RU2235150C1

RU2235150C1 - Method for strengthening of part surfaces and for simultaneously applying of corrosion resistant coatings

Info

Publication number: RU2235150C1
Application number: RU2003105565/02A
Authority: RU
Inventors: А.Л. Берсудский (RU); А.Л. Берсудский; Н.С. Малышева (RU); Н.С. Малышева; Н.Т. Каргин (RU); Н.Т. Каргин; М.Н. Осипов (RU); М.Н. Осипов
Original assignee: Самарская государственная академия путей сообщения
Priority date: 2003-06-18
Filing date: 2003-06-18
Publication date: 2004-08-27

Abstract

FIELD: metallurgy, in particular, finishing processing of working surfaces of friction pair parts.

SUBSTANCE: method involves providing plastic deformation of part surface by moving working tool; supplying to processing zone of liquid containing copper chloride dissolved in glycerin, highly-dispersed copper and nickel powders, acetamide, urea, and water; moving said tool in longitudinal and perpendicular directions; providing two-staged processing of part surface: first stage including supplying into processing zone of liquid additionally containing molybdenum disulfide, and second stage including changing deformation force and supplying solution of ethyl alcohol suspension containing ultra-dispersion powder of polytetrafluoroethylene, ethyl alcohol; transmitting motion to working tool in longitudinal and perpendicular directions while changing deformation force.

EFFECT: improved tribotechnical characteristics of working surfaces of machine parts operating under interfacial lubrication, increased loading and elevated temperature conditions.

2 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано на финишных операциях упрочняющей обработки с одновременным нанесением композиционных покрытий.The invention relates to mechanical engineering and can be used in finishing operations of hardening with the simultaneous application of composite coatings.

Известен способ нанесения защитных покрытий на рабочие поверхности деталей, при котором покрытие наносят из спецжидкости, содержащей соли наносимого металла и других компонентов, растворенных в глицерине, а в качестве деформирующего инструмента используют металлическую щетку (Патент N 2053106, В 24 В 39/00, опубл. Бюл. №3 от 27.01.96 г.) [1].A known method of applying a protective coating to the working surfaces of parts, in which the coating is applied from a special fluid containing salts of the applied metal and other components dissolved in glycerin, and a metal brush is used as a deforming tool (Patent N 2053106, 24 V 39/00, publ. Bulletin No. 3 dated January 27, 1996) [1].

В данном случае возможно нанесение только медного покрытия, что обеспечивает невысокие триботехнические свойства поверхностей с покрытием.In this case, it is possible to apply only a copper coating, which provides low tribological properties of the coated surfaces.

В способе нанесения покрытий на стальные изделия (Патент N 2110609, В 24 В 39/00, опубл. Бюл. №13 от 10.05.98 г.) [2] покрытие наносят после предварительного упрочнения из спецжидкости, содержащей соли наносимого металла, ацетамида и других компонентов с добавлением в состав ультрадисперсных порошков меди и никеля.In the method of coating steel products (Patent N 2110609, 24 V 39/00, publ. Bull. No. 13 of 05/10/98) [2] the coating is applied after preliminary hardening from a special fluid containing salts of the applied metal, acetamide and other components with the addition of ultrafine powders of copper and nickel.

Введение в состав только ультрадисперсных порошков меди и никеля не отвечает возрастающим требованиям к триботехническим характеристикам поверхностей с покрытиями.The introduction of only ultrafine powders of copper and nickel into the composition does not meet the increasing requirements for the tribotechnical characteristics of coated surfaces.

Наиболее близким к предлагаемому является способ упрочнения деталей с одновременным нанесением композиционных покрытий, где в качестве упрочняющего инструмента используют быстровращающуюся металлическую щетку, а в состав спецжидкости дополнительно входит фторированный графит (Патент №2138579, В 24 В 39/00, опубл. Бюл. №27 от 27.09.99 г.) [3].Closest to the proposed method is the hardening of parts with the simultaneous application of composite coatings, where a fast-rotating metal brush is used as a hardening tool, and fluorinated graphite is additionally included in the composition of the special fluid (Patent No. 2138579, 24 V 39/00, publ. Bull. No. 27 dated September 27, 1999) [3].

Наличие в составе фторированного графита усложняет технологию приготовления спецжидкости, т.к. требуется специальная обработка фторированного графита перед введением в основной состав, кроме того, требуется перед нанесением покрытия дополнительное диспергирование состава для получения равномерной взвеси. Это ограничивает возможности применения состава для легированных сталей.The presence in the composition of fluorinated graphite complicates the technology for the preparation of special fluids, because special treatment of fluorinated graphite is required before introduction into the main composition, in addition, additional dispersion of the composition is required before coating to obtain a uniform suspension. This limits the use of the composition for alloy steels.

Технической задачей предлагаемого способа является расширение области применения способа упрочняющей обработки с одновременным нанесением покрытий и значительное улучшение качества поверхностей (триботехнические параметры). С помощью данного способа возможно наносить не только металлические композиционные покрытия на медьсодержащей основе, но и покрытия, в состав которых входят полимерные материалы, например политетрафторэтилен, которые значительно улучшают триботехнические характеристики рабочих поверхностей деталей машин, работающих в условиях граничной смазки, повышенных нагрузок и температур.The technical task of the proposed method is to expand the scope of the method of hardening processing with simultaneous coating and a significant improvement in the quality of surfaces (tribological parameters). Using this method, it is possible to apply not only metal composite coatings on a copper-based basis, but also coatings that include polymeric materials, for example polytetrafluoroethylene, which significantly improve the tribological characteristics of the working surfaces of machine parts operating under conditions of boundary lubrication, increased loads and temperatures.

Технический результат достигается тем, что после предварительной упрочняющей обработки, например, быстровращающейся щеткой с усложненной кинематикой перемещения в зону контакта вводят специальную жидкость (с медьсодержащим составом) - первый переход, после образования медного покрытия без остановки вращения детали в зону обработки подают второй состав - суспензию политетрафторэтилена (фторопласт), выполняют второй переход, но при этом изменяют натяг ворса щетки или уменьшают давление деформирующего элемента.The technical result is achieved by the fact that after preliminary hardening treatment, for example, with a fast-rotating brush with complicated kinematics of movement, a special liquid (with a copper-containing composition) is introduced into the contact zone - the first transition, after the formation of the copper coating without stopping the rotation of the part, the second composition is fed into the processing zone - suspension polytetrafluoroethylene (ftoroplast), perform the second transition, but at the same time change the tightness of the brush pile or reduce the pressure of the deforming element.

Вторым отличительным признаком является введение комбинированного в двух направлениях дополнительного перемещения инструмента (ролика, быстровращающейся щетки) в продольном и перпендикулярном направлениях, позволяющего обрабатывать сложнорельефные поверхности.The second distinguishing feature is the introduction of a combined in two directions additional movement of the tool (roller, rapidly rotating brush) in the longitudinal and perpendicular directions, allowing you to process complex relief surfaces.

Реализация способаThe implementation of the method

Технологический процесс по предлагаемому способу состоит из двух основных переходов. На первом этапе проводят предварительную подготовку и упрочнение поверхности. В этом случае достигается эффект уменьшения исходной шероховатости и получение ювенильной поверхности, формирование в поверхностном слое благоприятных остаточных напряжений сжатия. Затем в зону обработки подается специальная жидкость (медьсодержащий состав) и образуется “рыхлое” медьсодержащее покрытие. Время образования покрытия 30...40 с. После образования медного покрытия (наблюдается характерный вид медного покрытия - темно-красный цвет) в зону контакта подают суспензию политетрафторэтилена, при этом уменьшают силовую напряженность процесса. В процессе обработки периодически вручную или с использованием специального привода (кулачки) изменяется величина натяга ворса щетки от 0,2-4,0 мм. Натяг регулируется изменением эксцентриситета установки для обработки, что приводит к изменению условий деформационного упрочнения.The technological process of the proposed method consists of two main transitions. At the first stage, preliminary preparation and hardening of the surface is carried out. In this case, the effect of reducing the initial roughness and obtaining a juvenile surface, the formation of favorable residual compressive stresses in the surface layer are achieved. Then, a special liquid (copper-containing composition) is fed into the treatment zone and a “loose” copper-containing coating is formed. Coating formation time 30 ... 40 s. After the formation of the copper coating (a characteristic type of copper coating is observed - dark red color) a suspension of polytetrafluoroethylene is fed into the contact zone, while the process stress is reduced. During the processing, periodically manually or using a special drive (cams), the amount of interference between the brush bristles varies from 0.2-4.0 mm. The interference fit is controlled by changing the eccentricity of the processing plant, which leads to a change in the conditions of strain hardening.

Величину и периодичность усилий в зоне контакта оптимизируют в зависимости от механических свойств основного металла. Разделение подачи спецжидкостей (медьсодержащий состав) и суспензии политетрафторэтилена (второй состав) позволяет получить композиционное покрытие с полимерным составом. Ультрадисперсный порошок политетрафторэтилена вкрапливается в поры медного покрытия и тем самым обеспечивается надежность сцепления полимерного покрытия с основой через медную прослойку.The magnitude and frequency of efforts in the contact zone is optimized depending on the mechanical properties of the base metal. Separation of the supply of special liquids (copper-containing composition) and suspension of polytetrafluoroethylene (second composition) allows to obtain a composite coating with a polymer composition. The ultrafine polytetrafluoroethylene powder is embedded in the pores of the copper coating and thereby ensures the adhesion of the polymer coating to the substrate through the copper layer.

Образование слоя покрытия происходит в процессе химического взаимодействия компонентов спецжидкости с поверхностью изделия при постоянном воздействии деформирующего элемента, который позволяет равномерно распределять ультрадисперсные металлические порошки политетрафторэтилена в слое покрытия на обрабатываемой поверхности. Варьируя составом спецжидкости и силовыми параметрами процесса обработки, можно в определенной степени получать требуемые характеристики качества поверхности.The formation of the coating layer occurs during the chemical interaction of the components of the special fluid with the surface of the product with constant exposure to a deforming element, which allows you to evenly distribute ultrafine metal powders of polytetrafluoroethylene in the coating layer on the treated surface. By varying the composition of the special fluid and the power parameters of the processing process, it is possible to a certain extent to obtain the required surface quality characteristics.

Технологические параметры процесса упрочняющей обработки оптимизированы при использовании ворса щетки диаметром 0,25-0,3 мм и плотности набивки щетки 0,16-0,18, длине ворса 80-50 мм, натяг ворса щетки варьируется в пределах 0,2-3,0 мм. Скорость обработки - 15-20 м/с, периодичность изменения натяга 1,5-2,0 1/с, общее время обработки единицы поверхности в зависимости от ширины щетки 45-50 с.The technological parameters of the hardening treatment process are optimized when using a brush pile with a diameter of 0.25-0.3 mm and a brush packing density of 0.16-0.18, a pile length of 80-50 mm, a brush interference fit varies between 0.2-3, 0 mm The processing speed is 15-20 m / s, the frequency of interference change is 1.5-2.0 1 / s, the total processing time of a surface unit depending on the brush width is 45-50 s.

Технический результат подтвержден результатами испытаний - снижением величины коэффициента трения (повышением антифрикционных свойств поверхностей), значительным улучшением противозадирных характеристик.The technical result is confirmed by the test results - a decrease in the coefficient of friction (increase in antifriction properties of surfaces), a significant improvement in extreme pressure characteristics.

Составы различных видов композиционных покрытий представлены в таблицах 1 и 2.The compositions of various types of composite coatings are presented in tables 1 and 2.

Результаты сравнительных триботехнических свойств, проводимых на торцевом трибометре ТТ-1 при скорости скольжения V=7,8 м/мин, давлении в зоне контакта g=7,5 MПa, представлены в таблице 2.The results of comparative tribological properties carried out on a TT-1 end tribometer with a sliding speed of V = 7.8 m / min and pressure in the contact zone g = 7.5 MPa are presented in Table 2.

Предлагаемый состав жидкости (медьсодержащий состав) готовится поочередным смешиванием хлорида меди с водой, затем добавляют ацетамид, мочевину и нагретый до 60-70°С глицерин. Состав суспензии готовится смешиванием порошка политетрафторэтилена в этиловом спирте. Полученные составы диспергируются на ультразвуковом диспергаторе.The proposed liquid composition (copper-containing composition) is prepared by alternately mixing copper chloride with water, then acetamide, urea and glycerin heated to 60-70 ° C are added. The composition of the suspension is prepared by mixing polytetrafluoroethylene powder in ethanol. The resulting compositions are dispersed on an ultrasonic disperser.

Экономическая эффективность предложенного состава подтверждается низкой стоимостью компонентов и простотой технологии нанесения композиционных покрытий. Результаты испытаний приведены в таблице 3.The economic efficiency of the proposed composition is confirmed by the low cost of the components and the simplicity of the technology for applying composite coatings. The test results are shown in table 3.

Результаты испытаний показали, что предложенный состав имеет лучшие триботехнические характеристики по сравнению с прототипом.The test results showed that the proposed composition has the best tribotechnical characteristics compared to the prototype.

Для обработки, например, внутренних поверхностей предложена следующая схема обработки с использованием щетки (см.фиг.1 и 2).For processing, for example, internal surfaces, the following processing scheme using a brush is proposed (see Figs. 1 and 2).

Обрабатываемую деталь 1, например гильзу, устанавливают и закрепляют в патроне токарного станка. Управляющий инструмент 2 (быстровращающаяся металлическая щетка с самостоятельным приводом 3) с использованием державки устанавливают в резцедержатель станка 4.The workpiece 1, for example a sleeve, is mounted and fixed in a chuck of a lathe. The control tool 2 (fast-rotating metal brush with independent drive 3) using a holder is installed in the tool holder of the machine 4.

После предварительной подготовительной обработки поверхности в рабочую зону подают через патрубок 5 медьсодержащий состав после образования медного покрытия (примерно 30 с) без остановки процесса. Вводят второй состав - суспензию политетрафторэтилена, при этом изменяют усилия деформирования. Для периодического изменения натяга ворса щетки используют кулачок 6.After preliminary preparatory surface treatment, a copper-containing composition is fed through the pipe 5 after the formation of a copper coating (about 30 s) without stopping the process through the pipe 5. A second composition is introduced - a suspension of polytetrafluoroethylene, while changing the strain. To periodically change the interference fit of the brush pile use a cam 6.

Применение предлагаемого способа позволит повысить долговечность и надежность работы деталей пар трения в условиях граничной смазки, повышенных нагрузок и температур за счет экранирующего действия покрытия и упрочняющей обработки.The application of the proposed method will improve the durability and reliability of the friction pair parts under conditions of boundary lubrication, increased loads and temperatures due to the shielding effect of the coating and hardening treatment.

Claims

The method of hardening the surfaces of parts with the simultaneous application of composite coatings, including plastic deformation of the surface by moving the tool, feeding into the treatment zone a liquid containing copper chloride dissolved in glycerin, highly dispersed powders of copper and nickel, acetamide, urea, water, characterized in that the tool is moved to longitudinal and perpendicular directions, and the surface treatment of parts is carried out in two stages, while at the first stage in the processing zone serves liquid, additionally containing General molybdenum disulfide, of the following composition, wt.%:

Copper Chloride 6-8

Acetamide 5-8

Urea 0.6-0.9

Water 10

Fine copper powder 0.5-0.6

Fine Nickel Powder 0.5-0.6

Molybdenum disulfide 2-2.5

Glycerin Else

and at the second stage, the deformation force is changed and a suspension of ethyl alcohol-based suspension containing ultrafine polytetrafluoroethylene powder of the following composition, wt.%:

Ultrafine powder

Polytetrafluoroethylene 2-3

Ethyl alcohol Else

while the tool is additionally informed of the movement in the longitudinal and perpendicular directions with a change in the deformation force.