EA036011B1

EA036011B1 - Method for producing a wear-resistant coating on a metal part of a sliding friction assembly

Info

Publication number: EA036011B1
Application number: EA201800400A
Authority: EA
Inventors: Марат Артёмович Белоцерковский; Владимир Аркадьевич Кукареко; Евгений Викторович Астрашаб; Александр Николаевич Григорчик; Алексей Валерьевич Сосновский
Priority date: 2018-06-13
Filing date: 2018-06-13
Publication date: 2020-09-14
Also published as: EA201800400A1

Abstract

The invention relates to the technology for manufacturing tribotechnical parts, and in particular, parts of sliding friction assemblies operating at high specific loads. The objective of the invention is to increase antifriction properties and expand the field of use of thermal sprayed steel coatings implanted with nitrogen. A method of obtaining a wear-resistant coating on a metal part of a sliding friction assembly comprising spraying a wire material melted in an electric arc with a high-speed jet of propane-air mixture combustion products, layer-by-layer deposition of sprayed particles on a previously prepared surface of the part, machining of the formed coating and subsequent ion implantation with nitrogen, wherein, according to the invention, steel with a chromium content of at least 10 vol.% is selected as the material of one wire, a copper-based antifriction alloy is selected as the material of the second wire, the second wire is selected with a diameter Ddetermined depending on the operating conditions of the sliding friction assembly by the following expression: D=kD, where Dis diameter of the steel wire, k is composition coefficient that is adopted as k=(0.64-0.80) for the metal part operated under dry friction in the presence of an abrasive, and k=(1.20-1.56) for the conditions of boundary friction. The method according to the invention allows improvement of antifriction properties and expansion of the field of use of thermal sprayed steel coatings implanted with nitrogen.

Description

Изобретение относится к технологии изготовления деталей триботехнического назначения и, в частности, деталей узлов трения скольжения, эксплуатирующихся при повышенных удельных нагрузках.The invention relates to a technology for the manufacture of parts for tribotechnical purposes and, in particular, parts of sliding friction units, operated at increased specific loads.

Может быть использовано при изготовлении элементов подшипников и опор скольжения, сферических и цилиндрических сочленений, применяемых в сельхозмашиностроении, станкостроении, металлургической промышленности.It can be used in the manufacture of elements of bearings and sliding bearings, spherical and cylindrical joints used in agricultural engineering, machine tool building, metallurgical industry.

Одним из наиболее эффективных путей решения задачи обеспечения требуемой износостойкости и антифрикционных показателей деталей трущихся сопряжений является формирование на их рабочих поверхностях покрытий с необходимым комплексом физико-механических характеристик.One of the most effective ways to solve the problem of ensuring the required wear resistance and antifriction indicators of parts of rubbing interfaces is the formation of coatings on their working surfaces with the necessary complex of physical and mechanical characteristics.

Известен способ получения износостойкого покрытия на металлической детали узла трения скольжения [1], заключающийся в формировании газотермическим напылением металлических порошков слоя требуемым размером на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку слоя и его последующее упрочнение путем термообработки.There is a method of obtaining a wear-resistant coating on a metal part of a sliding friction unit [1], which consists in the formation of a layer of the required size by thermal spraying of metal powders on a previously prepared surface of a part, mechanical treatment of the layer and its subsequent strengthening by heat treatment.

Недостатком известного способа являются относительно невысокие значения физико-механических свойств напыляемых покрытий, поскольку указанная термообработка используется в основном для повышения плотности и адгезии покрытий. Использование упрочняющих режимов термообработки (закалка) невозможно из-за необходимости нагрева детали до высоких температур (более 1000 К) и резкого охлаждения, что приведет к отрыву слоя от основы. Покрытия, полученные термообработкой напыленных металлических слоев по данному способу, нельзя использовать для защиты деталей, работающих в контакте с абразивосодержащими средами, вследствие их низкой износостойкости.The disadvantage of this method is the relatively low values of the physical and mechanical properties of the sprayed coatings, since the specified heat treatment is used mainly to increase the density and adhesion of coatings. The use of hardening modes of heat treatment (hardening) is impossible due to the need to heat the part to high temperatures (more than 1000 K) and sharp cooling, which will lead to the separation of the layer from the base. The coatings obtained by heat treatment of the sprayed metal layers according to this method cannot be used to protect the parts working in contact with abrasive media due to their low wear resistance.

Известен способ получения износостойких стальных покрытий [2], включающий формирование струи нагретых частиц путем распыления нагретой до плавления стальной проволоки, осаждение частиц в виде слоя на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку слоя и его последующее упрочнение химико-термической обработкой.A known method of obtaining wear-resistant steel coatings [2], including the formation of a jet of heated particles by spraying heated to melting steel wire, the deposition of particles in the form of a layer on a previously prepared surface of the part, mechanical treatment of the layer and its subsequent strengthening by chemical-thermal treatment.

Недостатком данного способа является необходимость использования высоких температур, при которых осуществляется процесс химико-термической обработки (от 900 до 1200 К), что приводит к отслоению покрытий, возникающему из-за большой разности значений коэффициентов термического расширения основы и слоя. Даже при использовании стального порошка, напыленного на деталь из стали того же состава, коэффициент термического расширения слоя и основы отличается на 20-25%. Это объясняется наличием в слое большого количества оксидов и структурными особенностями напыленных материалов. Кроме того, использование дорогих металлических порошков для формирования слоя под последующую химико-термическую обработку экономически нецелесообразно.The disadvantage of this method is the need to use high temperatures at which the process of chemical thermal treatment is carried out (from 900 to 1200 K), which leads to the delamination of the coatings, which occurs due to the large difference in the values of the thermal expansion coefficients of the base and the layer. Even when using steel powder sprayed on a steel part of the same composition, the coefficient of thermal expansion of the layer and the base differs by 20-25%. This is due to the presence of a large amount of oxides in the layer and the structural features of the deposited materials. In addition, the use of expensive metal powders for the formation of a layer for subsequent chemical-thermal treatment is economically inexpedient.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения стальных износостойких покрытий [3], принятый за прототип, включающий формирование струи частиц, полученных путем распыления нагретой до плавления стальной проволоки, осаждение частиц в виде высокоплотного слоя на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку слоя и его упрочнение путем ионно-лучевой имплантации азотом.The closest in technical essence to the claimed is a method of obtaining steel wear-resistant coatings [3], taken as a prototype, including the formation of a jet of particles obtained by spraying a steel wire heated to melting, deposition of particles in the form of a high-density layer on a previously prepared surface of the part, mechanical treatment of the layer and its hardening by ion-beam implantation with nitrogen.

Недостатком использования данного способа в узлах трения скольжения, несмотря на высокую износостойкость, являются его низкие антифрикционные показатели (высокий коэффициент трения азотированных слоев) и длительный период приработки покрытия.The disadvantage of using this method in sliding friction units, despite its high wear resistance, is its low antifriction performance (high coefficient of friction of nitrided layers) and a long running-in period of the coating.

Задачей изобретения является повышение антифрикционных свойств и расширение области использования имплантированных азотом стальных газотермических покрытий.The objective of the invention is to improve the antifriction properties and expand the field of use of the steel gas thermal coatings implanted with nitrogen.

Для решения поставленной задачи в способе получения износостойкого покрытия на металлической детали узла трения скольжения, включающем распыление расплавленного в электрической дуге материала проволок высокоскоростной струей продуктов сгорания пропано-воздушной смеси, послойное осаждение распыленных частиц на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку сформированного покрытия и последующую ионную имплантацию азотом, согласно изобретению в качестве материала одной проволоки выбирают сталь с содержанием хрома не менее 10 об.%, в качестве материала второй проволоки выбирают антифрикционный сплав на основе меди, при этом вторую проволоку выбирают с диаметром D2, определяемым в зависимости от условий эксплуатации узла трения скольжения, из выраженияTo solve the problem in the method of obtaining a wear-resistant coating on a metal part of a sliding friction unit, including spraying the wire material melted in an electric arc with a high-speed jet of propane-air mixture combustion products, layer-by-layer deposition of sprayed particles on a previously prepared surface of a part, mechanical treatment of the formed coating and subsequent ionic implantation with nitrogen, according to the invention, steel with a chromium content of at least 10 vol.% is selected as the material of one wire, an antifriction copper-based alloy is chosen as the material of the second wire, while the second wire is selected with a diameter D2, determined depending on the operating conditions of the unit sliding friction, from the expression

D2=^k-^D1, где D₁ - диаметр стальной проволоки;D2 = ^k - ^D 1, where D ₁ is the diameter of the steel wire;

k - коэффициент состава, который принимают при эксплуатации металлической детали в условиях сухого трения в присутствии абразива k=(0,64-0,80), а в условиях граничного трения k=(1,20-1,56).k is the composition coefficient, which is taken during the operation of a metal part under dry friction conditions in the presence of an abrasive k = (0.64-0.80), and under conditions of boundary friction k = (1.20-1.56).

В заявляемом способе для обеспечения высоких антифрикционных показателей (низкий коэффициент трения при небольших значениях интенсивности изнашивания) деталей узлов трения скольжения, эксплуатирующихся при повышенных удельных нагрузках, предусматривается формирование поверхностного слоя, включающего участки из высокотвердого материала (азотированной стали) и участки из антифрикционного материала (сплав на основе меди), то есть создается покрытие из т.н. псевдосплава. При этом можно использовать не только ионно-лучевое азотирование, как в прототипе, но и ионноплазменное азотирование.In the claimed method, in order to ensure high antifriction characteristics (low coefficient of friction at low values of the wear rate) of parts of sliding friction units operating at increased specific loads, the formation of a surface layer is provided, including sections of highly hard material (nitrided steel) and sections of antifriction material (alloy based on copper), that is, a coating is created from the so-called. pseudo-alloy. In this case, you can use not only ion-beam nitriding, as in the prototype, but also ion-plasma nitriding.

Ионно-плазменное азотирование - химико-термический процесс в импульсной холодной плазмеIon-plasma nitriding is a chemical-thermal process in a pulsed cold plasma

- 1 036011 тлеющего разряда в газовой азотосодержащей среде. Суть процесса заключается в том, что ионы азота ускоряются электрическим полем, бомбардируют поверхность детали и, таким образом, создают условия для активной диффузии атомарного азота в кристаллическую решетку металла и формирования азотированного слоя с повышенной твердостью [4]. Ионно-лучевое азотирование предусматривает применение ионных пучков высокой плотности. Ускоренные ионы азота имеют энергию, существенно превышающую энергию межатомного взаимодействия в твердых телах, что позволяет при сравнительно кратковременном облучении достигать сверхвысокую концентрацию азота в поверхностных слоях [4] и синтезировать в них метастабильные фазы и химические соединения.- 1 036011 of a glow discharge in a gaseous nitrogen-containing medium. The essence of the process is that nitrogen ions are accelerated by an electric field, bombard the surface of the part and, thus, create conditions for active diffusion of atomic nitrogen into the metal crystal lattice and the formation of a nitrided layer with increased hardness [4]. Ion beam nitriding involves the use of high density ion beams. Accelerated nitrogen ions have an energy that significantly exceeds the energy of interatomic interaction in solids, which allows, with relatively short-term irradiation, to reach an ultrahigh nitrogen concentration in the surface layers [4] and synthesize metastable phases and chemical compounds in them.

Экспериментальные исследования осуществлялись на оборудования для гиперзвуковой металлизации конструкции ОИМ НАН Беларуси. Для формирования высокоскоростной струи использовалась пропано-воздушная смесь стехиометрического состава, продукты горения которой истекали из камеры через сопло Лаваля, обеспечивая скорость частиц распыленных проволок 370-390 м/с. В качестве материала стальной проволоки использовались стали 4ОХ9НС2, 15x5м, 4ОХ1ОС2М, 08X13, 40X13. Диаметр стальных проволок - 1,5-2,6 мм. Материал второй проволоки - бронза БрОЦС5-5-4,5. В экспериментах использовалась бронзовая проволока диаметром от 1,6 до 2,8 мм.Experimental studies were carried out on equipment for hypersonic metallization of the structure of the OIM NAS of Belarus. To form a high-speed jet, a propane-air mixture of stoichiometric composition was used, the combustion products of which flowed out of the chamber through a Laval nozzle, providing a particle velocity of the sputtered wires of 370-390 m / s. The steel wire used was 4ОХ9НС2, 15x5m, 4ОХ1ОС2М, 08X13, 40X13 steels. The diameter of the steel wires is 1.5-2.6 mm. The material of the second wire is BrOCS5-5-4.5 bronze. In the experiments, we used a bronze wire with a diameter of 1.6 to 2.8 mm.

Для ионно-плазменной обработки (ИПО) использовалась экспериментальная установка с цилиндрической рабочей камерой диаметром 450 и длиной 500 мм. Рабочий диапазон давлений газа в камере составлял 0,1-10 Ра. Источник электронов с плазменным катодом, установленный на верхнем фланце камеры, генерировал электронный пучок круглого сечения площадью 100 см². В экспериментах использовалась азотно-аргоновая смесь, причем аргон напускался через полый катод, азот подавался непосредственно в камеру. Соотношение потоков Ar:N₂ составляло 1:1. Для зажигания использовался вспомогательный разряд в электродной системе типа обращенный магнетрон, плазма которого обеспечивала зажигание тлеющего разряда. Напряжение горения составляло 40 V при токе 20 А и потоке газа через полый катод 80 см³/мин. Температура ионно-плазменного азотирования составляла 720 К.For ion-plasma treatment (IPT), an experimental setup with a cylindrical working chamber 450 mm in diameter and 500 mm long was used. The working range of gas pressures in the chamber was 0.1-10 Pa. An electron source with a plasma cathode mounted on the upper flange of the chamber generated a circular electron beam with an area of 100 cm ² . In the experiments, a nitrogen-argon mixture was used, and argon was admitted through a hollow cathode, nitrogen was supplied directly to the chamber. The flow ratio Ar: N ₂ was 1: 1. For ignition, an auxiliary discharge was used in an inverse magnetron-type electrode system, the plasma of which provided the ignition of a glow discharge. The combustion voltage was 40 V at a current of 20 A and a gas flow through the hollow cathode of 80 cm ³ / min. The ion-plasma nitriding temperature was 720 K.

Ионно-лучевая обработка (ИЛО) осуществлялась на экспериментальной установке с помощью ионного источника с замкнутым дрейфом электронов. Источник генерировал азотный пучок ленточного типа длиной 120 мм и шириной 2,5 мм. Для однородного распределения ионного пучка по обрабатываемой поверхности применялась система механического сканирования узла крепления образцов, которая обеспечивала равномерность дозы облучения не менее 93%. Имплантация проводилась в течение 2 ч при энергии ионов 1-3 кэВ и плотности ионного тока 2 мА/см², что обеспечивало суммарную дозу падающих ионов ~3-10⁹ см^-2. Температура образцов в процессе ионно-лучевой обработки составляла 630-700 К.Ion-beam processing (ILO) was carried out on an experimental setup using an ion source with closed electron drift. The source generated a ribbon-type nitrogen beam 120 mm long and 2.5 mm wide. For a uniform distribution of the ion beam over the treated surface, a system of mechanical scanning of the specimen attachment unit was used, which ensured a uniformity of the radiation dose of at least 93%. The implantation was carried out for 2 hours at an ion energy of 1-3 keV and an ion current density of 2 mA / cm ² , which provided a total dose of incident ions of ~ 3-10 ⁹ cm ^-2 . The temperature of the samples during ion-beam treatment was 630-700 K.

В табл. 1 приведены микротвердость и толщина азотированных слоев, полученных используемыми методами на покрытиях из используемых стальных проволок. Диапазон толщин и микротвердости дан для максимальных значений ионно-лучевой и ионно-плазменной обработок. Анализ результатов показал, что максимальной микротвердостью и толщиной обладают слои, полученные после имплантации азотом покрытий, сформированных распылением проволок из сталей с содержанием хрома более 10%.Table 1 shows the microhardness and thickness of nitrided layers obtained by the methods used on the coatings of the used steel wires. The range of thicknesses and microhardness is given for the maximum values of ion-beam and ion-plasma treatments. The analysis of the results showed that the layers obtained after the nitrogen implantation of coatings formed by spraying wires from steels with a chromium content of more than 10% have the maximum microhardness and thickness.

Таблица 1Table 1

Свойства азотированных слоев на покрытиях из различных сталейProperties of nitrided layers on coatings from various steels

Материал проволок Wire material 15Х5М 15Х5М 40Х9НС2 40X9NS2 40Х10С2М 40Х10С2М 08X13 08X13 40X13 40X13 Среднее содержание хрома, % Average chromium content,% 4,5 4.5 9,2 9.2 10,1 10.1 12,8 12.8 12,9 12.9 Толщина слоя, мкм Layer thickness, microns 10-25 10-25 15-25 15-25 30-60 30-60 30-65 30-65 35-70 35-70 Микротвердость, МПа Microhardness, MPa 8300- 8700 8300- 8700 8400 - 8800 8400 - 8800 9400- 9600 9400- 9600 9500- 9800 9500- 9800 9600- 10000 9600- 10000

Повышенные физико-механические свойства упрочненных ионами азота слоев на покрытиях из хромсодержащих сталей объясняются следующими причинами:The increased physical and mechanical properties of layers strengthened by nitrogen ions on coatings made of chromium-containing steels are explained by the following reasons:

меньшим количеством оксидов в напыленных покрытиях из хромсодержащих сталей, причем количество оксидов обратно пропорционально количеству хрома;a smaller amount of oxides in sprayed coatings of chromium-containing steels, and the amount of oxides is inversely proportional to the amount of chromium;

легированностью ε- и γ'-нитридных фаз хромом, приводящей к увеличению их твердости, износостойкости и пластичности;alloying of ε- and γ'-nitride phases with chromium, leading to an increase in their hardness, wear resistance and plasticity;

высокой растворимостью азота в легированной хромом матричной α-фазе сталей, обеспечивающей реализацию механизма объемной диффузии имплантируемой примеси, а также образованию зоны внутреннего азотирования;high solubility of nitrogen in the chromium-alloyed matrix α-phase of steels, which ensures the implementation of the mechanism of volumetric diffusion of the implanted impurity, as well as the formation of an internal nitriding zone;

выделением в азотированном слое высокопрочных нитридов хрома CrN.isolation of high-strength chromium nitrides CrN in the nitrided layer.

Сравнительные триботехнические испытания модифицированных ионами азота напыленных слоев проводились на трибометре АТВП в режиме сухого трения с присутствием абразива (частицы SiO₂ размером менее 10 мкм) и в режиме граничного трения (фитильная подача смазки 10W40) по схеме возвратно-поступательного движения контактирующих тел при удельной нагрузке 1,5 МПа и средней ско- 2 036011 рости взаимного перемещения 0,1 м/с. Интенсивность изнашивания определялась методом искусственных баз по отпечаткам пирамиды на твердомере Виккерса. Результаты испытаний приведены в табл. 2.Comparative tribological tests nitrogen modified by ions sputtered layers carried on tribometer ATVP mode dry friction with the presence of abrasives (particles of SiO ₂ of less than 10 microns) and in boundary friction regime (wick feed lubrication 10W40) scheme reciprocating contacting bodies under specific load 1.5 MPa and an average speed of 2 036011 mutual movement of 0.1 m / s. The wear rate was determined by the method of artificial bases from the imprints of the pyramid on a Vickers hardness tester. The test results are shown in table. 2.

Таблица 2table 2

Состав покрытий и их интенсивность изнашивания______The composition of the coatings and their wear rate ______

N п/ п N p / p Диаметр стальной проволоки D1, мм Diameter of steel wire D1, mm Диаметр бронзовой проволоки D₂, ммBronze wire diameter D ₂ , mm Величина коэффициента к (k = D₂/D0The value of the coefficient k (k = D ₂ / D0 Условия трения Friction conditions Интенсивность изнашивания, мкм/км Wear rate, μm / km 1 1 2,6 2.6 1,6 1.6 0,62 0.62 Сухое трение + абразивная пыль Dry rubbing + abrasive dust 22,3 22.3 2 2 2,5 2.5 1,6 1.6 0,64 0.64 -«- - "- 17,1 17.1 3 3 2,4 2.4 1,6 1.6 0,67 0.67 -«- - "- 16,7 16.7 4 4 2,2 2.2 1,6 1.6 0,73 0.73 -«- - "- 16,9 16.9 5 five 2,0 2.0 1,6 1.6 0,80 0.80 -«- - "- 17.3 17.3 6 6 2,2 2.2 1,8 1.8 0,82 0.82 -«- - "- 22,7 22.7 7 7 1,8 1.8 1,6 1.6 0,89 0.89 -«- - "- 23,2 23.2 8 8 2,0 2.0 2,0 2.0 1,00 1.00 -«- - "- 24,1 24.1 9 nine 1,8 1.8 1,6 1.6 0,89 0.89 Граничное трение Boundary friction 0,64 0.64 10 ten 2,0 2.0 2,0 2.0 1,00 1.00 -«- - "- 0,49 0.49 11 eleven 2,0 2.0 2,4 2.4 1,20 1.20 -«- - "- 0,44 0.44 12 12 1,8 1.8 2,2 2.2 1,22 1.22 -«- - "- 0.42 0.42 13 thirteen 2,0 2.0 2,5 2.5 1,25 1.25 -«- - "- 0,43 0.43 14 fourteen 1,8 1.8 2,4 2.4 1,33 1.33 -«- - "- 0.46 0.46 15 fifteen 1,6 1.6 2,4 2.4 1,50 1.50 -«- - "- 0,47 0.47 16 sixteen 1,6 1.6 2,5 2.5 1,56 1.56 -«- - "- 0,47 0.47 17 17 1,5 1.5 2,5 2.5 1,67 1.67 -«- - "- 0,68 0.68 18 eighteen 1,6 1.6 2,8 2.8 1,75 1.75 -«- - "- 0,77 0.77

В результате испытаний установлено, что наиболее высокую износостойкость имеют модифицированные покрытия, полученные напылением проволок при следующем соотношении диаметров: в условиях сухого трения в присутствии абразива k=D₂/D1=0,64-0,80, а в условиях граничного трения k=D₂/D₁=1,0-1,56, где k - коэффициент состава.As a result of the tests, it was established that the modified coatings obtained by spraying wires with the following ratio of diameters have the highest wear resistance: under dry friction conditions in the presence of an abrasive k = D ₂ / D1 = 0.64-0.80, and under boundary friction conditions k = D ₂ / D ₁ = 1.0-1.56, where k is the composition factor.

Пример реализации способа.An example of the implementation of the method.

1. Восстановлению - упрочнению подвергались пальцы диаметром 32 мм створок загрузочного устройства шаровой однокамерной мельницы помола цемента типа YX12(VS) производства КНР. Условия работы поверхностей пальцев - трение скольжения в присутствии абразивной пыли. Материал - сталь 40. Контртело - стальная проушина, внутренняя рабочая поверхность которой закалена до твердости 48-52 HRC.1. The fingers with a diameter of 32 mm of the loader flaps of a single-chamber ball mill for grinding cement of the YX12 (VS) type manufactured in China were restored - strengthened. The working conditions of the finger surfaces are sliding friction in the presence of abrasive dust. Material - steel 40. Counterbody - steel eyelet, the inner working surface of which is hardened to a hardness of 48-52 HRC.

Первую партию пальцев в количестве 4 шт. восстанавливали по заявляемому способу. С целью удаления жировых загрязнений и масел с поверхности пальцев их обезжиривали и мыли в моечных ваннах, а затем подготавливали под напыление рабочую поверхность струйно-абразивной обработкой дробленой чугунной крошкой ДЧК 1,8 455 ГОСТ 11964-81 с размером частиц 1,0-1,8 мм. Режимы обработки: давление сжатого воздуха -0,55-0,65 МПа; расход воздуха 3,0-3,5 м³/мин; расстояние от среза сопла до поверхности пальца - 50-70 мм; угол наклона струи абразива к поверхности - 70-90°. Нанесение покрытия осуществляли на установке для гиперзвуковой металлизации АДМ-10, одновременным распылением расплавленных материалов проволоки из стали 40X13 диаметром D1=2,2 мм и проволоки из бронзы БрОФ10 диаметром D₂=1,6 мм, k=0,73, так как пальцы эксплуатируются в условиях сухого трения, высокоскоростной струей продуктов сгорания пропано-воздушной смеси и послойным осаждением частиц на предварительно подготовленную поверхность детали. Толщина покрытия 1,1-1,2 мм. Контроль за толщиной покрытия осуществляют с помощью толщиномера типа Elcometer 435 Statistics.The first batch of 4 fingers. restored according to the claimed method. In order to remove fatty contaminants and oils from the surface of the fingers, they were degreased and washed in washing baths, and then the working surface was prepared for spraying by jet-abrasive treatment with crushed cast iron chips DChK 1.8 455 GOST 11964-81 with a particle size of 1.0-1, 8 mm. Processing modes: compressed air pressure -0.55-0.65 MPa; air consumption 3.0-3.5 m ³ / min; distance from the nozzle edge to the surface of the finger - 50-70 mm; angle of inclination of the jet of abrasive to the surface - 70-90 °. Coating was carried out on an ADM-10 hypersonic metallization unit, by simultaneous spraying of molten materials of a wire made of 40X13 steel with a diameter of D1 = 2.2 mm and a wire made of BrOF10 bronze with a diameter of D ₂ = 1.6 mm, k = 0.73, since the fingers are operated under dry friction conditions, a high-speed jet of combustion products of a propane-air mixture and layer-by-layer deposition of particles on a previously prepared surface of the part. Coating thickness 1.1-1.2 mm. The coating thickness is monitored with an Elcometer 435 Statistics thickness gauge.

Обработку покрытий осуществляли шлифованием кругом КЗ зернистостью М40, твердостью СМ1СТ1 и следующими режимами: скорость круга 28-30 м/с; поперечная подача 0,016-0,006 мм/дв.ход (0,016 при предварительном шлифовании; 0,006 - при чистовом). Ионно-лучевое азотирование осуществляли при температуре 770 К, плотности ионного пучка 2 мА/см², дозе облучения 3х10¹⁹ ион/см², продолжительность - 100 мин. Толщина азотированного слоя, определенная на боковом срезе рабочей поверхности пальцев, составила 32-40 мкм.The treatment of coatings was carried out by grinding with a KZ wheel with grain size M40, hardness CM1ST1 and the following modes: wheel speed 28-30 m / s; cross feed 0.016-0.006 mm / double stroke (0.016 for preliminary grinding; 0.006 for finishing). Ion-beam nitriding was carried out at a temperature of 770 K, an ion beam density of 2 mA / cm ² , an irradiation dose of 3x10 ¹⁹ ions / cm ² , and a duration of 100 min. The thickness of the nitrided layer, determined on the side cut of the working surface of the fingers, was 32-40 microns.

Вторую партию пальцев в количестве 4 шт. восстанавливали по способу-прототипу, для чего наносили покрытие распылением проволоки марки 20X13, последующее шлифование и ионно-лучевое азотирование. После механической обработки и азотирования (режимы аналогичны ранее использованным для первой партии) были получены покрытия с азотированными слоями толщиной 25-35 мкм.The second batch of fingers in the amount of 4 pcs. was restored according to the prototype method, for which a spray coating of 20X13 wire was applied, followed by grinding and ion-beam nitriding. After mechanical treatment and nitriding (the modes are similar to those previously used for the first batch), coatings with nitrided layers 25-35 μm thick were obtained.

Сравнительные испытания в условиях подконтрольной эксплуатации в течение 120 смен показали,Comparative tests under conditions of controlled operation during 120 shifts showed

- 3 036011 что интенсивность изнашивания элементов узла трения палец-проушина с пальцами, восстановленных по предлагаемой технологии более чем в 1,4 раза ниже, чем у восстановленных по известному способу.- 3 036011 that the wear rate of the elements of the friction unit of the finger-lug with fingers, restored using the proposed technology, is more than 1.4 times lower than that of those restored using the known method.

2. Восстановлению - упрочнению подвергались изношенные сегменты трехсегментной радиальной тяжелонагруженной опоры скольжения машины направленного бурения МНБ-50. Изношенные сегменты были выполнены из бронзы БрАЖ9-4. Условия работы - граничное трение (масло И-Г-А-46) при высоких удельных нагрузках (до 100 МПа). Контртело - сталь 30ХГСА, термообработанная до твердости 49-54 HRC.2. Worn segments of a three-segment radial heavily loaded sliding bearing of the directional drilling machine MNB-50 were restored - strengthened. The worn segments were made of bronze BrAZh9-4. Operating conditions - boundary friction (oil I-G-A-46) at high specific loads (up to 100 MPa). The counterbody is steel 30HGSA, heat treated to a hardness of 49-54 HRC.

Первую партию в количестве 3-х сегментов восстанавливали по заявляемому способу. Подготовку поверхности осуществляли по технологии, описанной в предыдущем примере. Нанесение покрытия осуществляли на установке для гиперзвуковой металлизации АДМ-10 одновременным распылением расплавленных материалов проволоки из стали 40X13 диаметром D1=1,8 мм и проволоки бронзы БрОФ10 диаметром D₂=2,2 мм, k=1,22, так как сегменты эксплуатируются в условиях граничного трения, высокоскоростной струей продуктов сгорания пропано-воздушной смеси и послойным осаждением частиц на предварительно подготовленную поверхность детали. Толщина покрытия 1,5-1,7 мм. Механическую обработку покрытия и ионно-лучевое азотирование осуществляли на режимах, описанных в предыдущем примере.The first batch in the amount of 3 segments was restored according to the claimed method. Surface preparation was carried out according to the technology described in the previous example. The coating was carried out on an ADM-10 hypersonic metallization unit by simultaneous spraying of molten materials of 40X13 steel wire with a diameter of D1 = 1.8 mm and a BrOF10 bronze wire with a diameter of D ₂ = 2.2 mm, k = 1.22, since the segments are operated in conditions of boundary friction, a high-speed jet of combustion products of a propane-air mixture and layer-by-layer deposition of particles on a previously prepared surface of the part. Coating thickness 1.5-1.7 mm. Mechanical treatment of the coating and ion-beam nitriding were carried out using the modes described in the previous example.

Вторую партию сегментов в количестве 3 шт. восстанавливали по способу-прототипу, для чего наносили покрытие распылением проволоки марки 20X13, последующее шлифование и ионно-лучевое азотирование.The second batch of segments in the amount of 3 pcs. was restored according to the prototype method, for which a spray coating of 20X13 wire was applied, followed by grinding and ion-beam nitriding.

Сравнительные испытания восстановленных сегментов и новых сегментов из бронзы БрАЖ9-4 в условиях подконтрольной эксплуатации в течение 340 ч показали следующее.Comparative tests of the restored segments and new segments made of bronze BrAZh9-4 under controlled operation for 340 hours showed the following.

Сегменты, восстановленные по заявляемому способу, имели износостойкость в 1,6-1,7 раза выше, чем новые из бронзы. Сегменты, восстановленные по способу-прототипу, вышли из строя в результате схватывания после 22-40 ч эксплуатации.Segments restored by the claimed method had wear resistance 1.6-1.7 times higher than new ones made of bronze. The segments, restored according to the prototype method, failed as a result of setting after 22-40 hours of operation.

Таким образом, заявляемый способ позволяет повысить антифрикционные свойства и расширить области использования имплантированных азотом стальных газотермических покрытий.Thus, the inventive method makes it possible to increase the antifriction properties and expand the scope of use of the steel gas thermal coatings implanted with nitrogen.

Источники информации.Sources of information.

1. Петров Г.К. Свойства и характеристики износостойких напыленных и термообработанных воздушно-плазменных покрытий// Газотермическое напыление в промышленности. ГТНП-93. - СПб., 1993. с. 92-96.1. Petrov G.K. Properties and characteristics of wear-resistant sprayed and heat-treated air-plasma coatings // Gas thermal spraying in industry. GTNP-93. - SPb., 1993. p. 92-96.

2. Хасуй А. Техника напыления. - М.: Машиностроение, 1975. - с. 15, 51, 71, 79-81, 194.2. Hasui A. Sputtering technique. - M .: Mechanical Engineering, 1975. - p. 15, 51, 71, 79-81, 194.

3. Патент РБ № 9465, кл. С23С 4/18, опубл. 30.09.2004 г.3. Patent RB No. 9465, cl. С23С 4/18, publ. September 30, 2004

4. Белый, А.В. Инженерия поверхностей конструкционных материалов концентрированными потоками ионов азота/ А.В. Белый, В.А. Кукареко, А. Патеюк. - Минск: Белорусская наука, 2007. - 244 с.4. Bely, A.V. Engineering of surfaces of structural materials with concentrated flows of nitrogen ions / A.V. Bely, V.A. Kukareko, A. Pateyuk. - Minsk: Belarusian Science, 2007 .-- 244 p.

Claims

CLAIM

1. A method of obtaining a wear-resistant coating on a metal part of a sliding friction unit, including spraying the wire material melted in an electric arc with a high-speed jet of combustion products of a propane-air mixture, layer-by-layer deposition of particles on a previously prepared surface of the part, mechanical treatment of the formed coating and subsequent ion implantation with nitrogen, which is different the fact that steel with a chromium content of at least 10 vol.% is selected as the material of one wire, an antifriction copper-based alloy is selected as the material of the second wire, while the second wire is selected with a diameter D2, from the expression ^D 2 = ^k ' ^D 1 where Di is the diameter of the steel wire;

k is the coefficient selected depending on the operating conditions of the sliding friction unit.

2. A method according to claim 1, characterized in that when the metal part is operated under dry friction conditions in the presence of an abrasive, k = (0.64-0.80).

3. The method according to claim 1, characterized in that during the operation of the metal part under conditions of boundary friction k = (1.0-1.56).