чем по аналогичным для прототипа. Достигнут положительный эффект.

50 Дальнейшие эксперименты проводили аналогично примеру 2, но с контролем одного из параметров, оговоренных в тексте.

В таблице даны примеры с режимом нанесения и характеристикой полученных

55 покрытий.

Так, в примере 3 воде ультразвуковые колебания не сообщались, хотя образец попрежнему вращался с частотой 1 Гц, В результате положительный эффект не достигнут. Это позволяет обосновать

1729614

40

50

55 необходимость сообщения воде ультразвуковых колебаний.

Для обоснования технологичности способа в примере 4 использовался отличный от модельного сплав, а именно Fe-Cr-MoB. Как и в примере 2 имеет место достижение положительного эффекта.

Примеры 5 и 6 позволяют сделать вывод, что расширение оптимального диапазона углов падения приводит к ухудшению характеристик покрытий, снижению положительного эффекта и поэтому является неи риемлемым.

Пример ы 7 и 8 позволяют сделать вывод, что сужение оптимального диапазона углов падения приводит к отсутствию положительного эффекта.

Пример ы 9 и 10 позволяют обосновать однозначность взаимодействия ультразвуковых колебаний с напыляемой поверхностью в зависимости от угла излучения.

Пример ы 11 — 14 позволяют обосновать приемлемый диапазон изменения частот падения луча ультразвуковой волны на напыленную поверхность.

Пример ы 15 и 16 позволяют обосновать допустимую глубину погружения изолирующего контура в воду.

Пример ы 17 и 18 позволяют обосновать допустимую температуру воды, выше которой достижение положительного эффекта не наблюдается.

Пример ы 19 и 20 позволяют обосновать оптимальное расстояние до напыляе5 мой поверхности (оптимальную дистанцию напыления).

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в получении возможности изготовления практически нового

10 класса изделий с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Формула изобретения . Способ получения покрытий, включающий послойное плазменное напыление по15 крытий на подложку, расположенную в воде, отличающийся тем,что,с целью повышения качества покрытий за счет увеличения процента объемной аморфизации покрытия с улучшением его однородности, 20 напыление проводят через насадок-диффузор, выходной торец которого располагают в воде на расстоянии не более 10 мм от поверхности воды и на расстоянии 5 мм от напыляемой подложки, воде с температу25 рой 0,5-5,0 С сообщают ультразвуковые колебания в направлении, перпендикулярном оси плазменной струи, угол падения луча ультразвуковой волны на напыляемую подложку во взаимно перпендикулярных пло30 скостях изменяют поочередно в диапазоне

30 — 120 С с частотой 0,1-10 Гц, 1729614

1 о 1 (0 1

I- >X 1

Е3 ООЕ

Э Z 1 т в I

X аZ I с оФ

OZm

m e

ОООО ОООО ОООО

>О О М О О О Л О О 4 О О >3> LA О О О О

0О Се> е — (A е» е — (31 «- е» 0Ъ (31 «еI 1

Ф 1

1

X 1

ao 1 а I (>3 К

О m % I

Ю

О СО О Л ((\ ((> .е О (>3 (Ч О СО «((е °

Ю СЧ М > М ЕО >11 ЕО W >A LA LA LA М LA W LA

I

1 |I Б

X 1

I- I

О !

О 1

О.

Э |О 1 (О I

1- Е 1!

IC

Е3

О. 1 э о с а

Е3 Х

Ч

Y о

X

IО

Э

I»

О ОО ОО (Ч О О Л 01 ъО 0 О\ Л Л Л О е О

0>-т- >О М 0 LA С I (Ч Р i0 0> (A>0 CO

Л Л

О.

>33

Я .й

С О

s o

x a

О D О О О О О О О О О О О О О О О О

О О О CO О О (A LA О О О Л LA О О О (A LA CO lA -т >А (Ч (>3 М -О -4 (Ч СЧ N 3 lA LA

Л00 ЛСО 000000 СОСО 00 COCO CO COCO СОСО CO

0 А

О (3 о о

I»

lA D (> е ((> М М М М М М

>О М СЧ М М М 0 е 3(е е ОМОО О О О

О е О

OOOOOOOOQ

lA LA LA ((\ LA |.ГЪ ((1 О >О

lA

W .Ф W .О. О ЦЪ Ю >A LA

LA е .4 О О

CO CO CO е- 00 CO CO CO

lA

LA CA

ООООООО

О

Ci С:> «е»

О О О О О О ОО О (Ч СЧ (Ч СЧ СЧ (Ч СЧ (Ч СЧ

I I I

X lU 1

=(Z Э 1

Z S I (О Э X о э 1

E3X С

X Z X X 1

>aocz

2 1

1 (1

m o 1 а Ф I

Э 1

C (О I а 1

03 Л |->

3 — с> I

I 1 1

lU >33 C 1

3(О X 1

SЛI-Х1

>О О. 1

Л! СС

С O X (3

1- C X -е 1

3(X

IО

X а

Э

IМ

lU а

lU х

I

1

X I

Э I

Б I

lU Ф 1 т О. 1

Л О> M I с — 1

3 (О СС

I- S ох

I- (33

О СГ

6) (U

З C

lA

О O

«О

OODOOOD

О

Э т

L о с о

Х

Э

11 >S 1

1 Я 1

1 X 1

I т I

Ф I Э l» I

О сС X О I

6 1 O C I

О. 1 Y D> 1

1 I >S I

1 Z 1 т> 1

I 0 (C 1 X 1 ! (3 X 1 Ф 1

1

1

I

I.

1

1

1

Ф Z I С I

Э 1 Ф С 1

maI то!

S iU 1 (U (1

С C I Z: Л I

Л

D DO О О а

ММ(Ч МС \М

OOOOOO (3 01 РЪ Ш 3 О Ъ (С>Ч:> Л00 О\О

СЧ

О О D СО (Ч О О О О О D О

1 М I ММ(Ч СеЪМММММММ

I (О СС

X сэс

О т |О л а л с

О О ОООО Т>ОООО О

1 0 \ 1 (A 0:> (3> 0"е 01 0 CO CR 0 е 0Ъ СЛ

О.

Э

Е

S а

О C а S

C О о

IО (ЧМО (Ч МО |.(\Ч:> "CO (A

О (Ч Ю Ю lA Ф LA EA Ф LA ((> >О

|»>

О

0О 00 CO 00 CO 00 00 СО (O CO

D D LA C> О lA D D О (Ч СЧ (Ч СЧ СЧ (Ч (Ч СЧ

1 I

О О

О О

С0 СЧ

О LA

О М

СО (A

О О

О О

lA ((>

CO СО

М М