RU2132402C1 - Process of surface preparation for plasma coating - Google Patents
Process of surface preparation for plasma coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2132402C1 RU2132402C1 RU98107984A RU98107984A RU2132402C1 RU 2132402 C1 RU2132402 C1 RU 2132402C1 RU 98107984 A RU98107984 A RU 98107984A RU 98107984 A RU98107984 A RU 98107984A RU 2132402 C1 RU2132402 C1 RU 2132402C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- particles
- plasma coating
- ultrasonic vibrations
- ultrasonic
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при предварительной подготовке поверхности для плазменного покрытия. The invention relates to the field of mechanical engineering and can be used in preliminary preparation of the surface for a plasma coating.
Известен способ плазменного напыления [1], заключающийся во введении в плазменную струю, генерируемую в дуговом плазматроне, частиц наносимого материала с последующем направлением потока на обрабатываемую поверхность. В результате того, что частицы наносимого материала в определенной степени оплавляются, разгоняются и соударяются с поверхностью, происходит формирование покрытия. A known method of plasma spraying [1], which consists in introducing into the plasma jet generated in an arc plasmatron particles of the deposited material, followed by the direction of flow to the surface to be treated. As a result of the fact that the particles of the applied material are melted to a certain extent, accelerate and collide with the surface, a coating forms.
Главным недостатком известного способа плазменного напыления является невысокая величина прочности сцепления, которая находится обычно в пределах от 10 до 50 Мпа. С целью повышения прочности сцепления покрытия с основой применяют предварительные методы обработки поверхности основы. The main disadvantage of this method of plasma spraying is the low value of adhesion strength, which is usually in the range from 10 to 50 MPa. In order to increase the adhesion strength of the coating to the base, preliminary methods of surface treatment of the base are used.
Известен также способ подготовки поверхности [2], включающий подготовку поверхности обдувкой электрокорундом и нанесение газотермического покрытия, по которому перед обдувкой электрокорундом проводят поверхностное пластическое деформирование дробеструйным методом шариками из высокопрочной стали, причем диаметр шариков составляет 2 - 3 мм, а удельная энергия воздействия на поверхность при дробеструйной обработке составляет 105 - 106 Дж/м2 при удельном времени воздействия на поверхность 0,1 - 0,3 мин/см2.There is also known a method of surface preparation [2], including surface preparation by blowing with electrocorundum and applying a thermal spray coating, according to which, before blowing with electrocorundum, surface plastic deformation is carried out by bead-blasting using balls of high-strength steel, the diameter of the balls being 2–3 mm, and the specific energy of action on the surface during shot blasting it is 10 5 - 10 6 J / m 2 with a specific time of exposure to the surface of 0.1 - 0.3 min / cm 2 .
Недостатком аналога является невысокие адгезивные свойства покрытия, обусловленные отсутствием переходной зоны между основой и покрытием. The disadvantage of the analogue is the low adhesive properties of the coating, due to the lack of a transition zone between the base and the coating.
Кроме того, известен способ подготовки поверхности детали [3] перед нанесением покрытия газотермическим напылением, включающий электромеханическую обработку поверхности детали инструментом при давлении 50 - 80 кгс/см с пропусканием электрического тока в месте контакта до оплавления и перемещения инструмента, причем обработку проводят инструментом с профилем, обеспечивающим при контакте обработку 1/4 поверхности детали, а перемещение осуществляют возвратно-поступательно в плоскости, перпендикулярной к обрабатываемой поверхности с периодическим отключением электрического тока. Электрический ток отключают перед началом движения инструмента вверх. Электрический ток также отключают после контакта инструмента с поверхностью. In addition, there is a known method of preparing the surface of a part [3] before applying thermal spraying, including electromechanical processing of the surface of a part with a tool at a pressure of 50 - 80 kgf / cm with transmission of electric current at the point of contact before melting and moving the tool, and processing is carried out with a tool with a profile providing, upon contact, processing 1/4 of the surface of the part, and the movement is carried out reciprocating in a plane perpendicular to the surface being machined with by wildly disconnecting the electric current. The electric current is turned off before the tool moves up. Electric current is also turned off after the tool contacts the surface.
Однако локальное оплавление влечет за собой структурное превращение, что в свою очередь приводит к ослаблению прочностных свойств материала. Возвратно-поступательное перемещение инструмента и оплавление металла вызывает изменение структуры металла, т. к. острые кромки являются концентраторами напряжений, что снижает усталостную прочность металла. However, local fusion entails a structural transformation, which in turn leads to a weakening of the strength properties of the material. The reciprocating movement of the tool and the melting of the metal causes a change in the structure of the metal, since sharp edges are stress concentrators, which reduces the fatigue strength of the metal.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является способ нанесения покрытий [4], включающий предварительную механическую обработку поверхности изделия в течение 1 - 2 секунд и нанесение порошкового материала с одновременной механической обработкой напыленных слоев, при котором механическую обработку осуществляют при давлении 50 - 300 Н с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний частотой 16 - 20 кГц и амплитудой колебаний 10 - 80 мкм. The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is the method of coating [4], including preliminary machining of the surface of the product for 1 to 2 seconds and applying powder material with simultaneous machining of the sprayed layers, in which the machining is carried out at a pressure of 50 - 300 N with simultaneous exposure to ultrasonic vibrations with a frequency of 16 - 20 kHz and an amplitude of oscillations of 10 - 80 microns.
Недостатком прототипа является небольшая величина адгезии и существенные колебания значений этой величины, что снижает качество нанесенного покрытия. The disadvantage of the prototype is the small amount of adhesion and significant fluctuations in the values of this value, which reduces the quality of the applied coating.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретения, является повышение качества покрытия, за счет повышения прочности сцепления его с основной и обеспечения однородности свойств покрытия при заданных условиях обработки. The problem to which the claimed invention is directed is to improve the quality of the coating by increasing its adhesion to the main one and ensuring uniformity of the coating properties under given processing conditions.
Поставленная задача достигается тем, что в способе подготовки поверхности для плазменного покрытия, включающем механическую обработку с одновременным воздействием ультразвуковых колебаний и статического давления, в отличие от прототипа создают гарантированную переходную зону в поверхности путем внедрения частиц материала покрытия в основу. This object is achieved in that in a method for preparing a surface for a plasma coating, including machining with the simultaneous action of ultrasonic vibrations and static pressure, in contrast to the prototype, a guaranteed transition zone is created in the surface by introducing particles of the coating material into the base.
Максимальное значение амплитуды ультразвуковых колебаний устанавливают на 18 - 20% больше радиуса минимального размера частиц напыляемого материала. The maximum value of the amplitude of ultrasonic vibrations is set at 18 - 20% more than the radius of the minimum particle size of the sprayed material.
Свойства поверхности с внедренными в нее частицами покрытия более близки к свойствам частиц покрытия, чем свойства необработанной поверхности. При последующей плазменной обработке поверхность с равномерно внедренными в нее частицами покрытия обеспечит более интенсивное протекание физико-химических процессов, ответственных за прочность сцепления. Это происходит за счет химической активностью основы, обеспечиваемой высоким уровнем пластической деформации и большей поверхностью контакта частиц покрытия, внедренных в основу, а также за счет усиления анкерного эффекта микронеровностей поверхности, присущей данному методу. Установленное соотношение амплитуды ультразвуковых колебаний и размера частиц напыляемого материала сводят к минимуму число холостых ударов инструмента по поверхности и гарантируют формирование переходной зоны. Механическое воздействие инструмента непосредственно на поверхность, а не на частицы, нежелательно. Это ведет не к формированию переходной зоны, а к наклепу. The properties of a surface with coating particles embedded in it are closer to the properties of coating particles than the properties of an untreated surface. In subsequent plasma treatment, a surface with coating particles uniformly embedded in it will provide a more intensive course of physicochemical processes responsible for the adhesion strength. This is due to the chemical activity of the substrate, provided by a high level of plastic deformation and a larger contact surface of the coating particles embedded in the substrate, and also due to the enhancement of the anchor effect of surface microroughness inherent in this method. The established ratio of the amplitude of ultrasonic vibrations and the particle size of the sprayed material minimizes the number of idle strokes of the tool on the surface and ensures the formation of a transition zone. The mechanical action of the tool directly on the surface, and not on the particles, is undesirable. This does not lead to the formation of a transition zone, but to hardening.
Основное назначение ультразвуковой гидроабразивной обработки - очистка, упрочнение и удаление заусенцев и других поверхностных дефектов. При выполнении указанной операции заготовку помещают в камеру с гидроабразивной средой, а ультразвуковые волны излучаются в раствор. Цель излучения в раствор - кавитационное разрушение заусенцев и дополнительная их обработка абразивными зернами. При возникновении акустических течений зерна абразива и детали из-за различной плотности и размеров получают неодинаковые скорости. При взаимном проскальзывании абразивных зерен и деталей происходит снятие заусенцев. The main purpose of ultrasonic hydroabrasive treatment is cleaning, hardening and removal of burrs and other surface defects. When performing this operation, the workpiece is placed in a chamber with a waterjet medium, and ultrasonic waves are emitted into the solution. The purpose of radiation into the solution is cavitation destruction of burrs and their additional treatment with abrasive grains. When acoustic flows occur, the grains of the abrasive and the part get different speeds due to different densities and sizes. With mutual slipping of abrasive grains and parts, deburring occurs.
В отличие от гидроабразивной обработки, где ультразвуковые колебания передаются жидкости, в которой находятся абразивные частицы, в заявляемом способе ультразвуковые колебания при одновременном статическом давлении передаются частицами порошка покрытия. При этом инструмент играет роль молота, статически воздействуя на частицы порошка покрытия и периодически ударяя по ним, внедряет частицы в поверхность. Организация такого процесса позволяет получить однородную и равномерную переходную зону, содержащую частицы порошка покрытия, высокие шероховатость поверхности и степень пластической деформации, вследствие чего и увеличивается адгезионная прочность и выравниваются ее количественные характеристики в различных точках поверхности. Unlike hydroabrasive treatment, where ultrasonic vibrations are transmitted to the fluid in which the abrasive particles are located, in the present method, ultrasonic vibrations with simultaneous static pressure are transmitted by particles of the coating powder. In this case, the instrument plays the role of a hammer, statically acting on the particles of the coating powder and periodically striking them, introducing particles into the surface. The organization of such a process makes it possible to obtain a uniform and uniform transition zone containing particles of the coating powder, high surface roughness and the degree of plastic deformation, as a result of which the adhesive strength increases and its quantitative characteristics are equalized at various points on the surface.
В тоже время заявляемое техническое решение отличается и от известного способа ультразвуковой размерной обработки хрупких материалов, который описан в работах профессора Маркова А.И. [5]. Эти два сравниваемых способа имеют различные цели. Первый - повышение адгезионной прочности плазменного покрытия путем создания переходной зоны, содержащей частицы наносимого покрытия и имеющей поверхностный слой высокой шероховатости и степени деформационного упрочнения, второй - размерное формообразование хрупких материалов путем выкрашивания микроскопических объемов. Ультразвуковая размерная обработка не используется при формообразовании материалов, имеющий критерий хрупкости 1<tx<2, поскольку эффект внедрения зерен в поверхность без ее выкрашивания считается отрицательным. В заявленном способе этот отрицательный эффект используется как положительный, поскольку позволяет формировать переходную зону, содержащую частицы покрытия и шероховатую поверхность с высокой степенью пластической деформации. При обработке поверхностей из твердых материалов внедрение абразивных частиц в поверхность происходить не будет. Однако микровыкрашивание поверхности позволит создать показатель шероховатости, который другими способами получить затруднительно. At the same time, the claimed technical solution differs from the known method of ultrasonic dimensional processing of brittle materials, which is described in the works of Professor Markov A.I. [5]. These two compared methods have different goals. The first is to increase the adhesion strength of the plasma coating by creating a transition zone containing particles of the coating and having a surface layer of high roughness and a degree of strain hardening, and the second is dimensional shaping of brittle materials by chipping of microscopic volumes. Ultrasonic dimensional processing is not used in the shaping of materials, having a criterion of brittleness 1 <tx <2, since the effect of the introduction of grains into the surface without chipping is considered negative. In the claimed method, this negative effect is used as positive, since it allows you to form a transition zone containing coating particles and a rough surface with a high degree of plastic deformation. When processing surfaces of solid materials, the introduction of abrasive particles into the surface will not occur. However, microcracking of the surface will allow creating a roughness index, which is difficult to obtain in other ways.
Операции заявляемого способа реализуют устройством (фиг. 1), содержащим обрабатываемую основу 1, на которую через частицы материала покрытия 2, находящиеся в зоне обработки, одновременно воздействуют через инструмент 3 статическое давление и ультразвуковые колебания. The operation of the proposed method is implemented by a device (Fig. 1), containing the base to be treated 1, on which static pressure and ultrasonic vibrations simultaneously act through the tool 3 through the particles of the coating material 2, located in the treatment zone.
Суть способа заключается в следующем. На столе ультразвуковой установки закрепляют обрабатываемую основу 1. Частицы порошка покрытия 2 вводят в зону обработки и затем одновременно подводят ультразвуковые колебания и статическое давление от инструмента 3 к указанным частицам 2, которые, внедряясь в основу 1, создают переходную зону, обеспечивая при этом высокую шероховатость и степень пластической деформации поверхности основы. The essence of the method is as follows. The workable base 1 is fixed on the table of the ultrasonic installation. Particles of the coating powder 2 are introduced into the treatment zone and then ultrasonic vibrations and static pressure are applied from the tool 3 to the indicated particles 2, which, being introduced into the base 1, create a transition zone, while ensuring high roughness and the degree of plastic deformation of the surface of the base.
Пример конкретной реализации заявляемого способа. An example of a specific implementation of the proposed method.
Для предварительной обработки поверхности образца из стали 20 использовался универсальный прошивочный станок для ультразвуковой и электрохимической обработки модели 4Д722Э, укомплектованный ультразвуковым генератором УЗГ5-1, 6/22, мощностью 1,6 кВт. For preliminary processing of the surface of a sample of steel 20, we used a universal bending machine for ultrasonic and electrochemical processing of model 4D722E, equipped with an ultrasonic generator UZG5-1, 6/22, with a power of 1.6 kW.
Диаметр ультразвукового вибратора-инструмента 30 мм. Частота вибрации ультразвукового вибратора 22 кГц, амплитуда колебаний 20 - 25 мкм. Сила прижатия инструмента к обрабатываемой поверхности (статическая нагрузки) - 50 Н. Время обработки 1 - 2 с. Предварительную обработку поверхности осуществляют в жидкой среде. В качестве абразивных использовались частицы самофлюсующегося порошка ПГ-СР3 ГОСТ 21448-75, твердость которых превышает Hrc 45, диаметр частиц 40 - 160 мкм. Весовое отношение абразивных частиц и жидкости 1: 2. После подготовки поверхности производилось напыление того же порошка на установке УПУ-3М. The diameter of the ultrasonic vibrator tool is 30 mm. The vibration frequency of the ultrasonic vibrator is 22 kHz, the vibration amplitude is 20 - 25 microns. The force of pressing the tool to the work surface (static load) is 50 N. The processing time is 1 - 2 s. Surface pretreatment is carried out in a liquid medium. As abrasive particles of self-fluxing powder were used PG-SR3 GOST 21448-75, the hardness of which exceeds Hrc 45, particle diameter 40 - 160 microns. The weight ratio of abrasive particles and liquid is 1: 2. After surface preparation, the same powder was sprayed on the UPU-3M installation.
Режим напыления. Spraying mode.
Сила тока, A - 350 ± 10
Напряжение, В - 55 ± 2
Дистанция напыления, мм - 120
Расход плазмообразующего газа:
аргон, м3/ч - 0,6
азот, м3/ч - 0,03
Расход порошкового материала, кг/ч - 0,6 - 0,7
Толщина покрытия, мм - 0,4
Сравнительные результаты предлагаемого способа и прототипа представлены в таблице (см. в конце описания).Current, A - 350 ± 10
Voltage, V - 55 ± 2
Spraying distance, mm - 120
Plasma gas flow rate:
argon, m 3 / h - 0.6
nitrogen, m 3 / h - 0.03
The consumption of powder material, kg / h - 0.6 - 0.7
Coating thickness, mm - 0.4
Comparative results of the proposed method and prototype are presented in the table (see the end of the description).
Таким образом, заявленное решение обладает новым свойством - возможностью создать гарантированную переходную зону в поверхности путем внедрения частиц материала покрытия в основу. При этом предварительно подготовленная поверхность, имеющая переходную зону, отличается высокой шероховатостью и степенью пластической деформации. Перечисленные факторы и способствуют повышению качества покрытия при последующей плазменной обработке. Thus, the claimed solution has a new property - the ability to create a guaranteed transition zone in the surface by introducing particles of the coating material into the base. In this case, a pre-prepared surface having a transition zone is characterized by a high roughness and a degree of plastic deformation. These factors contribute to improving the quality of the coating during subsequent plasma treatment.
Источники информации:
1. Хасуй А. Техника напыления. М. "Машиностроение". 1975. 232 с.Sources of information:
1. Hasui A. Spraying technique. M. "Engineering". 1975.232 s.
2. Патент РФ N 1804148, МПК6 C 23 C 4/02, опубл. 20.11.96.2. RF patent N 1804148, IPC 6 C 23 C 4/02, publ. 11/20/96.
3. Патент РФ N 2068025, МПК6 C 23 C 4/02, опубл. 20.11.96.3. RF patent N 2068025, IPC 6 C 23 C 4/02, publ. 11/20/96.
4. А.с. СССР N 1274328, МКИ4 C 23 C 4/02, опубл. 15.03.93 - прототип.4. A.S.
5. Марков А.И. Ультразвуковая обработка материалов. М. Машиностроение. 1980. 237 с. 5. Markov A.I. Ultrasonic processing of materials. M. Engineering. 1980.237 s.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98107984A RU2132402C1 (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Process of surface preparation for plasma coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98107984A RU2132402C1 (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Process of surface preparation for plasma coating |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2132402C1 true RU2132402C1 (en) | 1999-06-27 |
Family
ID=20205309
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98107984A RU2132402C1 (en) | 1998-04-24 | 1998-04-24 | Process of surface preparation for plasma coating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2132402C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102803545A (en) * | 2009-06-19 | 2012-11-28 | 日产自动车株式会社 | Thermal Spraying Preprocessing Geometry, Thermal Spraying Preprocessing Method, And Thermal Spraying Preprocessing Device |
| RU2659521C2 (en) * | 2013-07-03 | 2018-07-02 | Снекма | Method for preparing substrate for thermal spraying of metal coating |
-
1998
- 1998-04-24 RU RU98107984A patent/RU2132402C1/en active
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102803545A (en) * | 2009-06-19 | 2012-11-28 | 日产自动车株式会社 | Thermal Spraying Preprocessing Geometry, Thermal Spraying Preprocessing Method, And Thermal Spraying Preprocessing Device |
| RU2500832C2 (en) * | 2009-06-19 | 2013-12-10 | Ниссан Мотор Ко., Лтд | Workpiece with surface pre-treated prior to sputtering, pre-treatment method of workpiece surface prior to sputtering and pre-treatment device of workpiece surface prior to sputtering |
| CN102803545B (en) * | 2009-06-19 | 2015-11-25 | 日产自动车株式会社 | Surface and roughened method, the treatment unit of the carrying out of the component of spraying plating epithelium roughened will be formed |
| US9562279B2 (en) | 2009-06-19 | 2017-02-07 | Nissan Motor Co., Ltd. | Prespray processing method |
| RU2659521C2 (en) * | 2013-07-03 | 2018-07-02 | Снекма | Method for preparing substrate for thermal spraying of metal coating |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20100024218A1 (en) | Method of making bearing using ultrasonic nano crystal surface modification technology | |
| ES2067099T3 (en) | PROCEDURE FOR THE PRODUCTION OF A DIAMANTINE LAYER AND INSTALLATION FOR IT. | |
| CN109913869A (en) | A method of cladding layer is prepared based on vibration auxiliary ultrahigh speed laser melting and coating technique | |
| US20160221036A1 (en) | Method for enhancing adhesion of low-temperature ceramic coating | |
| CN110091129B (en) | Composite strengthening method for large-area plane coating | |
| CN111893278A (en) | Pulse current and shot blasting coupled metal material surface strengthening device and method | |
| RU2132402C1 (en) | Process of surface preparation for plasma coating | |
| CN114686676A (en) | Method for real-time coupling strengthening of electric pulse and laser shock wave | |
| CN113699491A (en) | Method for preparing tungsten-infiltrated composite coating | |
| CN110331266B (en) | Ultrasonic liquid knife impacting metal material surface nanocrystallization method and special device thereof | |
| CN112662975A (en) | Strengthening method for improving high-temperature fatigue performance of aviation titanium alloy | |
| CN110948398B (en) | Ultrasonic-assisted cavitation abrasive flow finishing method for titanium alloy surface oxide layer | |
| Maurer et al. | Surface refinement of metal foams | |
| Schnick et al. | Laser shock processing of Al-SiC composite coatings | |
| CN108890055B (en) | Method for preparing micro-bubble surface by using fast wire-moving electric spark | |
| Soboleva et al. | The effect of load during frictional treatment with a DBN indenter on the surface finish of the NiCrBSi–Cr3C2 laser clad coating | |
| Ageev et al. | Of combined electric arc coatings | |
| RU2132267C1 (en) | Process of shot-blasting of articles | |
| Huu et al. | Minimum roughness value in PMEDM with low-frequency vibration applied to workpiece | |
| RU2804900C1 (en) | Method for producing coating on inner surface of hollow part using electrical explosion of conductor. | |
| RU2805093C1 (en) | Method for producing coating on inner surface of hollow part using electrical explosion of conductor | |
| CN111254422B (en) | Circular ring type surface composite strengthening method | |
| RU2239001C1 (en) | Tool reinforcement method | |
| RU2804901C1 (en) | Method for producing coating on inner surface of hollow part using electrical explosion of conductor | |
| CN113894705B (en) | Surface roughening method for metal matrix |