RU2281983C2 - Thermal spraying on machine parts - Google Patents
Thermal spraying on machine parts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2281983C2 RU2281983C2 RU2004128948/02A RU2004128948A RU2281983C2 RU 2281983 C2 RU2281983 C2 RU 2281983C2 RU 2004128948/02 A RU2004128948/02 A RU 2004128948/02A RU 2004128948 A RU2004128948 A RU 2004128948A RU 2281983 C2 RU2281983 C2 RU 2281983C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- machine
- heat treatment
- coating material
- thermal spraying
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к детали машины, предпочтительно к детали двигателя, покрытой материалом покрытия способом термического напыления и подвергнутой термообработке для материала покрытия при повышенной температуре. Изобретение также относится к способу нанесения покрытия на детали машин.The present invention relates to a machine part, preferably to an engine part, coated with a coating material by thermal spraying and heat-treated for a coating material at elevated temperature. The invention also relates to a method for coating machine parts.
Уровень техникиState of the art
Детали машин должны соответствовать определенным требованиям, в частности требованиям по прочности, коррозионной стойкости, износостойкости, пластичности и ударной вязкости.Machine parts must meet certain requirements, in particular the requirements for strength, corrosion resistance, wear resistance, ductility and impact strength.
В настоящее время детали машин, как правило, изготавливают из чугунной заготовки, которая по существу соответствует требованиям, предъявляемым к материалу в отношении прочности и упругой вязкости, но при нагреве свыше определенных пределов возникают проблемы износа. Многие детали машин подвергаются износу, вызываемому внутренним трением между, например, скользящими поверхностями в системе двигателя. В частности, в крупных судовых дизельных двигателях силы трения могут иметь большую величину. Помимо трения, горячая среда может снижать прочность материала, что приводит к значительному износу детали из чугуна, не имеющего стойкости против задиров при высокой температуре. Поэтому чугунные детали двигателя часто обеспечивают износостойким слоем или приработочным слоем на поверхностях, которые подвержены износу в наибольшей степени.At present, machine parts are usually made from a cast iron billet, which essentially meets the requirements for the material with regard to strength and elastic viscosity, but when heated above certain limits, wear problems arise. Many machine parts are subject to wear caused by internal friction between, for example, sliding surfaces in the engine system. In particular, in large marine diesel engines, friction forces can be large. In addition to friction, a hot medium can reduce the strength of the material, which leads to significant wear of parts made of cast iron, which does not have resistance to scoring at high temperatures. Therefore, cast iron engine parts often provide a wear-resistant layer or running-in layer on surfaces that are most susceptible to wear.
Но при этом возникают трудности обеспечения достаточно прочной связи между материалом заготовки и материалом слоя износа, что создает проблемы в связи с риском того, что материал слоя износа будет сорван с материала заготовки. Если это происходит, то материал поверхности заготовки подвергается износу в области контакта с прилегающими деталями, и в результате этого значительно сокращается срок службы такой детали.But at the same time, difficulties arise in ensuring a sufficiently strong bond between the workpiece material and the wear layer material, which creates problems due to the risk that the wear layer material will be torn from the workpiece material. If this happens, the surface material of the workpiece is subject to wear in the area of contact with adjacent parts, and as a result, the service life of such a part is significantly reduced.
Еще одна трудность заключается в том, что покрытие постепенно изнашивается, даже если связь между поверхностями сравнительно прочная. Износ на детали машины происходит медленно, если слой износа остается целым, но очень быстро, если тот изношен. Поэтому трудно определить когда именно, если это возможно, нужно заменить данную деталь машины.Another difficulty is that the coating gradually wears out, even if the bond between the surfaces is relatively strong. Wear on machine parts occurs slowly if the wear layer remains intact, but very quickly if it is worn. Therefore, it is difficult to determine exactly when, if possible, it is necessary to replace this part of the machine.
Термическое напыление целесообразно используется для нанесения покрытия, например, на чугунные заготовки. Обычно проблема, связанная с использованием термического напыления для нанесения покрытия, заключается в том, что полученное покрытие содержит некоторую долю непрочно зафиксированных частиц. Эти непрочно зафиксированные частицы повышают риск возникновения "истирания трех тел" между скользящими поверхностями двух деталей машины. Это истирание трех тел нередко обусловливает упоминаемый постепенный износ.Thermal spraying is expediently used for coating, for example, cast iron workpieces. Typically, the problem associated with the use of thermal spraying for coating is that the resulting coating contains some fraction of loose particles. These loose particles increase the risk of “three-body abrasion” between the sliding surfaces of two machine parts. This abrasion of three bodies often causes the mentioned gradual wear and tear.
В процессе некоторые зоны детали, в частности детали двигателя, подвергаются воздействию высоких температур, значительной разнице температур и воздействию сильно агрессивной среды. Чтобы выдерживать влияние этих вызывающих напряжение факторов, покрытия деталей поэтому также должны иметь значительную пластичность и термостойкость помимо упоминаемой выше износостойкости. Здесь под термином "пластичность" имеется в виду максимально возможная, до того как материал начнет растрескиваться, деформация материала. Не только в процессе работы, но и во время изготовления резкое повышение температуры и перепады температуры могут обусловить аналогичные последствия для деталей, подвергаемых термообработке согласно более подробному приводимому ниже изложению.In the process, some areas of the part, in particular engine parts, are exposed to high temperatures, significant temperature differences and the effects of a highly aggressive environment. In order to withstand the effects of these stress-causing factors, coating parts must therefore also have significant ductility and heat resistance in addition to the wear resistance mentioned above. Here, the term "plasticity" means the maximum possible, before the material begins to crack, deformation of the material. Not only during operation, but also during manufacture, a sharp increase in temperature and temperature changes can cause similar consequences for parts subjected to heat treatment according to the more detailed description below.
Известны различные способы последующей термической обработки, или спекания, покрытия, выполняемые для обеспечения прочной связи между покрытием и основой. В патенте США 5268045 описан пример известного уровня техники, согласно которому деталь, на которую наносится покрытие, очищается электрохимическим способом, посредством термического напыления наносится покрытие из металла или металлов для обеспечения верхнего покрытия и производится последующая термообработка при повышенной температуре, чтобы металл или металлы диффундировали в поверхность детали.Various methods are known for the subsequent heat treatment, or sintering, of the coating, performed to provide a strong bond between the coating and the substrate. U.S. Pat. surface of the part.
При этом покрытие достигает температуры его плавления, и может возникать риск того, что это также отрицательно скажется на основе под покрытием, в результате чего в ней могут возникать напряжения. Помимо этого, при использовании этого способа получается твердое покрытие с пониженной пластичностью.In this case, the coating reaches its melting temperature, and there may be a risk that this will also adversely affect the base under the coating, as a result of which stresses may arise in it. In addition, when using this method, a hard coating with reduced ductility is obtained.
В патенте США 3066042 (Ogden) описан способ нанесения покрытия на тугоплавкое металлическое тело, согласно которому очищают поверхность тела, напыляют расплавленный металл платиновой группы на очищенную поверхность в виде тонкого покрытия и покрытие обрабатывают дробеструйной нагартовкой. Также согласно этому патенту покрытие предпочтительно подвергают пластической деформации во время дробеструйной нагартовки, в результате чего целый слой по существу пластически деформируют, чтобы подготовить слой для диффузии в твердой фазе с помощью последующей термообработки. В зависимости от температуры термообработку выполняют в течение от одного до десяти часов, в результате чего диффузия в твердой фазе слоя устраняет поры, присущие напыленному платиновому слою. Напыление, дробеструйная нагартовка и термообработка продолжаются попеременно до получения покрытия достаточной толщины. Этот способ считается довольно длительным и также предусматривает выполнение некоторого количества операций, комбинирование или ровное выполнение которых может быть трудным. Термообработка покрытия для такого длительного срока может нередко приводить к тому, что на находящуюся под покрытием основу будет оказано неблагоприятное воздействие с возникновением напряжения в основе. Помимо этого, при использовании этого способа получается твердое покрытие с пониженной пластичностью.U.S. Pat. Also according to this patent, the coating is preferably subjected to plastic deformation during shot peening, whereby the whole layer is substantially plastically deformed to prepare a layer for diffusion in the solid phase by subsequent heat treatment. Depending on the temperature, the heat treatment is carried out for one to ten hours, as a result of which the diffusion in the solid phase of the layer eliminates the pores inherent in the sprayed platinum layer. Spraying, shot peening and heat treatment continue alternately until a coating of sufficient thickness is obtained. This method is considered quite lengthy and also involves performing a number of operations, the combination or smooth execution of which can be difficult. Heat treatment of the coating for such a long period can often lead to the fact that the underlying substrate will be adversely affected by the occurrence of stress in the base. In addition, when using this method, a hard coating with reduced ductility is obtained.
Эта проблема возникает особенно при нанесении покрытий на основы и нередко при нанесении покрытий на заготовки криволинейной формы. Если наносимое на заготовку покрытие нагретое, то заготовка тоже будет нагреваться, что приведет к расширению заготовки детали машины. После термообработки, когда деталь остывает, она примет свою первоначальную форму и, следовательно, полученное новое связанное покрытие будет следовать заготовке детали машины. Если покрытие наносится, например, на криволинейную поверхность, то покрытие будет испытывать растягивающее напряжение при остывании, в результате чего могут появиться трещины или отслаивания. Это может стать причиной сокращения срока службы детали машины.This problem arises especially when applying coatings to substrates, and often when applying coatings to curved blanks. If the coating applied to the workpiece is heated, then the workpiece will also heat up, which will lead to the expansion of the workpiece of the machine part. After heat treatment, when the part cools down, it will take its original shape and, therefore, the resulting new bonded coating will follow the workpiece blank of the machine. If the coating is applied, for example, to a curved surface, the coating will experience tensile stress during cooling, as a result of which cracks or peeling may occur. This may cause a reduction in the life of the machine part.
Другие проблемы, относящиеся к известному уровню техники, более подробно изложены ниже. Поэтому существует необходимость в создании способа обеспечения пластичного износостойкого, имеющего прочную связь покрытия на детали машин. Задача изобретения также заключается в создании способа, отвечающего общей потребности промышленности, т.е. эффективное нанесение покрытия на деталь машины, т.е. способа нанесения покрытия с минимальным возникающим при этом напряжением, и также с меньшим риском появления непрочно зафиксированных частиц и трещин в покрытии. В настоящее время не известен какой-либо способ нанесения покрытия на детали машины, который решает указанные проблемы.Other problems related to the prior art are described in more detail below. Therefore, there is a need to create a method of providing ductile wear-resistant, having a strong bond coating on machine parts. The objective of the invention is also to create a method that meets the general needs of industry, i.e. effective coating of the machine part, i.e. a coating method with a minimum stress resulting from this, and also with a lower risk of the appearance of loosely fixed particles and cracks in the coating. Currently, no method is known for coating machine parts that solves these problems.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задача настоящего изобретения заключается в создании способа эффективного нанесения покрытия, в частности для деталей машин, который будет отвечать требованиям, необходимым в отношении износостойкости, ударной вязкости, коррозионной стойкости, термостойкости и пластичности.An object of the present invention is to provide an effective coating method, in particular for machine parts, that will meet the requirements necessary with regard to wear resistance, toughness, corrosion resistance, heat resistance and ductility.
Еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании имеющей покрытие детали машины, которая не будет иметь упомянутых недостатков известного уровня техники. Прочие признаки и преимущества настоящего изобретения станут очевидными из приводимого ниже описания.Another objective of the present invention is to provide a coated machine part, which will not have the mentioned disadvantages of the prior art. Other features and advantages of the present invention will become apparent from the description below.
Настоящее изобретение относится к способу нанесения материала покрытия по меньшей мере на часть поверхности детали машины, включающему следующие этапы: материал покрытия наносят термическим напылением, материал покрытия подвергают термообработке при повышенной температуре и в течение времени, достаточного для по меньшей мере частичной диффузии материала покрытия в находящуюся под ним поверхность, и наносят дополнительный слой материала покрытия, при этом каждый слой материала покрытия подвергают последовательной термообработке, чтобы нанести на поверхность детали множество слоев того же материала покрытия, причем в результате термообработки образуются перешейки в точках контакта между частицами по меньшей мере покрытия, при этом полученное таким образом покрытие детали машины имеет пористость от 1 до 15 об.%.The present invention relates to a method for applying a coating material to at least a part of a surface of a machine part, comprising the following steps: a coating material is heat sprayed, a coating material is heat treated at elevated temperature and for a time sufficient to at least partially diffuse the coating material into beneath it is a surface, and an additional layer of coating material is applied, wherein each layer of coating material is subjected to sequential heat treatment, h Oba apply to the workpiece a plurality of layers of the same coating material, as a result of heat treatment necks are formed at the points of contact between the particles of at least the coating, the coating obtained in this way a machine part has a porosity of from 1 to 15 vol.%.
Поэтому материал покрытия, содержащий созданные перешейки и поры, обладает способностью поглощать деформации и дефекты, обусловленные напряжением, вызванным во время использования. Кроме того, формируется прочная связь между материалом покрытия и поверхностью детали, а также внутренне прочные связи в покрытии. Путем регулирования температуры нагревания, воздействию которой подвергается материал покрытия при нанесении на деталь машины, в материале покрытия создаются перешейки в точках контакта (микрошвы) между частицами в покрытии и поверхностью детали, в результате чего создается прочная связь между частицами.Therefore, the coating material containing the created isthmuses and pores has the ability to absorb strains and defects caused by stress caused during use. In addition, a strong bond is formed between the coating material and the surface of the part, as well as internally strong bonds in the coating. By controlling the heating temperature to which the coating material is exposed when applied to a machine part, isthmuses are created in the coating material at the contact points (microstitches) between the particles in the coating and the surface of the part, resulting in a strong bond between the particles.
Время, в течение которого материал подвергают термообработке, зависит от методики напыления. Но известные технологии напыления и быстрота их выполнения хорошо известны специалистам, и поэтому время и объем последующей термообработки легко регулируются специалистом относительно применяемой скорости и используемого материала покрытия в соответствии с техническими решениями данного изобретения. В зависимости от материала покрытия и детали машины перешейки в точках контакта создаются при воздействии на материал температурой нагревания, которая ниже температуры плавления материала покрытия или имеет значения, близкие к этой температуре. Материал покрытия для деталей машины обычно представляет собой материал-основу и усиливающий материал. Обычно, но не исключительно, материал покрытия, наносимый на деталь машины, имеет температуру в пределах 60-80% значения температуры плавления усиливающего материала покрытия. Материал-основа будет соответственно подвергаться воздействию тепла при температуре, близкой к температуре его плавления, в течение коротких периодов, в результате чего будут образовываться перешейки в материале. Способ согласно настоящему изобретению обеспечивает покрытие, имеющее открытые поры между частицами покрытия. Также в соответствии со способом настоящего изобретения обеспечивается снижение количества непрочно зафиксированных частиц в покрытии детали машины.The time during which the material is subjected to heat treatment depends on the spraying technique. But the known spraying technologies and the speed of their implementation are well known to specialists, and therefore, the time and volume of the subsequent heat treatment are easily adjusted by a specialist with respect to the applied speed and used coating material in accordance with the technical solutions of the present invention. Depending on the coating material and the machine part, isthmuses at the contact points are created when the material is exposed to a heating temperature that is lower than the melting temperature of the coating material or has values close to this temperature. The coating material for machine parts is usually a base material and a reinforcing material. Usually, but not exclusively, the coating material applied to the machine part has a temperature within 60-80% of the melting temperature of the reinforcing coating material. The base material will accordingly be exposed to heat at a temperature close to its melting point for short periods, as a result of which isthmuses will form in the material. The method according to the present invention provides a coating having open pores between the particles of the coating. Also, in accordance with the method of the present invention, the number of loosely fixed particles in the coating of a machine part is reduced.
Устройство термического напыления и устройство термообработки предпочтительно соединены и перемещаются относительно детали машины, при этом нанося материал покрытия и осуществляя термообработку указанной детали.The thermal spraying device and the heat treatment device are preferably connected and move relative to the machine part, while applying the coating material and performing heat treatment of the specified part.
Регулируя перемещение, можно регулировать нужный срок воздействия теплом.By adjusting the movement, you can adjust the desired exposure time to heat.
Для обеспечения нужной термообработки при повышенной температуре детали машины предпочтительно используется индукционный нагрев. Термообработка индукционным нагревом считается эффективной и рентабельной, но можно использовать также и другие альтернативы, известные специалистам в данной области техники. Одной из таких альтернатив является лазер.Induction heating is preferably used to provide the desired heat treatment at elevated temperatures on the machine part. Induction heat treatment is considered efficient and cost-effective, but other alternatives known to those skilled in the art can also be used. One such alternative is the laser.
Еще одно преимущество способа согласно настоящему изобретению заключается в том, что получаемая с его помощью деталь машины имеет равномерно распределенную пористость. Получаемое покрытие детали предпочтительно имеет пористость от 1 до 15 об.%. Материал покрытия с этими порами поэтому обладает возможностью поглощения деформаций и дефектов, создаваемых напряжением во время его использования.Another advantage of the method according to the present invention is that the machine part obtained with its help has uniformly distributed porosity. The resulting coating of the part preferably has a porosity of from 1 to 15 vol.%. The coating material with these pores therefore has the ability to absorb strains and defects created by stress during its use.
Открытые поры можно также использовать как буфер для смазочных веществ в целях обеспечения смазки на детали машины во время использования, а также для снижения трения и износа. Но в закрытые поры смазочный материал не может легко попасть извне, и поэтому его можно использовать для деталей в меньших количествах, если это желательно.Open pores can also be used as a buffer for lubricants to provide lubrication to machine parts during use, as well as to reduce friction and wear. But the lubricant cannot easily enter the closed pores from the outside, and therefore it can be used for parts in smaller quantities, if desired.
Каждый из слоев материала покрытия обычно имеет толщину от 0,005 до 0,40 мм. Толщина одного слоя, выполняемого согласно способу данного изобретения, предпочтительно составляет 0,01 мм. Толщина одного слоя покрытия согласно способу данного изобретения обычно составляет от 0,005 до 0,10 мм с тем, чтобы образовались нужные перешейки в точках контакта между частицами слоя покрытия во время термообработки.Each of the layers of the coating material typically has a thickness of from 0.005 to 0.40 mm. The thickness of one layer performed according to the method of the present invention is preferably 0.01 mm. The thickness of one coating layer according to the method of the present invention is usually from 0.005 to 0.10 mm so that the desired isthmuses are formed at the points of contact between the particles of the coating layer during heat treatment.
В предпочтительном варианте способа согласно настоящему изобретению для создания материала покрытия в способе термического напыления используется материал порошкообразного типа. Либо для создания покрытия в способе термического напыления используется материал в виде проволоки для обеспечения эффективного и регулируемого эффективного способа.In a preferred embodiment of the method according to the present invention, a powder type material is used to create the coating material in the thermal spraying method. Or, to create a coating in a thermal spraying method, a material in the form of a wire is used to provide an efficient and controlled effective method.
Согласно предпочтительному варианту способа в соответствии с данным изобретением материал покрытия наносят на деталь машины с криволинейной поверхностью, причем материал покрытия наносят по меньшей мере на некоторые зоны. Для некоторых деталей машины этот способ особенно целесообразен, поскольку проблемы, связанные с напряжением, вызываемым при использовании обычных методов покрытия на криволинейных деталях, представляют собой особую трудность известного уровня техники. Для дальнейшего снижения создаваемого напряжения деталь машины предварительно нагревают до нанесения материала покрытия.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the coating material is applied to a machine part with a curved surface, the coating material being applied to at least some areas. For some parts of the machine, this method is especially appropriate, since the problems associated with the voltage caused by the use of conventional coating methods on curved parts are a particular difficulty of the prior art. To further reduce the generated voltage, the machine part is preheated before applying the coating material.
В соответствии с настоящим изобретением также создана деталь, покрытая материалом покрытия с помощью способа термического напыления, при этом материал покрытия подвергается термообработке при повышенной температуре и в течение времени, достаточного для по меньшей мере частичного диффундирования материала покрытия в находящуюся под ним поверхность, и имеющая дополнительно нанесенный слой материала покрытия, при этом каждый слой материала покрытия подвергается последовательной термообработке, причем на поверхность детали наносится множество слоев того же материала покрытия, причем материал покрытия содержит перешейки в точках контакта между частицами по меньшей мере покрытия, причем полученное таким образом покрытие детали машины имеет пористость от 1 до 15 об.%.In accordance with the present invention, there is also provided a part coated with a coating material by a thermal spraying method, wherein the coating material is heat treated at elevated temperature and for a time sufficient to at least partially diffuse the coating material into the surface beneath it, and additionally a deposited layer of coating material, with each layer of coating material being subjected to sequential heat treatment, and on the surface of the part is applied many layers of the same coating material, and the coating material contains isthmuses at the contact points between the particles of at least the coating, and the thus obtained coating of a machine part has a porosity of from 1 to 15 vol.%.
Поэтому материал покрытия, содержащий созданные перешейки и поры, обладает способностью поглощать деформации и дефекты, обусловленные напряжением, вызванным во время использования.Therefore, the coating material containing the created isthmuses and pores has the ability to absorb strains and defects caused by stress caused during use.
Согласно предпочтительному варианту осуществления покрытие детали машины в соответствии с данным изобретением обеспечивает прочную связь между материалом покрытия и поверхностью детали, и также внутренние прочные связи внутри покрытия. За счет регулирования температуры, воздействию которой материал покрытия подвергается при его нанесении на деталь машины, материал покрытия образует перешейки в точках контакта (микрошвы) между частицами в покрытии и поверхностью детали, в результате чего между частицами будет создана прочная связь. В зависимости от материала, выбранного для покрытия и для детали машины, перешейки в точках контакта образуются за счет воздействия на материал теплом при температуре, которая ниже температуры плавления материала.According to a preferred embodiment, the coating of a machine part in accordance with this invention provides a strong bond between the coating material and the surface of the part, as well as internal strong bonds within the coating. By controlling the temperature to which the coating material is exposed when applied to the machine part, the coating material forms isthmuses at the contact points (microseams) between the particles in the coating and the surface of the part, as a result of which a strong bond will be created between the particles. Depending on the material chosen for the coating and for the machine part, isthmuses at the contact points are formed due to exposure to the material with heat at a temperature that is lower than the melting temperature of the material.
Целесообразно, но не исключительно, термообработка материала покрытия детали при повышенной температуре выполняется в интервале от 60 до 80% значения температуры плавления усиливающего материала, используемого для покрытия. В соответствии со способом согласно изобретению обеспечивается материал, создающий открытые поры между частицами покрытия. Материал покрытия целесообразно выбирают из группы, по меньшей мере, одной из групп следующих материалов: металлы, сплавы металлов, карбиды, силикаты, керамика, оксиды, металлокерамика и их смеси.It is advisable, but not exclusively, heat treatment of the coating material of the part at elevated temperature is performed in the range from 60 to 80% of the melting temperature of the reinforcing material used for coating. In accordance with the method according to the invention, a material is provided that creates open pores between the coating particles. The coating material is suitably selected from the group of at least one of the groups of the following materials: metals, metal alloys, carbides, silicates, ceramics, oxides, cermets, and mixtures thereof.
Согласно настоящему изобретению материал покрытия предпочтительно содержит металлосодержащее соединение, выбранное из группы, состоящей из Cr2O3, CuAl и Al2O3. Применение этих соединений и сплавов металлов оказалось целесообразным для изготовления качественных покрытий для деталей машин с очень хорошими характеристиками износа и скольжения. Покрытие согласно предпочтительному варианту осуществления содержит смесь частично в виде металла, частично в виде усиления. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения материалом покрытия является кермет. Керметом является группа покрытий, которые комбинируют керамику и металл, или сплав. Часто используемым примером является карбид хрома (керамическая составляющая) в никель/хромовой основе. Следует отметить, что специалист в данной области техники может применить другие керамические соединения, сплавы и керметы (не упомянутые здесь), чтобы обеспечить покрытие на детали машины согласно настоящему изобретению.According to the present invention, the coating material preferably contains a metal-containing compound selected from the group consisting of Cr 2 O 3 , CuAl and Al 2 O 3 . The use of these compounds and metal alloys proved to be appropriate for the manufacture of high-quality coatings for machine parts with very good wear and slip characteristics. The coating according to a preferred embodiment comprises a mixture partly in the form of metal, partly in the form of reinforcement. According to a preferred embodiment of the present invention, the coating material is cermet. A cermet is a group of coatings that combine ceramics and metal, or alloy. A commonly used example is chromium carbide (ceramic) in a nickel / chromium base. It should be noted that one skilled in the art may use other ceramic compounds, alloys, and cermets (not mentioned here) to provide coating on machine parts according to the present invention.
Согласно настоящему изобретению каждый из слоев материала покрытия детали обычно имеет толщину от 0,005 до 0,10 мм. Толщина одного слоя на детали машины согласно настоящему изобретению предпочтительно составляет около 0,01 мм. Толщина слоя покрытия согласно детали в соответствии с данным изобретением предпочтительно имеет приблизительные значения в пределах от 0,005 до 0,10 мм, чтобы образовались нужные перешейки в точках контакта между частицами слоя покрытия во время изготовления. Общая толщина покрытия зависит от размера и типа детали машины. Для деталей судовых дизельных двигателей толщина покрытия может иметь значение около 5 мм.According to the present invention, each of the layers of the coating material of the part typically has a thickness of from 0.005 to 0.10 mm. The thickness of one layer on a machine part according to the present invention is preferably about 0.01 mm. The thickness of the coating layer according to the part in accordance with this invention preferably has approximate values ranging from 0.005 to 0.10 mm, so that the desired isthmuses are formed at the contact points between the particles of the coating layer during manufacture. The total coating thickness depends on the size and type of machine part. For marine diesel engine parts, the coating thickness may be about 5 mm.
Описание чертежейDescription of drawings
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения поясняются подробнее ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.Preferred embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the accompanying drawings.
Фиг.1 - схематическое изображение установки для применения способа нанесения материала покрытия на деталь машины согласно настоящему изобретению.Figure 1 is a schematic illustration of an apparatus for applying a method of applying a coating material to a machine part according to the present invention.
Фиг.2 - схематическое изображение части детали машины с покрытием, выполненным в соответствии с настоящим изобретением.Figure 2 is a schematic illustration of part of a machine part with a coating made in accordance with the present invention.
Фиг.3 - схематическое изображение увеличенного частичного вида Фиг.2 в соответствии с настоящим изобретением.Figure 3 is a schematic representation of an enlarged partial view of Figure 2 in accordance with the present invention.
Фиг.4 - схематическое изображение примера покрытия, полученного с помощью еще одного способа известного уровня техники.4 is a schematic illustration of an example of a coating obtained using another method of the prior art.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
Предпочтительный вариант способа согласно настоящему изобретению далее описан с предпочтительным вариантом детали машины согласно настоящему изобретению со ссылкой на прилагаемые чертежи.A preferred embodiment of the method according to the present invention is described below with a preferred embodiment of a machine part according to the present invention with reference to the accompanying drawings.
На Фиг.1 показана деталь 1, которая установлена для обеспечения ее покрытием. Устройство изготовления покрытия также содержит устройство 3 термического напыления и устройство 5 термообработки. Предпочтительно, но не исключительно, имеется защитная крышка (не показана), чтобы закрывать соседние элементы от напыления. Устройство 5 термообработки выполнено в виде индуктора 5. Индуктор 5 можно применять по-разному в зависимости от размера детали 1 машины. Согласно варианту осуществления показаны несколько индукторов 5. Очищенную деталь 1 устанавливают для обработки с помощью установки нанесения покрытия. Деталью машины предпочтительно является чугунная заготовка. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения материал 4 покрытия наносят на нужные части детали 1 машины с помощью термического напыления. Устройство 3 термического напыления обычно применяет технологию плазменного, дугового, HVOF- или пламенного напыления, которая считается хорошо известной специалистам в данной области техники.Figure 1 shows the part 1, which is installed to provide its coating. The coating manufacturing apparatus also includes a thermal spraying device 3 and a heat treatment device 5. Preferably, but not exclusively, there is a protective cover (not shown) to cover adjacent elements from spraying. The heat treatment device 5 is made in the form of an inductor 5. The inductor 5 can be used in different ways depending on the size of the machine part 1. According to an embodiment, several inductors 5 are shown. The cleaned part 1 is mounted for processing by the coating apparatus. The machine part is preferably a cast iron billet. According to a preferred embodiment of the present invention, the coating material 4 is applied to the desired parts of the machine part 1 by thermal spraying. Thermal spraying device 3 typically employs plasma, arc, HVOF or flame spraying technology, which is considered to be well known to those skilled in the art.
Деталь 1 машины непрерывно перемещается относительно устройства 3 термического напыления и устройства термообработки, или наоборот во время напыления, при этом материал покрытия может одновременно подвергаться термообработке при повышенной температуре. Согласно предпочтительному варианту осуществления способа окружная скорость поверхности покрываемой детали машины составляет около 20 м/мин относительно устройства термического напыления во время нанесения материала покрытия и тепловой обработки.Part 1 of the machine is continuously moving relative to the thermal spraying device 3 and the heat treatment device, or vice versa during spraying, while the coating material can be simultaneously heat treated at elevated temperature. According to a preferred embodiment of the method, the peripheral surface speed of the machine part to be coated is about 20 m / min relative to the thermal spraying device during coating application and heat treatment.
Покрытие в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления представляет собой смесь частично в виде металла, частично в виде усиливающего материала. Материал покрытия предпочтительно нагревают до значения, равного 60-80% температуры плавления усиливающего материала в покрытии в течение короткого срока.The coating according to a preferred embodiment is a mixture partly in the form of a metal, partly in the form of a reinforcing material. The coating material is preferably heated to a value of 60-80% of the melting temperature of the reinforcing material in the coating for a short time.
Каждый цикл нанесения материала 4 покрытия и нагревания материала 4 покрытия создает новый слой 24 покрытия на поверхности детали машины, смотри Фиг.2. Согласно Фиг.2 показаны только три слоя 24 для иллюстрирования принципа, но обычно наносят более 10 слоев и предпочтительно более 50 слоев. Следует отметить, что число слоев 24 зависит, например, от толщины слоев 24 и других факторов. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения каждый слой 24 имеет обычную толщину 0,01 мм. Общая толщина наносимого слоя 24а детали 1 машины предпочтительно составляет около 0,8 мм, но может доходить и до 5 мм. Эти цифры приводятся только для примера, чтобы указать применяемые свойства, и специалистам в данной области техники будет ясно, что существует возможность регулирования таких свойств, как толщина слоев 24, окружная скорость во время изготовления покрытия, и также возможность регулирования числа слоев 24 и пр. в соответствии с определенными требованиями, предъявляемыми к детали 1 машины, на которую наносится покрытие.Each cycle of applying the coating material 4 and heating the coating material 4 creates a
Согласно изобретению материал 4 покрытия содержит металлосодержащее соединение, выбранное из группы, состоящей, например, из Cr2O3 и Al2O3. Эти соединения и сплавы металлов обеспечивают высококачественные покрытия детали машины. Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения материалом покрытия является кермет. Керметом является группа покрытий, которые комбинируют керамику и металл, или сплав. Часто используемым примером является карбид хрома (керамическая составляющая) в никель/хромовой основе. Следует отметить, что специалист в данной области техники может применить и другие керамические соединения, сплавы и керметы (не упомянутые здесь подробно), чтобы обеспечить покрытие на детали машины согласно настоящему изобретению.According to the invention, the coating material 4 comprises a metal-containing compound selected from the group consisting, for example, of Cr 2 O 3 and Al 2 O 3 . These compounds and metal alloys provide high-quality coatings on machine parts. According to a preferred embodiment of the present invention, the coating material is cermet. A cermet is a group of coatings that combine ceramics and metal, or alloy. A commonly used example is chromium carbide (ceramic) in a nickel / chromium base. It should be noted that one skilled in the art may apply other ceramic compounds, alloys, and cermets (not mentioned in detail here) to provide coating on machine parts according to the present invention.
Согласно предпочтительному варианту осуществления детали 1 машины обеспечивается прочная связь между материалом 4 покрытия и поверхностью 22 детали и также внутренне прочные связи в покрытии. Путем регулирования тепла, воздействию которого подвергается материал покрытия при его нанесении на деталь 1 машины, этот материал 4 покрытия будет вынужден создавать перешейки (микрошвы) в точках контакта между частицами в покрытии и поверхностью детали, в результате чего создается прочная связь между частицами. Целесообразно, но не исключительно, термообработка материала покрытия детали при повышенной температуре выполняется в пределе от 60 до 80% значения температуры плавления усиливающего материала покрытия.According to a preferred embodiment, the machine part 1 provides a strong bond between the coating material 4 and the
Способ далее поясняется на Фиг.3, на которой схематически изображена в увеличенном виде связь между частицами 21 в одном слое 24. Способ в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает покрытие детали машины, содержащее открытые поры между частицами 21 покрытия. В зависимости от материала покрытия и детали 1 машины перешейки 23 в точках контакта создаются за счет воздействия на материал теплом, температура которого ниже температуры плавления материала. Перешейки 23 в точках контакта обеспечивают покрытию дополнительную прочность. Поэтому воздействие повышенной температуры на покрытие создает значительно более прочную связь по сравнению с механической связью, обычно обеспечиваемой просто термическим напылением.The method is further illustrated in FIG. 3, which schematically shows an enlarged view of the relationship between the
На Фиг.4 показан эффект применения избыточного тепла, которое могло быть целесообразно для других применений, но не для этих типов покрытий деталей машин, для слоя покрытия или для всего покрытия основы. При применении избыточного тепла во время покрытия основы материал покрытия будет плавиться. Чтобы сравнить размер иллюстрируемой покрытой детали согласно Фиг.3, ее размер почти равен размеру, показанному на Фиг.4. Покрытие согласно Фиг.4 демонстрирует значительное уменьшение пористости, при этом пористость распределена неровно и поры закрыты.Figure 4 shows the effect of using excess heat, which could be appropriate for other applications, but not for these types of coatings of machine parts, for the coating layer or for the entire coating of the base. If excess heat is applied during coating, the coating material will melt. To compare the size of the illustrated coated part according to Figure 3, its size is almost equal to the size shown in Figure 4. The coating according to Figure 4 shows a significant reduction in porosity, while the porosity is unevenly distributed and the pores are closed.
Закрытые поры, как правило, не могут обеспечивать смазывающий эффект. Кроме того, обеспечиваемая этим покрытием пластичность с немногими и неравномерно распределенными порами обычно недостаточная для покрытия детали машины. Хотя в таком покрытии связь будет прочная, но, как указано выше, другие характеристики не отвечают условиям, которые будут воздействовать на деталь. Обнаружено, что благодаря образованию перешейка во множественных слоях покрытия и между ними во время термообработки в соответствии с изобретением можно обеспечить прочно связанное покрытие с очень хорошей пластичностью и износостойкостью.Closed pores, as a rule, cannot provide a lubricating effect. In addition, the plasticity provided by this coating with fewer and unevenly distributed pores is usually insufficient to cover the machine part. Although in such a coating the bond will be strong, but, as indicated above, other characteristics do not meet the conditions that will affect the part. It has been found that due to the formation of an isthmus in and between the multiple layers of the coating during the heat treatment in accordance with the invention, it is possible to provide a firmly bonded coating with very good ductility and wear resistance.
Кроме того, имеется риск, заключающийся в том, что на прочих свойствах детали машины отрицательно скажется применение избыточного тепла во время нанесения покрытия. Согласно изобретению создан способ, с помощью которого покрытие на деталь машины наносится с ограниченным ущербом для заготовки детали машины, при этом обеспечиваются хорошее сцепление с заготовкой, открытые поры и достаточная пористость.In addition, there is a risk that other properties of the machine part will be adversely affected by the use of excess heat during coating. According to the invention, a method has been created by which the coating on a machine part is applied with limited damage to the workpiece of the machine part, while providing good adhesion to the workpiece, open pores and sufficient porosity.
Покрытие в соответствии с настоящим изобретением наносят на поверхности скольжения деталей машины, подвергаемых износу. Покрытие можно предпочтительно использовать на скользящих поверхностях в насосах, гидронасосах, пожарных насосах. Покрытие согласно настоящему изобретению целесообразно использовать для покрытия деталей, используемых в двигателях внутреннего сгорания, и оно наиболее предпочтительно может использоваться в судовых дизельных двигателях.A coating in accordance with the present invention is applied to the sliding surface of machine parts subjected to wear. The coating can preferably be used on sliding surfaces in pumps, hydraulic pumps, fire pumps. The coating according to the present invention is advantageously used for coating parts used in internal combustion engines, and it can most preferably be used in marine diesel engines.
Согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения покрытие наносят по меньшей мере на части поверхности скольжения вставной гильзы цилиндра. Вставную гильзу цилиндра можно покрыть либо полностью, либо покрыть по заданной схеме на нужных частях. Примером этой схемы покрытия является спиральная геометрия на внутренней поверхности вставной гильзы цилиндра.According to a preferred embodiment of the present invention, a coating is applied to at least a portion of the sliding surface of the cylinder liner. The insert cylinder liner can be coated either completely or covered according to a predetermined pattern on the necessary parts. An example of this coating pattern is the spiral geometry on the inside of a cylinder liner.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения деталью машины является поршень, шток поршня или юбка поршня. Считается особо целесообразным обеспечение покрытия кольцевых пазов поршня в соответствии с данным изобретением. Согласно еще одному альтернативному варианту осуществления данного изобретения покрытие наносят частично или полностью на определенные части внутренней поверхности скольжения колец сальника.According to another preferred embodiment of the present invention, the machine part is a piston, piston rod or piston skirt. It is considered particularly appropriate to provide coverage for the annular grooves of the piston in accordance with this invention. According to yet another alternative embodiment of the present invention, the coating is applied partially or completely to certain parts of the inner sliding surface of the packing rings.
Другими альтернативными вариантами осуществления, на которые могут быть нанесены покрытия в соответствии с данным изобретением, являются по меньшей мере соответствующие части распределительного вала и/или коленчатого вала, и поверхности скольжения кулачков распределительного вала.Other alternative embodiments that may be coated in accordance with this invention are at least the corresponding parts of the camshaft and / or crankshaft and the sliding surfaces of the camshaft cams.
Также считается целесообразным обеспечение покрытием согласно настоящему изобретению поверхностей скольжения уплотнения вала. Согласно настоящему изобретению материалом покрытия обеспечивают поверхность скольжения топливного насоса. Согласно еще одному варианту осуществления настоящего изобретения покрытие можно обеспечить на подвергающихся нагреванию и износу впускных клапанах и/или выпускных клапанах, предпочтительно используемых в крупных двухтактных дизельных двигателях.It is also considered appropriate to provide a coating according to the present invention for the sliding surfaces of the shaft seal. According to the present invention, the coating material provides a sliding surface of the fuel pump. According to yet another embodiment of the present invention, the coating can be provided on the intake and / or exhaust valves subjected to heat and wear, preferably used in large two-stroke diesel engines.
Хотя данное изобретение подробно описано со ссылкой на его конкретные осуществления, специалистам в данной области техники будет ясно, что могут быть выполнены различные изменения и модификации в пределах сущности и объема изобретения. Так, подразумевается, что для нанесения на деталь машины состава согласно настоящему изобретению можно использовать такие разные способы, как плазменное, HVOF- и дуговое напыление, и другие соответствующие способы. Устройство и способ нанесения покрытия на детали 1 машины и термообработка покрытия могут, разумеется, регулироваться в соответствии с необходимостью, и они не ограничиваются описанным выше способом, который приводится только в качестве примера. Другим возможным вариантом нанесения покрытия может быть нанесение его с помощью лазерного устройства.Although the invention has been described in detail with reference to its specific implementation, it will be clear to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the spirit and scope of the invention. So, it is understood that for applying to the machine part of the composition according to the present invention, various methods such as plasma, HVOF and arc spraying, and other appropriate methods can be used. The device and method for coating parts 1 of the machine and heat treatment of the coating can, of course, be adjusted as necessary, and they are not limited to the method described above, which is given only as an example. Another possible coating option may be to apply it using a laser device.
Claims (23)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004128948/02A RU2281983C2 (en) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | Thermal spraying on machine parts |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004128948/02A RU2281983C2 (en) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | Thermal spraying on machine parts |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004128948A RU2004128948A (en) | 2005-06-10 |
| RU2281983C2 true RU2281983C2 (en) | 2006-08-20 |
Family
ID=35834273
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004128948/02A RU2281983C2 (en) | 2002-02-28 | 2002-02-28 | Thermal spraying on machine parts |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2281983C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2479019C2 (en) * | 2007-03-16 | 2013-04-10 | Зульцер Метко Аг | Data storage device and method |
| RU2483139C1 (en) * | 2009-03-04 | 2013-05-27 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Cylinder block and coat gas-thermal evaporation |
-
2002
- 2002-02-28 RU RU2004128948/02A patent/RU2281983C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2479019C2 (en) * | 2007-03-16 | 2013-04-10 | Зульцер Метко Аг | Data storage device and method |
| RU2483139C1 (en) * | 2009-03-04 | 2013-05-27 | Ниссан Мотор Ко., Лтд. | Cylinder block and coat gas-thermal evaporation |
| US8651083B2 (en) | 2009-03-04 | 2014-02-18 | Nissan Motor Co., Ltd. | Cylinder block and thermally sprayed coating forming method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004128948A (en) | 2005-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rastegar et al. | Alternative to chrome: HVOF cermet coatings for high horse power diesel engines | |
| US5363821A (en) | Thermoset polymer/solid lubricant coating system | |
| Maksarov et al. | The formation of surface roughness of piston rings for the purpose of improving the adhesion of wear-resistant coatings | |
| US4997024A (en) | Method of making a piston | |
| CN104831278B (en) | The method for coating the cylinder bore and cylinder block of internal combustion engine | |
| KR20090107996A (en) | Piston ring with a multilayer assembly, and a method for the production thereof | |
| JPH1122424A (en) | Tappet for engine excellent in abrasion resistance and its manufacture | |
| KR20060029610A (en) | Cylinder liner, method for the production thereof and a combined | |
| RU2421546C2 (en) | Coating for protection of metal structure elements of machines from wear and procedure for its production | |
| US8920881B2 (en) | Method for producing a component covered with a wear-resistant coating | |
| CN103153500B (en) | Produce the method with the piston ring embedding particle | |
| US20060105113A1 (en) | Method of producing a coated valve retainer | |
| KR100879155B1 (en) | Thermal spraying of a piston ring | |
| RU2281983C2 (en) | Thermal spraying on machine parts | |
| CN110997966B (en) | Piston ring with shot-peening wear-in layer and method for producing the same | |
| KR100820987B1 (en) | Thermal spraying of a machine part | |
| WO2010014012A1 (en) | Cylinder head with valve seat and method for the production thereof | |
| JP2004314170A (en) | Casting roll for casting strip composed of aluminum or aluminum alloy | |
| JP2000169951A (en) | Formation of double layer thermally sprayed coating on sliding member | |
| GB2474791A (en) | Sliding element having an adaptive coating and manufacturing method thereof | |
| Pandey et al. | Friction and sliding wear characterization of ion chrome coating | |
| WO2016003378A1 (en) | A coating system and method | |
| JPH0152475B2 (en) | ||
| WO2004090389A1 (en) | A piston ring for an internal combustion engine | |
| JPH0551744A (en) | Wear resistant sliding member of internal-combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090301 |