RU2022712C1

RU2022712C1 - Method of metal powders coating production

Info

Publication number: RU2022712C1
Authority: RU
Inventors: Иллирик Витальевич Карпенко; Виктор Александрович Матвейчук; Александр Иванович Приймак
Original assignee: Институт проблем машиностроения АН Украины
Priority date: 1991-05-12
Filing date: 1991-05-12
Publication date: 1994-11-15

Abstract

FIELD: electrochemical industry. SUBSTANCE: metal powder coatings are made on compact metal pieces by magnetic pulsed processing. Shell 1, made of highly inflammable dielectric low-ash material, for example, paper, is put on unused part of piece surface embracing simultaneously its operational part 2 (to be covered) so as to keep coaxial location of shell relatively to piece. Powder is placed between shell and covering surface. Arranged assembly is subjected to magnetic pulsed processing with heating of powder and rotation of covering piece. Shell is burnt and low-ash feature of its material provides purity of piece and process. EFFECT: method is used to apply metal powder coatings on compact metal pieces by magnetic pulsed treatment. 1 dwg

Description

Изобретение может быть использовано в области порошковой металлургии и других отраслях промышленности. The invention can be used in the field of powder metallurgy and other industries.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам является способ получения покрытий из металлически порошков, заключающийся в нанесении слоя порошка на компактную основу, нагреве одновременно с магнитно-импульсной обработкой при заданных напряженности, частоте следования и частоте импульсов магнитного поля. В соответствии с известным способом нанесение порошка на основу проводилось либо методом обмазки, либо с использованием неэлектропроводящей керамической оболочки. В первом случае недостатки способа связаны со сложностью дозирования, нанесения и сушки состава обмазки, требующей дополнительной оснастки, оборудования и времени для проведения процесса. Кроме того, при окончательной обработке за счет выгорания связующего суспензия вспучивается, не позволяя добиться качественного беспористого покрытия. Во втором случае способ приводит к дополнительному расходу дефицитных материалов из-за невозможности многократного использования оболочки, в этом случае также возможно частично диффундирование материала расплавляющейся оболочки в поры порошкового покрытия, что значительно снижает его качество. The closest in technical essence and the achieved results is a method of producing coatings of metal powders, which consists in applying a layer of powder on a compact base, heating simultaneously with magnetic pulse processing at a given intensity, repetition rate and pulse frequency of the magnetic field. In accordance with the known method, the deposition of the powder on the base was carried out either by coating, or using a non-conductive ceramic shell. In the first case, the disadvantages of the method are associated with the complexity of dosing, applying and drying the composition of the coating, requiring additional equipment, equipment and time for the process. In addition, during final processing due to burnout of the binder, the suspension swells, not allowing to achieve a high-quality non-porous coating. In the second case, the method leads to an additional consumption of scarce materials due to the impossibility of reusing the shell, in this case it is also possible to partially diffuse the material of the melting shell into the pores of the powder coating, which significantly reduces its quality.

Целью изобретения является снижение затрат и улучшение технологичности путем уменьшения количества операций, вспомогательного оборудования и расхода материалов. The aim of the invention is to reduce costs and improve manufacturability by reducing the number of operations, auxiliary equipment and material consumption.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения покрытий из металлических порошков, включающем размещение порошка материала покрытия между покрываемой поверхностью изделия и промежуточным слоем и магнитно-импульсную обработку с нагревом порошка, согласно изобретения в качестве промежуточного слоя берут оболочку из легковоспламеняющегося, малозольного, диэлектрического материала, например бумаги. This goal is achieved by the fact that in the method of producing coatings of metal powders, comprising placing a powder of a coating material between the surface of the product to be coated and the intermediate layer and magnetic pulse processing with heating of the powder, according to the invention, a shell made of a flammable, low-ash, dielectric material is taken as an intermediate layer such as paper.

Использование в способе в качестве промежуточного слоя оболочки, выполненной из легковоспламеняющегося малозольного диэлектрического материала, позволяет снизить затраты, обусловленные отсутствием целого ряда трудо-, энерго- и материалоемких операций при изготовлении и удалении несгораемых оболочек из таких дефицитных и стратегически важных материалов, как меди, специальной керамики и т.п. К тому же реализация заявляемого способа не ограничивает возможности формирования чистых пористых покрытий, не ухудшает экологии окружающей среды, делает процесс нанесения покрытий более технологичным и простым. The use in the method as an intermediate layer of a shell made of flammable low-ash dielectric material allows to reduce costs due to the absence of a number of labor, energy and material-intensive operations in the manufacture and removal of fireproof shells from such scarce and strategically important materials as copper, special ceramics, etc. In addition, the implementation of the proposed method does not limit the possibility of forming clean porous coatings, does not worsen the ecology of the environment, makes the coating process more technological and simple.

На чертеже представлен разрез заготовки с промежуточной оболочкой и покрытием, наносимом в соответствии с предложенным способом. The drawing shows a section of a workpiece with an intermediate shell and a coating applied in accordance with the proposed method.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

Изготовленную из легковоспламеняющегося диэлектрического малозольного материала, например бумаги, оболочку 1 в форме цилиндра насаживают на нерабочую часть поверхности изделия, охватывая при этом ее рабочую покрываемую часть 2, так, чтобы сохранялось соосное расположение оболочки 1 относительно изделия. Верхний край оболочки 1 располагают несколько выше окончания рабочей части для предотвращения выплескивания порошка 3, засыпаемого между оболочкой 1 и поверхностью изделия. Оболочку 1 прикрывают сверху диэлектрической крышкой 4. Для обеспечения более плотной засыпки порошка 3 изделию с оболочкой 1 сообщается вибрация. Изделие размещают в индукторной системе импульсной термоэлектродинамической (ТЭДИ) установки. Для придания изотропных свойств при обработке в индукторной системе 5 изделию сообщается вращательное движение от электродвигателя. Через индукторную систему 5 пропускают магнитные импульсы, под действием которых происходит разогрев. Спекание слоев порошка идет в основном от поверхности металлического изделия (эффект "СКОВОРОДКИ"). Вслед за рабочей поверхностью разогреваются, расплавляясь и соединяясь между собой, близлежащие к рабочей поверхности частицы покрытия, формируя первый подслой. Использование электромагнитного поля переменной амплитуды обеспечивает дополнительно интенсивную вибрацию. При этом слой порошка, продолжая разогреваться под влиянием вибрационного давления, уплотняется до значений, присущих сплошному металлоизделию. Одновременно с этим в процесс вовлекаются следующие слои. И так слой за слоем, пока весь наносимый порошок не превратится под воздействием температуры и вибрационного давления в монолитное покрытие, прочно сцепленное с поверхностью изделия. В последнюю очередь тепло воспринимает диэлектрическая оболочка 1, удерживающая наносимый слой порошка до его полного превращения в покрытие. Обугливание оболочки 1 начинается тогда, когда сформирована уже внешняя поверхность самого дальнего от поверхности изделия подслоя покрытия. Таким образом оболочка 1 полностью выполняет свою промежуточную роль и выгорает. Весь процесс покрытия и сгорания легковоспламеняющейся оболочки 1 происходит практически мгновенно, в течение времени около 3 с, а малозольность материала обеспечивает чистоту детали и процесса. Made of a flammable dielectric low-ash material, such as paper, a cylinder-shaped shell 1 is mounted on the non-working part of the product surface, while covering its working coated part 2, so that the coaxial arrangement of the shell 1 relative to the product is maintained. The upper edge of the shell 1 is positioned slightly higher than the end of the working part to prevent splashing of the powder 3 falling asleep between the shell 1 and the surface of the product. The shell 1 is covered on top with a dielectric cover 4. To ensure a denser filling of the powder 3, the product with the shell 1 is vibrated. The product is placed in the induction system of a pulsed thermoelectrodynamic (TEDI) installation. To impart isotropic properties during processing in the inductor system 5, the product is communicated with a rotational movement from the electric motor. Magnetic pulses are passed through the inductor system 5, under the influence of which heating occurs. Sintering of the powder layers proceeds mainly from the surface of the metal product (the "PAN" effect). Following the working surface, the coating particles adjacent to the working surface are heated, melting and connecting together, forming the first sublayer. The use of an electromagnetic field of variable amplitude provides an additional intense vibration. In this case, the powder layer, while continuing to warm up under the influence of vibrational pressure, is compacted to the values inherent in a solid metal product. At the same time, the following layers are involved in the process. And so layer by layer, until all the applied powder turns under the influence of temperature and vibration pressure into a monolithic coating, firmly adhered to the surface of the product. Lastly, heat is absorbed by the dielectric sheath 1, which holds the applied layer of powder until it is completely converted into a coating. Carbonization of the shell 1 begins when the outer surface of the furthest sublayer of the coating is already formed. Thus, the shell 1 fully fulfills its intermediate role and burns out. The entire process of coating and combustion of a flammable shell 1 occurs almost instantly, over a period of about 3 s, and low-ash material ensures the purity of the part and process.

Пример конкретного выполнения. An example of a specific implementation.

Способ осуществляли при получении износостойкого покрытия на рабочей части пуансона 2 для прошивки отверстий. Пуансон вытачивали из стали ст.15. Несколько ниже рабочей части 2 насаживали промежуточную цилиндрическую оболочку 1 высотой 25 мм и внутренним диаметром 19,5 мм - из чертежной бумаги (ГОСТ 597-73), толщиной 0,2-0,3 мм, склеенной силикатным клеем. Вариант оболочки из фильтра обеззоленного, ТУ 6-09-1678-77, толщиной 0,15-0,20 мм (варианты с использованием для оболочки различных синтетических полимерных материалов гораздо менее предпочтительны и из-за значительного ухудшения экологической чистоты процесса, и загрязнения самой детали). В образовавшееся пространство между оболочкой 1 и рабочей частью 2 длиной 8 мм и диаметром 18 мм засыпали порошок ПР-Н70Х17С4Р4 с некоторым избытком с учетом его последующего уплотнения, причем изделию с оболочкой для обеспечения более плотной засыпки сообщалась вибрация вручную либо на вибростенде. Для предотвращения выплескивания порошка 3 свободный торец рабочей части пуансона 2 закрывается крышкой 4 из диэлектрического материала, например, витком асбоцементного шнура соответствующих размеров. После обеспечения вращения заготовки с угловой скоростью не менее 3/4 1/c обработка проводилась при частоте электромагнитных импульсов 15-440 кГц, напряженности 2 ˙10⁵ - 5˙ 10⁶ А/м и следовании импульсов 0,08-1,4 кГц (при частоте импульсов 15 кГц, напряженности 1,5 ˙10⁶ А/м и частоте следования 0,23 кГц, время обработки составляет 7 с; при импульсах частотой 440 кГц, напряженности 3˙ 10⁵ А/м, частоте следования 0,5 кГц, время обработки 5 с; при импульсах с параметрами 440 кГц, 3,1˙ 10⁵ А/м, 1,4 кГц, время обработки составляет 3 с, а снижение частоты следования импульсов до 0,08 кГц при частоте 26 кГц и напряженности 1,5 ˙ 10⁶ А/м приводит к увеличению времени обработки до 7 с, что во всех четырех вариантах находится по времени в допустимых пределах для обеспечения высокой производительности; использование импульсов с напряженностью 2 ˙10⁵ А/м, частотой 26 кГц, частотой следования 0,23 кГц соответствует примерно тому же времени обработки, увеличение напряженности поля до 4,5˙ 10⁶ А/м сокращает время до 3,5 с. Во всем диапазоне принятых параметров плотность покрытия оставалась практически неизменной и равномерной по сечению, и беспористой. Механические испытания на токарном станке также подтвердили достаточный уровень адгезии покрытия, а также его прочностных свойств.The method was carried out upon receipt of a wear-resistant coating on the working part of the punch 2 for flashing holes. The punch was machined from steel, article 15. Slightly lower than the working part 2, an intermediate cylindrical shell 1 was mounted with a height of 25 mm and an inner diameter of 19.5 mm from drawing paper (GOST 597-73), 0.2-0.3 mm thick, glued with silicate glue. A shell option from an anesthetized filter, TU 6-09-1678-77, with a thickness of 0.15-0.20 mm (options using various synthetic polymeric materials for the shell are much less preferred due to a significant deterioration in the environmental cleanliness of the process, and pollution itself details). Powder PR-N70X17C4P4 was poured into the formed space between the shell 1 and the working part 2 with a length of 8 mm and a diameter of 18 mm with some excess, taking into account its subsequent compaction, moreover, the product with the shell to provide a denser filling, vibration was reported manually or on a vibration stand. To prevent splashing of the powder 3, the free end of the working part of the punch 2 is closed with a lid 4 of dielectric material, for example, a coil of asbestos-cement cord of appropriate sizes. After ensuring the rotation of the workpiece with an angular velocity of at least 3/4 1 / s, the processing was carried out at a frequency of electromagnetic pulses of 15-440 kHz, a tension of 2 ˙ 10 ⁵ - ⁵ ˙ 10 ⁶ A / m and a pulse repetition of 0.08-1.4 kHz (with a pulse frequency of 15 kHz, a strength of 1.5 ˙ 10 ⁶ A / m and a repetition rate of 0.23 kHz, the processing time is 7 s; with pulses of a frequency of 440 kHz, an intensity of 3˙ 10 ⁵ A / m, a repetition rate of 0, 5 kHz, processing time 5 s; for pulses with parameters 440 kHz, 3.1˙ 10 ⁵ A / m, 1.4 kHz, processing time is 3 s, and the pulse repetition rate is reduced to 0.08 k Hz at a frequency of 26 kHz and a voltage of 1.5 ˙ 10 ⁶ A / m leads to an increase in processing time up to 7 s, which in all four cases is within acceptable limits for ensuring high performance; the use of pulses with a voltage of 2 ˙ 10 ⁵ A / m, a frequency of 26 kHz, a repetition rate of 0.23 kHz corresponds to approximately the same processing time, an increase in the field strength to 4.5 · 10 ⁶ A / m reduces the time to 3.5 s. Over the entire range of accepted parameters, the coating density remained almost unchanged and uniform in cross section, and non-porous. Mechanical tests on a lathe also confirmed a sufficient level of adhesion of the coating, as well as its strength properties.

Claims

METHOD FOR PRODUCING COATINGS FROM METAL POWDERS, comprising placing powder of a coating material between a coated surface of an article and an intermediate layer and magnetically pulsed treatment with heating of a powder, characterized in that as an intermediate layer a shell is made of a flammable low-ash, dielectric material, for example paper, and magnetically -pulse processing is carried out with the rotation of the coated product.