RU2607390C2 - Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава - Google Patents

Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава Download PDF

Info

Publication number
RU2607390C2
RU2607390C2 RU2015121633A RU2015121633A RU2607390C2 RU 2607390 C2 RU2607390 C2 RU 2607390C2 RU 2015121633 A RU2015121633 A RU 2015121633A RU 2015121633 A RU2015121633 A RU 2015121633A RU 2607390 C2 RU2607390 C2 RU 2607390C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
zirconium dioxide
electroplasma
titanium alloy
coating based
Prior art date
Application number
RU2015121633A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015121633A (ru
Inventor
Сергей Яковлевич Пичхидзе
Владимир Александрович Кошуро
Геннадий Георгиевич Нечаев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А." (СГТУ имени Гагарина Ю.А.)
Priority to RU2015121633A priority Critical patent/RU2607390C2/ru
Publication of RU2015121633A publication Critical patent/RU2015121633A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2607390C2 publication Critical patent/RU2607390C2/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/04Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/042Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material including a refractory ceramic layer, e.g. refractory metal oxides, ZrO2, rare earth oxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D11/00Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02Anodisation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области получения керамических покрытий методами электроплазменного напыления на изделиях из титановых сплавов и может быть использовано в приборостроении и машиностроении, в частности в деталях компрессоров и турбин газотурбинных двигателей, в имплантируемых медицинских конструкциях. Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава включает электроплазменное напыление покрытия на основе диоксида и его модифицирование путем проведения микродугового оксидирования в водном щелочном электролите на основе гидроксида натрия с концентрацией 1-3 г/л в анодном режиме при постоянной плотности тока (2-2,5)×103 A/м2 продолжительностью 20-30 мин. Техническим результатом изобретения является повышение адгезии и микротвердости покрытия на основе диоксида циркония. 2 ил., 2 табл., 1 пр.

Description

Изобретение относится к области повышения свойств керамических покрытий на основе диоксида циркония, полученных методами электроплазменного напыления на изделиях приборостроения и машиностроения: детали компрессоров и турбин газотурбинных двигателей; имплантируемые медицинские конструкции.
Высокая эффективность функционирования изделий приборостроения обеспечивается упрочнением их рабочих поверхностей функциональными покрытиями, сформированными различными способами. Широкое применение в производстве изделий различного назначения получили газотермические методы напыления, среди которых наиболее распространена технология электроплазменного напыления покрытий на основе различных оксидов (Al2O3, ZrO2 и др.). Физико-механическая сущность процесса электроплазменного напыления обусловливает неоднородность структуры и механических свойств получаемых покрытий, наличие в них трещин и отслоений, что снижает функциональные качества поверхностного слоя изделий.
Метод электроплазменного напыления предусматривает введение в технологический процесс дополнительных операций, проведение технологически сложных операций упрочняющей обработки покрытия после его формирования, подготовки наносимых порошков (например, плакирование металлами), что является экономически малоэффективным, при этом не исключается возможность загрязнения покрытия примесями. Это способствует поиску новых путей решения имеющейся проблемы.
Известен способ упрочнения керамического теплозащитного покрытия, включающий плазменное нанесение металлического подслоя из сплава хрома, алюминия, иттрия или иттербия с никелем, или кобальтом, или железом и основного слоя из частично стабилизированного диоксида циркония с добавлением 5-40 об. % порошка стекла [Патент РФ на изобретение №2021389 / А.А. Верстак, С.Б. Соболевский // Способ получения теплозащитного покрытия. - 1994].
Основными недостатками способа являются использование дорогостоящих материалов (никель, иттрий), технологическая сложность процесса.
Известен также способ упрочнения покрытия, включающий нанесение перед плазменным напылением порошка диоксида циркония на поверхность изделия связующего вещества, содержащего хром, алюминий, иттрий, и последующую после напыления тепловую обработку в вакууме или на воздухе при температуре выше 1000°C в течение 1-10 ч [Заявка на изобретение №2008151788/02 от 15.05.2007 / Т.А. Тэйлор, А. Фойерштайн, Э. Болкавадж, Д.Л. Эпплбай, Н. Хитчман // Покрытия концевой части лопатки из высокочистых порошков].
Основными недостатками способа являются использование дорогостоящих материалов (никель, иттрий) и длительность тепловой обработки.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ упрочнения покрытия изделий из алюминия, титана, циркония и их сплавов методом микродугового оксидирования в режиме постоянного тока в комбинированном электролите на основе жидкого стекла 80-120 г/л, хромата натрия 2-10 г/л и гидроксида натрия 2-10 г/л, продолжительностью до 1,5 ч при плотности тока 5-25 А/дм2 и напряжении 120-500 В [Патент РФ на изобретение №2238352 / И.А. Казанцев, B.C. Скачков, А.Е. Розен, А.О. Кризенков // Способ получения покрытий. - 2004].
Недостатками способа являются длительность процесса (до 1,5 ч) и наличие диоксида кремния в составе получаемого покрытия, что снижает его прочностные характеристики.
Задачей изобретения является разработка способа повышения механических свойств оксидных электроплазменных напыленных покрытий на основе диоксида циркония на изделиях из титановых сплавов, обеспечивающего упрочнение покрытий.
Техническим результатом является повышение адгезии и микротвердости покрытий на основе диоксида циркония, сформированных электроплазменным напылением. Кроме того, предлагаемое техническое решение обеспечивает упрощение технологического процесса обработки покрытия при сокращении времени обработки.
Поставленная задача решается тем, что покрытие на основе диоксида циркония на изделиях из титановых сплавов, предварительно сформированное методом электроплазменного напыления диоксида циркония, модифицируют путем проведения процесса микродугового оксидирования в анодном режиме при постоянной плотности тока (2-2,5)×103 А/м2 продолжительностью 20-30 мин в водном щелочном электролите на основе гидроксида натрия концентрации 1-3 г/л.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлены схема плазменного напыления (фиг. 1) и схема микродугового оксидирования (фиг. 2). В процессе получения покрытия используются: плазмотрон 1 для нанесения материала покрытия в виде порошка 2 на основу изделия 3, компрессор 4, который подает воздух в придонную часть электролитической ванны 6, источник питания 5.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.
Изделие 3 из титанового сплава с предварительно сформированным методом электроплазменного напыления (фиг. 1) покрытием на основе диоксида циркония толщиной 40-70 мкм, подвергают оксидированию на установке микродугового оксидирования (источник 5) в электролитической ванне 6, заполненной щелочным электролитом на основе водного раствора гидроксида натрия концентрации 1-3 г/л, в течение 20-30 мин, в анодном режиме при постоянной плотности тока (2-2,5)×103 А/м2 (фиг. 2). Перемешивание электролита осуществляют подачей воздуха с помощью компрессора 4 в придонную область электролитической ванны. При этом предварительно сформированное покрытие на изделиях из титановых сплавов может быть получено при напылении порошка диоксида циркония 2 дисперсностью 50-90 мкм с дистанции 90-120 мм при токе дуги плазмотрона 1, равным 300-400 А (фиг. 1), что позволяет наносить равномерное покрытие с оптимальной толщиной и структурой. При уменьшении дисперсности порошка диоксида циркония (менее 50) увеличивается разброс напыленных частиц по поверхности основы, толщина покрытия уменьшается. При увеличении дисперсности (более 90 мкм) в структуре наблюдаются непроплавленные зерна, имеющие низкую адгезию к основе; при токе дуги менее 300 А и дистанции напыления менее 90 мм уменьшается степень проплавления частиц напыляемого порошка. При увеличении тока дуги (более 400 А) и дистанции напыления (более 120 мм) увеличивается степень проплавления и разброс по поверхности основы напыляемых частиц, уменьшается равномерность покрытия.
Выбранные режимы микродутового оксидирования обеспечивают равномерное проплавление плазмонапыленного покрытия по всей поверхности: при уменьшении длительности процесса (менее 20 мин) и плотности тока (менее 2×103 А/м2) увеличивается доля не проплавленных участков плазмонапыленного покрытия, при увеличении плотности тока (более 2,5×103 А/м2) увеличивается вероятность разрушения плазмонапыленного покрытия. При увеличении длительности процесса оксидирования (свыше 30 мин) повышается содержание материала основы в покрытии. Выбранный тип электролита - щелочной на основе водного раствора гидроксида натрия с концентрацией 1-3 г/л, для проведения процесса микродугового оксидирования позволяет избежать интенсивного травления покрытия и материала основы; наличия в покрытии элементов, входящих в состав электролита.
Пример осуществления способа повышения механических свойств покрытия.
Лопасть турбины из титанового сплава ВТ16 с покрытием толщиной 60 мкм, предварительно сформированным электроплазменным напылением порошка диоксида циркония дисперсностью 50-90 мкм с дистанции 110 мм при токе дуги 350 А, подвергали микродуговому оксидированию на лабораторной установке МДО-1 при комнатной температуре продолжительностью 20-30 мин в анодном режиме при плотности тока (2-2,5)×103 А/м2 и напряжении 100-250 В, в щелочном электролите на основе водного раствора гидроксида натрия концентрацией 1-3 г/л (табл. 2, примеры 6-8). Перемешивание электролита осуществлялось подачей воздуха в придонную область электролитической ванны.
Параметры технологического режима нанесения покрытий и их оптимальные значения представлены в табл. 1, 2.
Figure 00000001
Для подтверждения повышения механических характеристик плазмонапыленных покрытий были проведены измерения адгезии (ГОСТ 27890-88) и микротвердости покрытий (ГОСТ 9450-76), полученных предлагаемым способом и покрытий образцов, полученных следующими методами: электроплазменного напыления (ЭПН), микродугового оксидирования (МДО) и микродугового оксидирования с последующим электроплазменным напылением (МДО+ЭПН) по технологическим режимам табл. 1. Результаты измерений адгезии и микротвердости покрытий, сформированных на образцах опытной партии титанового сплава ВТ16, представлены в табл. 2.
Figure 00000002
Как показали результаты опытной проверки, предлагаемый способ модификации покрытий на титановом сплаве ВТ16, полученных ЭПН порошка диоксида циркония, путем проведения процесса МДО, позволяет формировать покрытия с более высокими показателями адгезии и микротвердости. Аналогичные результаты достигаются на титановых сплавах ВТ6, ВТ5, ВТ3, ВТ1.

Claims (1)

  1. Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава, включающий электроплазменное напыление покрытия на основе диоксида, отличающийся тем, что после напыления покрытия его модифицируют путем проведения микродугового оксидирования в водном щелочном электролите на основе гидроксида натрия с концентрацией 1-3 г/л в анодном режиме при постоянной плотности тока (2-2,5)×103 A/м2 продолжительностью 20-30 мин.
RU2015121633A 2015-06-05 2015-06-05 Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава RU2607390C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015121633A RU2607390C2 (ru) 2015-06-05 2015-06-05 Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015121633A RU2607390C2 (ru) 2015-06-05 2015-06-05 Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015121633A RU2015121633A (ru) 2016-12-27
RU2607390C2 true RU2607390C2 (ru) 2017-01-10

Family

ID=57759358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015121633A RU2607390C2 (ru) 2015-06-05 2015-06-05 Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2607390C2 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111893542B (zh) * 2020-08-06 2021-08-03 牡丹江申佳合金材料有限公司 一种超疏水型微弧氧化耐磨涂层的钛合金及其制法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2238352C1 (ru) * 2003-09-02 2004-10-20 Пензенский государственный университет Способ получения покрытий
US20080187773A1 (en) * 2005-02-11 2008-08-07 Fundacion Inasmet Method for the Protection of Titanium Alloys Against High Temperatures and Material Produced
RU2008151788A (ru) * 2006-05-26 2010-07-10 Праксайр Текнолоджи, Инк. (Us) Покрытия концевой части лопатки из высокочистых порошков
US20140126130A1 (en) * 2012-11-07 2014-05-08 Dell Products L.P. Metal ceramic chassis for portable devices
RU2551739C2 (ru) * 2009-09-25 2015-05-27 Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах Способ получения слоев кубического оксида циркония

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2238352C1 (ru) * 2003-09-02 2004-10-20 Пензенский государственный университет Способ получения покрытий
US20080187773A1 (en) * 2005-02-11 2008-08-07 Fundacion Inasmet Method for the Protection of Titanium Alloys Against High Temperatures and Material Produced
RU2008151788A (ru) * 2006-05-26 2010-07-10 Праксайр Текнолоджи, Инк. (Us) Покрытия концевой части лопатки из высокочистых порошков
RU2551739C2 (ru) * 2009-09-25 2015-05-27 Эрликон Трейдинг Аг, Трюббах Способ получения слоев кубического оксида циркония
US20140126130A1 (en) * 2012-11-07 2014-05-08 Dell Products L.P. Metal ceramic chassis for portable devices

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015121633A (ru) 2016-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Correlations between the growth mechanism and properties of micro-arc oxidation coatings on titanium alloy: Effects of electrolytes
Jiang et al. Plasma electrolytic oxidation treatment of aluminium and titanium alloys
Galvis et al. Formation of grooved and porous coatings on titanium by plasma electrolytic oxidation in H2SO4/H3PO4 electrolytes and effects of coating morphology on adhesive bonding
JP2016529404A (ja) 電気メッキ接着用の陽極酸化アーキテクチャ
TWI775757B (zh) 熱噴塗構件、及包含氧氟化釔的熱噴塗膜的製造方法
Saremi et al. Hot corrosion, high temperature oxidation and thermal shock behavior of nanoagglomerated YSZ–Alumina composite coatings produced by plasma spray method
AU2021338582A1 (en) Magnesium alloy ultra-high porosity micro-arc oxidation coating, preparation method and application thereof
RU2591932C1 (ru) Способ получения износостойкого покрытия
Aliasghari et al. Influence of coating morphology on adhesive bonding of titanium pre-treated by plasma electrolytic oxidation
Liu et al. Micro-arc oxidation-assisted sol-gel preparation of calcium metaphosphate coatings on magnesium alloys for bone repair
Friedle et al. Thermal barrier coatings on γ-TiAl protected by the halogen effect
Yizhou et al. Fabrication and wear resistance of TiO2/Al2O3 coatings by micro-arc oxidation
RU2607390C2 (ru) Способ формирования керамического покрытия на основе диоксида циркония на изделии из титанового сплава
Adeleke et al. Recent development of calcium phosphate-based coatings on titanium alloy implants
CN105839060A (zh) 一种钛表面氧化锆复合陶瓷膜层的制备方法
CN109183115A (zh) 一种表面覆有超硬微弧氧化陶瓷膜的铝合金的制备方法
Zhang et al. Microstructure evolution and thermal shock properties of PEO coatings on a TiAl alloy
Xi et al. Growth mechanism of oxide layer on Ti-6Al-4 V substrate with different surface topographies during the early stage of micro-arc oxidation
Koshuro et al. The effect of microarc oxidation on the structure and hardness of aluminum-oxide coatings formed by plasma spraying on titanium
CN104018208A (zh) 阴极等离子电解沉积大面积弥散贵金属微粒热障涂层
KR101208768B1 (ko) 금속의 부식 저항성 향상을 위한 세라믹 코팅층 제조방법 및 그에 의한 금속의 세라믹 코팅층이 구비된 물품
CN106544627B (zh) 一种抗高温热腐蚀复合涂层及其制备方法
CN105829584B (zh) 制造涂覆有保护涂层的部件的方法
Mahmoudi et al. Effect of Al2O3–Ti composite coating on corrosion behavior of TiAl6V4 alloy
CA2847014A1 (en) Lubricious composite oxide coating and process for making the same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180606