RU2241783C1 - Method for applying antifriction coatings - Google Patents
Method for applying antifriction coatingsInfo
- Publication number
- RU2241783C1 RU2241783C1 RU2003127414/02A RU2003127414A RU2241783C1 RU 2241783 C1 RU2241783 C1 RU 2241783C1 RU 2003127414/02 A RU2003127414/02 A RU 2003127414/02A RU 2003127414 A RU2003127414 A RU 2003127414A RU 2241783 C1 RU2241783 C1 RU 2241783C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- polarization
- hardening
- electrolyte
- current density
- Prior art date
Links
Landscapes
- Pistons, Piston Rings, And Cylinders (AREA)
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
- Electroplating And Plating Baths Therefor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения антифрикционных покрытий и упрочнения деталей цилиндропоршневой группы двигателей внутреннего сгорания, например поршневых колец, а также может быть использовано для нанесения покрытий на изделия, работающие в условиях трения.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to methods for producing anti-friction coatings and hardening of parts of a cylinder-piston group of internal combustion engines, for example piston rings, and can also be used for coating products operating in friction conditions.
Известен способ газотермического нанесения многослойных антифрикционных покрытий на основе железа, который включает нанесение адгезионного слоя толщиной 50-100 мкм, нанесение основного слоя толщиной 200-600 мкм и напыление приработочного слоя толщиной 150-250 мкм с различной пористостью основного и приработочного слоев [А.с. СССР №1696570, МКИ5 С 23 С 4/12, опубл. 1991].A known method of thermal spraying multilayer anti-friction coatings based on iron, which includes applying an adhesive layer with a thickness of 50-100 microns, applying a base layer with a thickness of 200-600 microns and spraying a running-in layer with a thickness of 150-250 microns with different porosity of the main and running-in layers [A.s . USSR No. 1696570, MKI 5 C 23 C 4/12, publ. 1991].
Указанный способ характеризуется сложностью (в том числе сложностью подготовительных операций перед нанесением слоев) и нестабильностью технологии, необходимостью контроля пористости отдельных слоев, что можно сделать лишь разрушающим методом, а также потребностью в завершающей механической обработке (шлифовании) после нанесения покрытия.The specified method is characterized by complexity (including the complexity of preparatory operations before applying the layers) and the instability of the technology, the need to control the porosity of individual layers, which can only be done by the destructive method, as well as the need for final machining (grinding) after coating.
Наиболее близким по технической сущности, выбранным в качестве прототипа является способ обработки стальных деталей [Патент РФ №2061089, МКИ6 С 23 С 8/42, опубл. 1996], при котором проводят анодную поляризацию упрочняемых деталей в солевом расплаве плотностью тока 0,1-25 А/дм2 при температуре 830-1190 К с использованием стального вспомогательного электрода.The closest in technical essence, selected as a prototype is a method of processing steel parts [RF Patent No. 2061089, MKI 6 C 23 C 8/42, publ. 1996], in which anodic polarization of the hardened parts is carried out in a salt melt with a current density of 0.1-25 A / dm 2 at a temperature of 830-1190 K using a steel auxiliary electrode.
Известными причинами, препятствующими получению технического результата, который обеспечивает предлагаемое изобретение, являются повышенные твердость и шероховатость известного покрытия, что приводит к увеличению периода приработки и повышенному износу в период эксплуатации.Known reasons that impede the achievement of the technical result that the invention provides are increased hardness and roughness of the known coating, which leads to an increase in the running-in period and increased wear during operation.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение работоспособности деталей, в частности поршневых колец.The problem to which the invention is directed is to increase the efficiency of parts, in particular piston rings.
При осуществлении изобретения поставленная задача решается за счет достижения технического результата, который заключается в сокращении периода приработки и уменьшении износа покрытия в условиях ограниченной смазки.In the implementation of the invention, the task is solved by achieving a technical result, which consists in reducing the running-in period and reducing the wear of the coating in conditions of limited lubrication.
Указанный технический результат достигается за счет упрочнения поверхностного слоя детали и нанесения поверх него приработочного слоя по следующей технологии: 1) нагрев детали в защитном солевом электролите, анодная поляризация ее током 0,1-25,0 А/дм2 в течение 1,5-2,0 ч при температуре закалки, выбираемой в соответствии с известными режимами термообработки по справочникам; 2) закалка детали в воде или масле в соответствии с принятыми режимами; 3) кипячение детали в воде в течение 20-60 мин с целью удаления пленки солевого электролита; 4) нанесение приработочного слоя электролитическим способом в этилендиаминовом электролите путем катодной поляризации детали плотностью тока 0,95-1,1 А/дм2 при температуре 22-40°С с медьсодержащим вспомогательным электродом до получения слоя меди толщиной 30-60 мкм.The specified technical result is achieved by hardening the surface layer of the part and applying a running-in layer over it according to the following technology: 1) heating the part in a protective salt electrolyte, its anodic polarization with a current of 0.1-25.0 A / dm 2 for 1.5- 2.0 hours at a quenching temperature selected in accordance with well-known heat treatment modes in the reference books; 2) quenching of the part in water or oil in accordance with accepted modes; 3) boiling the part in water for 20-60 minutes in order to remove the film of salt electrolyte; 4) applying the running-in layer by electrolysis in an ethylene diamine electrolyte by cathodic polarization of a component with a current density of 0.95-1.1 A / dm 2 at a temperature of 22-40 ° C with a copper-containing auxiliary electrode to obtain a copper layer 30-60 microns thick.
Между заявленным техническим результатом и существенными признаками изобретения существует следующая причинно-следственная связь: в процессе анодной поляризации детали в солевом расплаве при температуре закалки легирующие компоненты и углерод, входящие в состав стали, диффундируют в поверхностный слой, что после закалки по известным режимам приводит к повышению микротвердости поверхности детали и увеличению ее износостойкости; прирабатываемость детали улучшается за счет нанесения на ее поверхность сервовитной медной пленки толщиной 30-60 мкм, обладающей термодинамически неустойчивой структурой, склонной к модификации в период приработки. Перед катодной поляризацией упрочненной детали необходимо удалить остатки солевого электролита кипячением в воде в течение 20-60 минут в зависимости от формы и шероховатости детали.There is the following causal relationship between the claimed technical result and the essential features of the invention: in the process of anodic polarization of the part in the salt melt at the quenching temperature, the alloying components and carbon that are part of the steel diffuse into the surface layer, which after quenching by known modes leads to microhardness of the surface of the part and increase its wear resistance; the part’s working life is improved by applying a servo-like copper film 30-60 μm thick on its surface, which has a thermodynamically unstable structure, prone to modification during the running-in period. Before the cathodic polarization of the hardened part, it is necessary to remove the remaining salt electrolyte by boiling in water for 20-60 minutes, depending on the shape and roughness of the part.
Остатки солевого электролита с гладких деталей простой формы, подобных поршневым кольцам, удаляются при кипячении 20 мин в воде. При меньшей продолжительности на поверхности изделий могут сохраниться "размягченные" остатки электролита. В случае более сложной формы поверхности (например, при наличии канавок или ступенчатых переходов от одного диаметра к другому) и большей шероховатости продолжительность кипячения приходится увеличивать до 60 мин, чтобы полностью растворить оставшийся электролит.Residual salt electrolyte from smooth, simple-shaped parts like piston rings is removed by boiling for 20 minutes in water. At shorter durations, “softened” electrolyte residues may remain on the surface of the products. In the case of a more complex surface shape (for example, in the presence of grooves or stepped transitions from one diameter to another) and a greater roughness, the boiling time must be increased to 60 minutes to completely dissolve the remaining electrolyte.
Нанесение медного приработочного слоя на поверхность изделия, работающего в условиях трения со смазкой, известно. В предлагаемом изобретении выбраны особые условия электролиза меди, позволяющие получить в процессе электрокристаллизации термодинамически неустойчивую структуру, склонную к интенсивной модификации в период приработки. Выступающие микронеровности нанесенного покрытия в начальные моменты эксплуатации легко деформируются, площадь опорных поверхностей трения увеличивается и силовое воздействие в местах контакта уменьшается, а качество прирабатываемых поверхностей улучшается. При "тяжелых" режимах трения медная пленка может служить твердым смазочным материалом благодаря своей особой структуре, сформированной в процессе электрокристаллизации с плотностью тока 0,95-1,1 А/дм2 и температуре 22-40°С в известном этилендиаминовом электролите.The application of a running-in copper layer on the surface of a product operating under friction with lubrication is known. In the present invention, special conditions for the electrolysis of copper are selected, which make it possible to obtain a thermodynamically unstable structure during electrocrystallization that is prone to intensive modification during the running-in period. The protruding microroughnesses of the applied coating at the initial moments of operation are easily deformed, the area of the friction supporting surfaces increases and the force effect at the contact points decreases, and the quality of the worked-in surfaces improves. Under "severe" friction conditions, a copper film can serve as a solid lubricant due to its special structure formed during electrocrystallization with a current density of 0.95-1.1 A / dm 2 and a temperature of 22-40 ° C in the known ethylene diamine electrolyte.
Температура 22-40°С является оптимальной для электролиза меди в этилендиаминовом электролите: понижение температуры менее 22°С требует дополнительных затрат и усложняет технологию, повышение температуры более 40°С ухудшает качество медного покрытия.A temperature of 22-40 ° C is optimal for the electrolysis of copper in ethylene diamine electrolyte: lowering the temperature below 22 ° C requires additional costs and complicates the technology, increasing the temperature above 40 ° C affects the quality of the copper coating.
Электрокристаллизация покрытий на плотностях тока менее 0,95 А/дм2 приводит к получению медного слоя со столбчатой структурой, которая практически не претерпевает желаемых изменений при "мягких" режимах трения. С другой стороны, использование плотности катодного тока больше 1,1 А/дм2 приводит к получению порошкообразных покрытий, ограниченно пригодных к использованию в качестве компактных слоев.Electrocrystallization of coatings at current densities of less than 0.95 A / dm 2 results in a copper layer with a columnar structure, which practically does not undergo the desired changes under “soft” friction conditions. On the other hand, the use of a cathode current density of greater than 1.1 A / dm 2 leads to the production of powder coatings that are limitedly suitable for use as compact layers.
Толщина приработочного слоя менее 30 мкм не обеспечивает исправления геометрических погрешностей внутренней поверхности гильзы цилиндра, что приводит к потере работоспособности двигателя в целом. Увеличение толщины медного слоя выше 60 мкм вызывает необоснованные материальные и временные затраты, не улучшающие работоспособность двигателя.The running-in layer thickness of less than 30 microns does not provide correction of geometric errors in the inner surface of the cylinder liner, which leads to a loss of engine performance as a whole. An increase in the thickness of the copper layer above 60 μm causes unreasonable material and time costs that do not improve engine performance.
Возможность осуществления предлагаемого способа нанесения антифрикционных покрытий подтверждают следующие примеры с образцами материалов, применяемых для изготовления поршневых колец. К образцам размером 40× 10× 10 мм крепили токоподводы из стали 20. При анодной поляризации в качестве вспомогательного электрода использовали прутки стали 20, нагрев осуществляли в печи сопротивления мощностью 10 кВт и рабочим объемом 3 дм3.The possibility of implementing the proposed method for applying anti-friction coatings is confirmed by the following examples with samples of materials used for the manufacture of piston rings. Current leads made of steel 20 were attached to samples of size 40 × 10 × 10 mm. At anodic polarization, steel 20 rods were used as an auxiliary electrode, heating was carried out in a resistance furnace with a power of 10 kW and a working volume of 3 dm 3 .
Пример 1. После нагрева тигля с расплавом буры, содержащей 0,5 мас.% оксида железа (II), до 880°С в расплав погружали образец стали 20Х и вспомогательный электрод. Образец подключали к положительному полюсу источника постоянного тока УИТ-1, а вспомогательный электрод - к отрицательному. В течение 2 часов пропускали ток плотностью 14,3 А/дм2, после чего образец закаливали в масле. Затем образец 20 мин кипятили в воде, перемещали его в этилендиаминовый электролит и катодно поляризовали током плотностью 1,1 А/дм2 при температуре 40°С, используя в качестве анода чистую медь. Состав электролита: СuSO4· 5Н2О - 110-125 г/л, этилендиамин (70%-ный) - 60-70 г/л, Na2SO4· 10H2О - 50-60 г/л, (NH4)2SО4 - 50-60 г/л, рН 6,8-8,4.Example 1. After heating a crucible with a borax melt containing 0.5 wt.% Iron (II) oxide to 880 ° C, a 20X steel sample and an auxiliary electrode were immersed in the melt. The sample was connected to the positive pole of the UIT-1 direct current source, and the auxiliary electrode to the negative. A current of 14.3 A / dm 2 was passed for 2 hours, after which the sample was quenched in oil. Then, the sample was boiled in water for 20 min, transferred to an ethylene diamine electrolyte, and cathodically polarized with a current density of 1.1 A / dm 2 at a temperature of 40 ° C, using pure copper as the anode. The electrolyte composition: СuSO 4 · 5Н 2 О - 110-125 g / l, ethylenediamine (70%) - 60-70 g / l, Na 2 SO 4 · 10H 2 О - 50-60 g / l, (NH 4 ) 2 SO 4 - 50-60 g / l, pH 6.8-8.4.
Пример 2. Способ осуществляли аналогично примеру 1, однако использовали образец из стали 50ХФА, а анодную поляризацию проводили 1,5 ч при 850°С током плотностью 25,0 А/дм2. Кипячение упрочненного образца проводили 30 мин. Катодную поляризацию выполнили током плотностью 0,95 А/дм2 при 22°С, используя бронзовый пруток БрОФ 6,5-0,4 в качестве анода.Example 2. The method was carried out analogously to example 1, however, a sample of steel 50KhFA was used, and the anodic polarization was carried out for 1.5 hours at 850 ° C with a current density of 25.0 A / dm 2 . The hardened sample was boiled for 30 min. The cathodic polarization was performed with a current density of 0.95 A / dm 2 at 22 ° C using a BrOF 6.5–0.4 bronze bar as the anode.
Пример 3. Способ осуществляли аналогично примеру 1, однако использовали образец из чугуна ВЧХНМД, анодную поляризацию проводили 1,9 ч при 870°С током плотностью 0,1 А/дм2. Кипячение упрочненного образца проводили 60 мин. Катодную поляризацию выполнили током плотностью 1,05 А/дм2 при 29°С.Example 3. The method was carried out analogously to example 1, however, a sample of cast iron VChKhNMD was used, anodic polarization was carried out for 1.9 hours at 870 ° C with a current density of 0.1 A / dm 2 . The hardened sample was boiled for 60 min. Cathodic polarization was performed with a current density of 1.05 A / dm 2 at 29 ° C.
Пример 4. Способ осуществляли аналогично примеру 1, однако анодную поляризацию проводили 2,5 ч током плотностью 0,05 А/дм2. Кипячение упрочненного образца проводили 70 мин. Катодную поляризацию выполнили током плотностью 0,75 А/дм2 при 20°С.Example 4. The method was carried out analogously to example 1, however, the anodic polarization was carried out 2.5 hours with a current density of 0.05 A / DM 2 . The hardened sample was boiled for 70 min. Cathodic polarization was performed with a current density of 0.75 A / dm 2 at 20 ° C.
Пример 5. Способ осуществляли аналогично примеру 1, однако анодную поляризацию проводили 1,0 ч при 830°С током плотностью 27,2 А/дм2. Кипячение упрочненного образца проводили 10 мин. Катодную поляризацию выполнили током плотностью 1,25 А/дм2 при 52°С. На поверхности образца наблюдали остатки солевого электролита.Example 5. The method was carried out analogously to example 1, however, the anodic polarization was carried out for 1.0 h at 830 ° C with a current density of 27.2 A / dm 2 . The hardened sample was boiled for 10 min. Cathodic polarization was performed with a current density of 1.25 A / dm 2 at 52 ° C. Salt electrolyte residues were observed on the surface of the sample.
Пример 6. Для сравнения упрочнили образец стали 20Х в соответствии с прототипом без нанесения приработочного слоя. Анодную поляризацию и закалку проводили аналогично примеру 1.Example 6. For comparison, strengthened a sample of steel 20X in accordance with the prototype without applying a running-in layer. Anodic polarization and hardening was carried out analogously to example 1.
Износ образцов с покрытием определили на машине трения СМТ-2 по схеме "диск-пластина" без смазки по убыли массы. Период приработки оценивали по времени стабилизации величины износа. Приведенные в таблице результаты показывают преимущества предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом: период приработки снижается на 33-42%, а величина износа в период эксплуатации - на 23-38%. В то же время осуществление способа нанесения антифрикционных покрытий с параметрами, выходящими за рамки заявляемых, не обеспечивает требуемого технического результата: хотя период приработки сокращается по сравнению с прототипом, интенсивность износа заметно возрастает.The wear of the coated samples was determined on an SMT-2 friction machine according to the “disk-plate” scheme without lubrication by weight loss. The running-in period was estimated by the stabilization time of the wear value. The results shown in the table show the advantages of the invention in comparison with the prototype: the running-in period is reduced by 33-42%, and the amount of wear during operation is 23-38%. At the same time, the implementation of the method of applying antifriction coatings with parameters beyond the scope of the claimed does not provide the required technical result: although the running-in period is reduced compared to the prototype, the wear rate increases markedly.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003127414/02A RU2241783C1 (en) | 2003-09-09 | 2003-09-09 | Method for applying antifriction coatings |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2003127414/02A RU2241783C1 (en) | 2003-09-09 | 2003-09-09 | Method for applying antifriction coatings |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2241783C1 true RU2241783C1 (en) | 2004-12-10 |
Family
ID=34388551
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2003127414/02A RU2241783C1 (en) | 2003-09-09 | 2003-09-09 | Method for applying antifriction coatings |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2241783C1 (en) |
-
2003
- 2003-09-09 RU RU2003127414/02A patent/RU2241783C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6139656A (en) | Electrochemical hardness modification of non-allotropic metal surfaces | |
CN101484322A (en) | Manufacturing process to produce litho sheet | |
JPH0570718B2 (en) | ||
CN109338362B (en) | Method for preparing wear-resistant ceramic layer on surface of high-phosphorus cast iron | |
IL205582A (en) | Method for boriding of coatings using high speed electrolytic process | |
RU2390587C2 (en) | Procedure for strengthening seats of valves of internal combustion engines out of aluminium alloy | |
RU2241783C1 (en) | Method for applying antifriction coatings | |
CN110777413B (en) | Method for laser remelting of surface of plasma cathode electrolytic deposition ceramic coating | |
CN1255579C (en) | Method for in situ growing high-hardness wear resistant ceramic coating layer on titanium alloy surface | |
CN113174553A (en) | Method for improving corrosion resistance of magnesium alloy by combining electron beam remelting and micro-arc oxidation | |
RU2168039C2 (en) | Reduced heat removal internal combustion engine and method of its manufacture | |
CA1036976A (en) | Anodically dissolving group v-a element into molten borate bath | |
CN110629170A (en) | Method for improving wear resistance of high-pressure hydraulic pump part | |
CN107345309B (en) | A kind of silumin plasma electrolytic oxidation ceramic coating preparation method | |
CN112760689B (en) | Micro-arc oxidation layer on surface of aluminum alloy piston and preparation method thereof | |
CN102560485B (en) | Method for preparing hard protective film on magnesium alloy surface | |
CN112359385B (en) | Medium carbon steel surface carbonitriding modified layer and preparation method thereof | |
CN1262345A (en) | Plasma intensified electrochemical surface-porcelainizing process and its products | |
RU2736943C1 (en) | Coating method for articles from valve metal or its alloy | |
RU2427457C1 (en) | Method of reconditioning parts from aluminium and its alloys | |
JP2001192891A (en) | Aluminum alloy parts and producing method therefor | |
NZ227949A (en) | Preparation of chromium-based coatings by electrodeposition from a solution containing a suspension of collodial cluster diamond particles | |
STOIAN et al. | RESEARCH ON CHROME PLATING OF STEEL BARS | |
RU2786244C1 (en) | Method for ion nitriding of parts from alloyed steel | |
RU82613U1 (en) | PROTECTED COATING TOOL |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120910 |