RU2578872C1 - Способ нанесения износостойкого покрытия - Google Patents
Способ нанесения износостойкого покрытия Download PDFInfo
- Publication number
- RU2578872C1 RU2578872C1 RU2014147299/02A RU2014147299A RU2578872C1 RU 2578872 C1 RU2578872 C1 RU 2578872C1 RU 2014147299/02 A RU2014147299/02 A RU 2014147299/02A RU 2014147299 A RU2014147299 A RU 2014147299A RU 2578872 C1 RU2578872 C1 RU 2578872C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- titanium diboride
- mixture
- wear
- self
- Prior art date
Links
Landscapes
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области нанесения газотермических покрытий, а именно к способам нанесения плазменных покрытий на детали, работающие в экстремальных условиях. Способ нанесения износостойкого покрытия на стальную поверхность включает очистку поверхности, получение дисперсной порошковой смеси самофлюсующегося сплава и диборида титана, введение в плазменную струю смеси и ее напыление с последующим оплавлением поверхности покрытия. Очистку поверхности осуществляют путем полировки, а в качестве самофлюсующегося сплава используют сплав кобальта, предварительно механически легированный порошком алюминия с размером частиц менее 1 мкм, при этом исходные компоненты смеси взяты в следующем соотношении, мас.%: сплав кобальта 34,0-59,5; алюминий 6,0-10,5; диборид титана 30,0-60,0. Повышается микротвердость и износостойкость покрытия, а также качество покрытия за счет снижения пористости основного слоя. 1 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области нанесения газотермических покрытий, более конкретно к способам нанесения плазменных покрытий на детали, работающие в экстремальных условиях.
Известен способ нанесения износостойкого покрытия, включающий получение порошковой шихты путем механического смешивания компонентов: самофлюсующегося сплава на основе никеля, содержащего хром, кремний, бор, и упрочняющей добавки на основе двойного борида, содержащей 22-36% от общего частиц дисперсностью 40-50 мкм и 64-78% от общего частиц дисперсностью 50-90 мкм, ввод в плазменную струю полученной шихты и последующее напыление на стальные образцы, предварительно подвергнутые дробеструйной обработке и обезжириванию (патент RU 2136777, МПК C23C 4/06, 1999 г.).
Недостатком известного способа является недостаточно высокая износостойкость покрытий (относительная износостойкость покрытий находится в пределах 6,4-13,2).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ нанесения износостойкого покрытия на поверхность стали, предварительно подвергнутой дробеструйной обработке, включающий получение дисперсной порошковой смеси самофлюсующегося сплава и упрочняющей добавки в виде диборида титана TiB2 в количестве 20-60 об.% от общего, ввод в плазменную струю смеси и ее напыление с последующим оплавлением поверхности покрытия (Клинская-Руденская Н.А., Копысов В.А., Коцот С.В. "Особенности композиционных покрытий на основе Ni-Cr-B-Si. Исследования износостойкости покрытий". Физика и химия обработки материалов. 1994, №6, с. 52-57) (прототип).
Недостатками известного способа являются недостаточно высокие значения микротвердости и износостойкости, а также недостаточно высокое качество полученного покрытия, обусловленное наличием пористости на границе раздела.
Задача предлагаемого технического решения состоит в повышении микротвердости и износостойкости покрытия, а также его качества за счет снижения пористости.
Поставленная задача достигается тем, что в способе нанесения износостойкого покрытия на поверхность стали, включающем очистку поверхности, получение дисперсной порошковой смеси самофлюсующегося сплава и диборида титана, ввод в плазменную струю смеси и ее напыление с последующим оплавлением поверхности покрытия, очистку поверхности осуществляют путем полировки, а в качестве самофлюсующегося сплава используют сплав кобальта, предварительно механически легированный порошком алюминия с размером частиц менее 1 мкм, при этом исходные компоненты смеси взяты в следующем соотношении (мас.): сплав кобальта - 34,0÷59,5; алюминий - 6,0÷10,5; диборид титана - 30,0÷60,0.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известен способ нанесения износостойкого покрытия на поверхность стали, в котором предварительную очистку поверхности осуществляют путем полировки, а в качестве самофлюсующегося сплава используют сплав кобальта, предварительно механически легированный порошком алюминия с размером частиц менее 1 мкм, при этом для приготовления исходной смеси исходные компоненты берут в предлагаемом интервале.
В ходе исследований, проведенных авторами, были определены условия нанесения износостойких покрытий на поверхность стали, позволяющие значительно повысить микротвердость, обеспечить отсутствие износа покрытий и высокое качество покрытий за счет отсутствия пор на границе раздела покрытия со сталью. Одним из условий достижения максимальной эффективности способа является очистка поверхности стали путем полировки. Именно на полированных стальных поверхностях стало возможным получение высокого качества границы раздела, которую невозможно обнаружить оптическим микроскопом без применения специального травления структуры поверхности шлифа. Существенным является использование в качестве компонента исходной смеси сплава кобальта, предварительно механически легированного порошком алюминия, дисперсность которого составляет менее 1 мкм. В процессе механического легирования ультрадисперсные частицы порошка алюминия покрывают частицы порошка кобальтового сплава за счет электростатических сил, при этом алюминий равномерно распределяется в механической смеси. Как показал эксперимент, с более крупными частицами алюминия подобного результата получить не удается, частицы алюминия в этом случае находятся в механической смеси порошков в свободном состоянии, а не закреплены за счет статических сил на частицах кобальтового сплава. Необходимым условием осуществления способа является соотношение компонентов в исходной смеси порошков, которое составляет (мас.%): сплав кобальта - 34,0÷59,5; алюминий - 6,0÷10,5; диборид титана - 30,0÷60,0. Именно при таком соотношении в покрытиях формируется фаза алюмокобальтового борида Al3Co20B6. Данная фаза обнаружена только при больших увеличениях и представляет собой своеобразный каркас в виде сетки с неправильной геометрией ячеек. Толщина стенок ячеек сетчатых структур колеблется от 5-120 нанометров до 1 микрометра. На фоне этой сетчатой структуры распределены зерна диборида титана. Причем уменьшение содержания диборида титана TiB2 в исходной смеси компонентов приводит к снижению количества алюмокобальтового борида Al3Co20B6, в формировании которого участвует бор, входящий в состав диборида титана. Это осуществляется в результате смачивания частиц диборида титана самофлюсующимся сплавом, что инициирует диффузию бора в матричный самофлюсующийся сплав. В состав самофлюсующегося кобальтового сплава входит бор, однако собственного бора недостаточно для формирования подобных структур, этим и объясняется необходимость введения в кобальтовый сплав, механически легированный алюминием, частиц порошка диборида титана. Увеличение содержания диборида титана TiB2 в исходной смеси компонентов нежелательно, так как приводит к росту пористости, поскольку количества жидкой фазы недостаточно для смачивания твердых включений, следствием чего является окисление зерен диборида титана (в покрытиях с увеличенным по сравнению с предлагаемым содержанием диборида титана обнаружены оксиды титана). Недостаточное смачивание является причиной и резкого снижения количества алюмокобальтового борида.
Предлагаемый способ может быть осуществлен следующим образом.
Для получения покрытия готовят исходную порошковую смесь, состоящую из кобальтового сплава, алюминия и диборида титана при следующем соотношении компонентов, мас.%: сплав кобальта - 34,0÷59,5; алюминий - 6,0÷10,5; диборид титана - 30,0÷60,0. Для получения механически легированного алюминием сплава кобальта берут порошок кобальтового сплава дисперсностью 40-63 мкм и порошок алюминия дисперсностью менее 1 мкм и помещают в смеситель типа "пьяная бочка", смешивают в течение 40 минут. Затем в смеситель добавляют порошок диборида титана дисперсностью 40-50 мкм и смешивают в течение 20 минут. После чего смесь подают под срез газовоздушного плазмотрона для напыления на стальные образцы, предварительно подвергнутые обезжириванию ацетоном и полировке, например, с помощью алмазной пасты. Напыление проводят на установке 15-ВБ газовоздушным плазмотроном при мощности плазмотрона 54-56 кВА, в качестве плазмообразующего газа используют смесь воздуха и природного газа в соотношении 4:1. После нанесения покрытия его подвергают оплавлению в печи при температуре 950-1050°C.
Износостойкость покрытия определяют по стандартной методике (ГОСТ 17367-71) на машине Х-4Б. Условия изнашивания: абразив - шкурка из SiC (размер зерна 50-63 мкм), эталон - ст. 50, закаленная до HRC=52-54 ед., путь трения - 15 м, нагрузка - 10 кг/см2.
Микротвердость измеряют на шлифах согласно ГОСТ 9450-76 на приборе ПМТ-3 вдавливанием четырехгранной алмазной пирамиды при нагрузке 100 г.
Пористость определяют микроскопическим методом.
Количество Al3Co20B6 в конечном покрытии определяют рентгенофазовым анализом на приборе Bruker.
Предлагаемый способ иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Берут 119 г порошка самофлюсующегося кобальтового сплава ПГ-10К-01 дисперсностью 40-63 мкм, 21 г порошка алюминия дисперсностью менее 1 мкм и 60 г порошка диборида титана TiB2 дисперсностью 40-50 мкм при этом соотношение составляет (мас.%): сплав кобальта - 59,5; алюминий - 10,5; диборид титана - 30. Порошок кобальтового сплава и порошок алюминия помещают в смеситель типа "пьяная бочка" и смешивают в течение 40 минут. Затем в смеситель добавляют порошок диборида титана и смешивают в течение 20 минут. Далее смесь подают под срез сопла газовоздушного плазмотрона для напыления на стальные образцы (ст. 3), предварительно подвергнутые обезжириванию ацетоном и полировке алмазной пастой. Напыление осуществляют плазменным методом на установке 15-ВБ при мощности плазмотрона 54 кВА, в качестве плазмообразующего газа используют смесь воздуха и природного газа в соотношении 4:1. После напыления покрытия проводят его оплавление в печи при температуре 950°C.
Получают покрытие со следующими характеристиками: пористость основного слоя (%) - 3-6; микротведость при нагрузке 100 г (кг/мм2) - 3500; относительная износостойкость - износ отсутствует, покрытие полируется; пористость на границе раздела (%): границу раздела невозможно обнаружить без специального травления структуры.
Пример 2. Берут 102 г порошка самофлюсующегося кобальтового сплава ПГ-10К-01 дисперсностью 40-63 мкм, 18 г порошка алюминия дисперсностью менее 1 мкм и 180 г порошка диборида титана TiB2 дисперсностью 40-50 мкм при этом соотношение составляет (мас.%): сплав кобальта - 34; алюминий - 6; диборид титана - 60. Порошок кобальтового сплава и порошок алюминия помещают в смеситель типа "пьяная бочка" и смешивают в течение 40 минут. Затем в смеситель добавляют порошок диборида титана и смешивают в течение 30 минут. Далее смесь подают под срез сопла газовоздушного плазмотрона для напыления на стальные образцы (ст. 3), предварительно подвергнутые обезжириванию ацетоном и полировке алмазной пастой. Напыление осуществляют плазменным методом на установке 15-ВБ при мощности плазмотрона 56 кВА, в качестве плазмообразующего газа используют смесь воздуха и природного газа в соотношении 4:1. После напыления покрытия проводят его оплавление в печи при температуре 1050°C.
Получают покрытие со следующими характеристиками: пористость основного слоя (%) - 9-11; микротведость при нагрузке 100 г (кг/мм2) - 3900; относительная износостойкость - износ отсутствует, покрытие полируется; пористость на границе раздела (%): 4-6.
Остальные примеры осуществления способа приведены в таблице.
Таким образом, предлагаемый способ нанесения износостойкого покрытия позволяет значительно повысить микротвердость, качество покрытия за счет снижения пористости основного слоя и сформировать покрытие, не подверженное износу в условиях сухого абразивного трения.
Claims (1)
- Способ нанесения износостойкого покрытия на стальную поверхность, включающий очистку поверхности, получение дисперсной порошковой смеси самофлюсующегося сплава и диборида титана, ввод в плазменную струю смеси и ее напыление с последующим оплавлением поверхности покрытия, отличающийся тем, что очистку поверхности осуществляют путем полировки, а в качестве самофлюсующегося сплава используют сплав кобальта, предварительно механически легированный порошком алюминия с размером частиц менее 1 мкм, при этом исходные компоненты смеси взяты в следующем соотношении, мас.%: сплав кобальта 34,0-59,5; алюминий 6,0-10,5; диборид титана 30,0-60,0.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014147299/02A RU2578872C1 (ru) | 2014-11-24 | 2014-11-24 | Способ нанесения износостойкого покрытия |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014147299/02A RU2578872C1 (ru) | 2014-11-24 | 2014-11-24 | Способ нанесения износостойкого покрытия |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2578872C1 true RU2578872C1 (ru) | 2016-03-27 |
Family
ID=55656902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014147299/02A RU2578872C1 (ru) | 2014-11-24 | 2014-11-24 | Способ нанесения износостойкого покрытия |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2578872C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2791259C1 (ru) * | 2021-12-14 | 2023-03-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Способ газотермического напыления износостойких покрытий на основе системы Ti/TiВ2 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2085613C1 (ru) * | 1994-04-27 | 1997-07-27 | Институт металлургии Уральского отделения РАН | Композиционный порошок для газотермических покрытий |
RU2112075C1 (ru) * | 1996-07-22 | 1998-05-27 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Способ нанесения плазменного покрытия |
RU2136777C1 (ru) * | 1997-11-20 | 1999-09-10 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Износостойкое покрытие и способ его получения |
RU2007119941A (ru) * | 2004-10-29 | 2008-12-10 | Хонейвелл Интернэшнл Инк. (Us) | Способ нанесения покрытий на изделия из алюминия или алюминиевых сплавов |
EP2612944A1 (en) * | 2012-01-04 | 2013-07-10 | MEC Holding GmbH | Plunger for use in manufacturing glass containers |
-
2014
- 2014-11-24 RU RU2014147299/02A patent/RU2578872C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2085613C1 (ru) * | 1994-04-27 | 1997-07-27 | Институт металлургии Уральского отделения РАН | Композиционный порошок для газотермических покрытий |
RU2112075C1 (ru) * | 1996-07-22 | 1998-05-27 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Способ нанесения плазменного покрытия |
RU2136777C1 (ru) * | 1997-11-20 | 1999-09-10 | Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН | Износостойкое покрытие и способ его получения |
RU2007119941A (ru) * | 2004-10-29 | 2008-12-10 | Хонейвелл Интернэшнл Инк. (Us) | Способ нанесения покрытий на изделия из алюминия или алюминиевых сплавов |
EP2612944A1 (en) * | 2012-01-04 | 2013-07-10 | MEC Holding GmbH | Plunger for use in manufacturing glass containers |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2791259C1 (ru) * | 2021-12-14 | 2023-03-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Способ газотермического напыления износостойких покрытий на основе системы Ti/TiВ2 |
RU2803172C1 (ru) * | 2022-10-28 | 2023-09-07 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ плазменного напыления |
RU2812935C1 (ru) * | 2023-04-11 | 2024-02-05 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | Способ микроплазменного напыления износостойких покрытий на основе плакированных порошков системы Ti/TiB2 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Paul et al. | Formation and characterization of uniform SiC coating on 3-D graphite substrate using halide activated pack cementation method | |
CN105603352B (zh) | Al2O3/YAG非晶/共晶复合陶瓷涂层及其制备方法 | |
Tian et al. | Microstructures and wear properties of composite coatings produced by laser alloying of Ti–6Al–4V with graphite and silicon mixed powders | |
Li et al. | SiC nanowires toughed HfC ablative coating for C/C composites | |
Klyatskina et al. | A study of the influence of TiO2 addition in Al2O3 coatings sprayed by suspension plasma spray | |
Datye et al. | Synthesis and characterization of aluminum oxide–boron carbide coatings by air plasma spraying | |
CN111041398A (zh) | 一种利用陶瓷纳米颗粒增强镍基涂层摩擦学性能的方法 | |
Lepeshev et al. | Physical, mechanical, and tribological properties of quasicrystalline Al-Cu-Fe coatings prepared by plasma spraying | |
JPWO2019049784A1 (ja) | 被覆SiCナノ粒子を用いたSiCセラミックス及びその製造方法 | |
Shikalov et al. | Mechanical and tribological properties of cold sprayed composite Al-B4C coatings | |
Strojny-Nędza et al. | Processing, microstructure and properties of different method obtained Cu-Al2O3 composites | |
RU2578872C1 (ru) | Способ нанесения износостойкого покрытия | |
Góral et al. | Microstructure of Al2O3-13TiO2 coatings deposited from nanoparticles by plasma spraying | |
Kovaleva et al. | Effect of heat treatment on the microstructure and microhardness of nanostructural Al 2 O 3 coatings | |
Jinyuan et al. | A comparative study of spray-dried and mechanically-mixed ZrB2-MoSi2 composite coatings fabricated by low pressure plasma spray | |
Wang et al. | Effect of graphite additives in electrolytes on characteristics of micro-arc oxidation coatings on 7E04 aluminum alloy | |
Xin et al. | Preparation and oxidation resistance of mullite/SiC coating for carbon materials at 1150° C | |
Pyachin et al. | Electrospark coatings based on WC-Co alloys with aluminium oxide and carbon additives | |
CN108359973A (zh) | 一种硅化物激光熔覆涂层材料及其制备方法 | |
Rafiei et al. | Tribological properties of B4C–TiB2–TiC–Ni cermet coating produced by HVOF | |
Pryimak et al. | Analysis of structure and tribotechnical properties of plasma carbide-silicon coatings under conditions of elevated temperatures | |
Strojny-Nędza et al. | The influence of electrocorundum granulation on the properties of sintered Cu/electrocorundum composites | |
Movahedi | Mechanical and tribological behavior of Ni (Al)-reinforced nanocomposite plasma spray coatings | |
Shi et al. | Effect of precoated carbon layer on microstructure and anti‐erosion properties of SiC coating for 2D‐C/C composites | |
Xi et al. | Oxidation behavior of HVOF-sprayed nanostructured and CeO2-modified WC–12Co coatings |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171125 |