|
|
больше ...
Термины запроса в документе
Реферат
[RU] 1. Способ нанесения износостойкого покрытия, включающий нагрев и плавление в электрической дуге композиционных проволок, состоящих из стальной оболочки, заполненной частицами порошков металлов и износостойкого наполнителя, распыление расплавленного материала проволок газовой струей, перенос распыленного материала к подготовленной поверхности покрываемой детали, отличающийся тем, что скорость газовой струи выбирают в зависимости от максимального размера частиц износостойкого наполнителя в проволоке, используя следующее выражение:  где V - скорость газовой струи, м/с; V 0 - минимально возможная скорость газовой струи, обеспечивающая диспергирование металлической оболочки проволоки с образованием покрытия; А - коэффициент, численно равный 1470, м/с; е - основание натурального логарифма; d - величина, численно равная максимальному диаметру в микронах частиц износостойкого наполнителя.
Полный текст патента
(57) Реферат / Формула:
1. Способ нанесения износостойкого покрытия, включающий нагрев и плавление в электрической дуге композиционных проволок, состоящих из стальной оболочки, заполненной частицами порошков металлов и износостойкого наполнителя, распыление расплавленного материала проволок газовой струей, перенос распыленного материала к подготовленной поверхности покрываемой детали, отличающийся тем, что скорость газовой струи выбирают в зависимости от максимального размера частиц износостойкого наполнителя в проволоке, используя следующее выражение: где V - скорость газовой струи, м/с; V 0 - минимально возможная скорость газовой струи, обеспечивающая диспергирование металлической оболочки проволоки с образованием покрытия; А - коэффициент, численно равный 1470, м/с; е - основание натурального логарифма; d - величина, численно равная максимальному диаметру в микронах частиц износостойкого наполнителя.
Евразийское 025873 (13) B1
патентное
ведомство
(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45) Дата публикации и выдачи патента 2017.02.28
(21) Номер заявки 201400292
(22) Дата подачи заявки
2014.02.12
(51) Int. Cl.
C23C 24/04 (2006.01) C23C 4/12 (2006.01)
C23C 4/04 (2006.01)
(54) СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ
(43) 2015.08.31
(96) 2014/EA/0011 (BY) 2014.02.12
(71) (73) Заявитель и патентовладелец:
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ МАШИНОСТРОЕНИЯ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК БЕЛАРУСИ" (BY)
(72) Изобретатель:
Белоцерковский Марат Артемович,
Дюжев Андрей Анисимович, Прядко
Александр Сергеевич, Черепко
Александр Евгеньевич, Сосновский
Алексей Валерьевич (BY)
(56) ЛЕБЕДЕВ М.П. и др. Исследование износостойких электрометаллизационных покрытий из порошковых проволок с минеральными модифицирующими добавками. Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 11, №1(2), 2009, с. 223-226
RU-C2-2282692
BY-C1-9465
(57) Предлагаемое изобретение относится к области газотермического нанесения износостойких покрытий, в частности к способам электродуговой металлизации, в ходе которых осуществляют распыление стальных проволок или композиционных проволочных материалов и осаждение распыленных частиц на быстроизнашивающиеся детали машин и элементы конструкций. Предложен способ напыления износостойких покрытий с использованием композиционных порошковых проволок, позволяющий выбирать скорость распыляющей струи в зависимости от грануляции порошкового наполнителя. Осуществление заявленного способа позволяет повысить коэффициент использования материала наполнителя, содержащегося в порошковой проволоке. При этом повышается износостойкость напыляемого покрытия.
Предлагаемое изобретение относится к области газотермического нанесения износостойких покрытий, в частности, к способам электродуговой металлизации, в ходе которых осуществляют распыление стальных проволок или композиционных проволочных материалов, и осаждение распыленных частиц на быстроизнашивающиеся детали машин и элементы конструкций.
Известен способ нанесения износостойких покрытий [1], включающий нагрев и плавление в электрической дуге металлических проволок, распыление расплавленного материала проволок газовой струей, перенос распыленного материала к подготовленной поверхности покрываемой детали.
Основным недостатком известного способа является невозможность получения покрытий твердостью выше 53-56 HRC,, поскольку это максимальная твердость, обеспечиваемая при распылении проволок, полученных волочением монолитных сталей.
Известен способ нанесения износостойких покрытий [2], наиболее близкий по совокупности существенных признаков к заявляемому способу, принятый за прототип, включающий нагрев и плавление в электрической дуге композиционных проволок, состоящих из стальной оболочки, заполненной частицами порошков металлов и износостойкого наполнителя, распыление расплавленного материала проволок газовой струей и перенос при этом распыленного материала на поверхность покрываемой детали.
Данный способ позволяет формировать покрытия, обладающие высокими значениями стойкости против различных видов изнашивания, поскольку в состав распыляемых проволок входят частицы оксидов, карбидов, нитридов и других износостойких наполнителей.
Недостатком известного способа является низкий коэффициент использования материала в формируемом покрытии (наполнителя остается менее 0,45), особенно при использовании порошковых проволок с крупными (более 160 мкм) частицами и скоростями струй 150-330 м/с, что обусловлено отсутствием рекомендаций по выбору динамических параметров (скорости) распыляющей газовой струи в зависимости от размера частиц наполнителей.
Задачей изобретения является создание способа, при котором наносимое покрытие имеет повышенные износостойкость и твердость за счет повышения коэффициента использования материала.
Поставленная задача достигается тем, что в известном способе нанесения износостойкого покрытия, включающем нагрев и плавление в электрической дуге композиционных проволок, состоящих из стальной оболочки, заполненной частицами порошков металлов и износостойкого наполнителя, распыление расплавленного материала проволок газовой струей и при этом перенос распыленного материала на поверхность покрываемой детали, согласно изобретению, скорость газовой струи выбирают в зависимости от максимального размера частиц износостойкого наполнителя в проволоке, используя следующее выражение:
Vo < V V0 - минимально возможная скорость газовой струи, обеспечивающая диспергирование металлической оболочки проволоки с образованием покрытия; А - коэффициент, численно равный 1470, м/с; е - основание натурального логарифма;
d - величина, численно равная максимальному диаметру в микронах частиц износостойкого наполнителя композиционной проволоки.
Установленный эмпирически коэффициент А показывает максимальную величину скорости газовой струи при распылении проволок с порошковыми наполнителями от 5 до 400 мкм.
Используемые для металлизации порошковые проволоки изготовлены, как правило, для процессов вибродуговой наплавки и имеют в своем составе частицы наполнителей относительно больших размеров (160-300 мкм) [3]. Если для наплавки размер наполнителя практически не оказывает влияния на его содержание в конечном продукте - покрытии, то при электрометаллизации этот параметр играет очень важную роль. Чем больше скорость эвакуации частиц наполнителя из зоны дуги и скорость их движения в струе, тем меньше степень их прогрева и тем больше вероятность отскока от упрочняемой поверхности детали, что снижает коэффициент использования материала, а, соответственно, и интегральную твердость и износостойкость покрытий. Коэффициент использования материала - это отношение количества наполнителя в покрытии к количеству наполнителя в проволоке и характеризует степень перехода наполнителя из напыляемого материала в покрытие.
Для того, чтобы обеспечить достаточно высокое содержание наполнителя в покрытии, необходимо установить оптимальную скорость движения распыляющей струи в зависимости от максимального размера частиц наполнителя в порошковой проволоке. При этом необходимо учитывать, что минимально возможная скорость газовой струи, обеспечивающая диспергирование металлической оболочки проволоки с образованием покрытия, составляет 60 м/с [4].
При осуществлении заявляемого способа применяют известное оборудование электродуговой металлизации, каждому из которых соответствовали свои значения скорости распыляющей струи. Традиционная электрометаллизация осуществлялась на установке ЭМ-14 [5] при расходах воздуха около 36-43 м3/ч и давлении 0,40-0,54 МПа, что позволяло получить скорость распыляющей воздушной струи от 80
до 150 м/с. Увеличение давления воздуха до 0,65 МПа и расхода до 150 м3/ч на металлизаторе модели ЭМ-15 [6] позволило повысить скорость воздушной струи до 320 м/с. Гиперзвуковой металлизатор конструкции Объединенного института машиностроения НАН Беларуси [5] позволил распылять струей, летящей со скоростью до 1500 м/с. Скорость струи измерялась с помощью прибора ИССО-1.
Для нанесения покрытий использовали следующие порошковые проволоки: ПП-Нп-ПСТ 350Т (изготовитель ЗАО "Спецсплав", Украина), DUR-МАТ AS-815 (изготовитель "DURUM", Германия), ПП-ПМ-6 и ПП-Нп-19ГСТ (изготовитель ООО "Северстальметиз", РФ), Sulzer Metco 8297 (изготовитель "Sulzer Metco Inc.", США), экспериментальная проволока ПП-ОИМ-ГМ (разработчик ОИМ НАН Беларуси, изготовитель ЗАО "Спецсплав"). Характеристики проволок приведены в табл. 1.
Таблица 1
Марка проволоки
Диаметр проволок, мм
Наполнители
Размер частиц наполнителей, мкм
ПП-Нп-ПСТ 350Т
1,6-1,8
WC, Cr3C2,TiC
120-350 40- 100
DURMAT AS-815
1,62
CrjC2? В4С, SiC
ПП-ПМ-6
1,8
WC, B4C
100-250
ПП-НП-19ГСТ
1,6-1,8
WC, карбоборид хрома
80-160
Sulzer Metco 8297
1,62
WC, SiC, TiC
40-60
ПП-ОИМ-ГМ
1,8
SiC, Cr3C2
5-20
Оценка коэффициента использования материала (сохранения наполнителя) осуществлялась на образцах-свидетелях методом количественной металлографии при исследовании шлифов покрытий на растровом электронном микроскопе JEOL6610 и микроскопе Nicon Epiphot 200. На данном оборудовании осуществлялось изучение шлифов с последующим морфометрическим анализом с помощью специализированного программного обеспечения [7], что позволило определять планиметрические и стереометрические параметры микроструктуры.
Износостойкие покрытия наносили на изношенные рабочие поверхности упорных пластин штампо-вой оснастки для изготовления керамических плиток. Упорные пластины размером 500x500x5 (мм) изготавливали из стали 20Х и до эксплуатации подвергались цементации. Износ после 43-45 рабочих смен составил около 1 мм. Перед восстановлением рабочая поверхность пластин подготавливалась струйно-абразивным методом.
На первые восемь пластин (№№ 1-8 в табл. 2) покрытия наносили, используя предлагаемый метод. Напыление осуществлялось следующим образом. Две порошковые проволоки расплавлялись электрической дугой, а расплавленный металл распылялся газовой струёй на поверхность напыляемой детали. По формуле (1) определяли максимально возможную скорость газовой струи в зависимости от размера порошкового наполнителя в напыляемом проволочном материале. Например, при использовании проволоки марки ПП-ПМ-6 выбор метода напыления покрытий осуществляли следующим образом.
Наибольший диаметр частиц порошкового наполнителя данной проволоки составляет d = 250 мкм. По формуле 1 рассчитываем наибольшую скорость распыления У=1470-е-002(250)=198,9. В соответствии с формулой 1 выбираем способ напыления, имеющего скорость распыляющей струи в диапазоне от 60 до 198,9 м/с. Для данного диапазона скоростей наиболее приемлемым является метод традиционной электродуговой металлизации. Это основано на том, что скорость распыляющей струи данного метода составляет 95 м/с, что является наиболее близким значением к величине, рассчитанной по формуле 1. Таким же образом выбирали технологию металлизации для других типов проволок.
На пластины №№ 9-14 покрытия наносили по способу-прототипу.
Восстановленные таким образом пластины устанавливались в штамповую оснастку и осуществлялся процесс изготовления керамических плиток. Срок службы оценивался в количествах отработанных смен по достижении износа 1 мм.
Результаты приведены в табл. 2.
Анализ полученных результатов показывает, что покрытия, полученные по заявляемому способу имеют большую износостойкость (срок службы), что обусловлено более высоким коэффициентом использования материала наполнителя, содержащегося в порошковой проволоке.
Источники информации
1) Восстановление деталей машин: справочник/Ф. И. Пантелеенко [и др.]; под ред. В. П. Иванова. -Москва: Машиностроение, 2003, 672 с.
2) Лебедев М.П., Винокуров Г.Г., Кычкин А.К., Стручков Н.Ф., Лебедев Д.И. Исследование износостойких электрометаллизапионньгх покрытий из порошковых проволок с минеральными модифицирующими добавка-ми//Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Сер. Недра и их использование, т. 11, №1(2), 2009, с. 223-226. (Электронный ресурс: www.ssc.smr.ru/media/journals/izvestia/2009/2009_1_2_223_226.pdf. Дата доступа: 15.10.2013).
3) Фрумин И.И. Автоматическая электродуговая наплавка/И.И. Фрумин. - Харьков: Металлургиз-дат, 1961, 421 с.
4) Хокинг М. Металлические и керамические покрытия: получение, свойства и применение/М. Хо-кинг, В. Васантасри, П. Сидки. - Москва: Мир, 2000, 518 с.
5) Основы дуговой металлизации. Физико-химические закономерности/В.Н. Бронников, Ю.С. Коробов: [монография]. - Екатеринбург: Изд-во Урал. Ун-та: Университетское изд-во, 2012, 268 с.
6) Балдаев Л.Х., Борисов В.Н., Вахалин В.А. и др. Газотермическое напыление - М.: Маркет ДС,
2007, 344 с.
7) Пантелеев В. Г. Егорова О.В., Клыкова Е.И. Компьютерная микроскопия - М.: Техносфера, 2005,
304 с.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Способ нанесения износостойкого покрытия, включающий нагрев и плавление в электрической дуге композиционных проволок, состоящих из стальной оболочки, заполненной частицами порошков металлов и износостойкого наполнителя, распыление расплавленного материала проволок газовой струей, перенос распыленного материала к подготовленной поверхности покрываемой детали, отличающийся тем, что скорость газовой струи выбирают в зависимости от максимального размера частиц износостойкого наполнителя в проволоке, используя следующее выражение:
где V - скорость газовой струи, м/с;
V0 - минимально возможная скорость газовой струи, обеспечивающая диспергирование металлической оболочки проволоки с образованием покрытия; А - коэффициент, численно равный 1470, м/с; е - основание натурального логарифма;
d - величина, численно равная максимальному диаметру в микронах частиц износостойкого наполнителя.
Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
025873
- 1 -
(19)
025873
- 1 -
(19)
025873
- 4 -
(19)
|
