RU2688025C1 - Порошковый материал для газодинамического напыления дефектных головок блоков цилиндров - Google Patents

Порошковый материал для газодинамического напыления дефектных головок блоков цилиндров Download PDF

Info

Publication number
RU2688025C1
RU2688025C1 RU2018112261A RU2018112261A RU2688025C1 RU 2688025 C1 RU2688025 C1 RU 2688025C1 RU 2018112261 A RU2018112261 A RU 2018112261A RU 2018112261 A RU2018112261 A RU 2018112261A RU 2688025 C1 RU2688025 C1 RU 2688025C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
powder material
coatings
gas
powder
dynamic
Prior art date
Application number
RU2018112261A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Петрович Новиков
Евгений Викторович Агеев
Екатерина Владимировна Агеева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
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 образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ)
Priority to RU2018112261A priority Critical patent/RU2688025C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2688025C1 publication Critical patent/RU2688025C1/ru

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/14Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes using electric discharge
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23HWORKING OF METAL BY THE ACTION OF A HIGH CONCENTRATION OF ELECTRIC CURRENT ON A WORKPIECE USING AN ELECTRODE WHICH TAKES THE PLACE OF A TOOL; SUCH WORKING COMBINED WITH OTHER FORMS OF WORKING OF METAL
    • B23H1/00Electrical discharge machining, i.e. removing metal with a series of rapidly recurring electrical discharges between an electrode and a workpiece in the presence of a fluid dielectric
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00Obtaining aluminium
    • C22B21/0038Obtaining aluminium by other processes
    • C22B21/0069Obtaining aluminium by other processes from scrap, skimmings or any secondary source aluminium, e.g. recovery of alloy constituents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к порошковым материалам для получения покрытий методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления. Порошковый материал для газодинамического напыления дефектных головок блоков цилиндров получен электроэрозионным диспергированием отходов алюминия в дистиллированной воде при ёмкости разрядных конденсаторов 55 мкФ, напряжении 100 В и частоте импульсов 140 Гц. Порошковый материал имеет средний размер частиц 20-25 мкм. Обеспечивается уменьшение пористости покрытий и увеличение твердости и адгезионной стойкости покрытий. 3 ил., 3 пр.

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам получения износо-коррозионно-стойких порошковых наноматериалов для получения покрытий методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления, применяемых для создания износо- и коррозионно-стойких беспористых покрытий. При напылении методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления не происходит деградации структуры напыляемого материала, т.е. химический, структурный и фазовый состав покрытия полностью соответствует составу исходного порошкового материала разработанного сплава.
Известен порошковый материал для холодного газодинамического напыления, содержащий порошок алюминия, порошок олова, порошок цинка, (Al-Sn-Zn), отличающийся тем, что в состав порошкового материала введен электрокорунд (Al2O3) 5-10 мас. %, компоненты находятся в следующем соотношении, мас. %: олово (6,0-3,0); цинк (6,0-9,0); электрокорунд (Al2O3) (5,0-10,0); алюминий (остальное), (Заявка: 2009116908/02, 04.05.2009 опубл. 10.11.2010.).
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является порошковый материал А-20-11 (алюминий, цинк, корунд) выпускаемой фирмой ДИМЕТ применяемый для ремонта коррозионных и механических повреждений, сколов, пробоин, прогаров, заполнение трещин, промоин и других дефектов в алюминиевых, стальных и чугунных деталях. [URL.: http://dimet.info/catalog/poroshki/poroshok-a-20-11/] выбранный в качестве прототипа.
К недостаткам известных способов, в том числе и прототипа, относится высокая пористость агломерированных наноструктурных частиц, при напылении которых образуется высокое адгезивное функциональное покрытие, однако из-за высокой пористости (10-15%) существенно снижается когезионная прочность и коррозионная стойкость покрытия. Практика показывает, что для работы в экстремальных условиях эксплуатации исходные порошки и покрытия на их основе должны иметь пористость не более 3-5%, в противном случае имеет место либо механическое, либо коррозионное образование и раскрытие трещин, и разрушение покрытий. К недостаткам также можно отнести высокую стоимость и экологические проблемы, связанные с получением порошкового материала. В составе прототипа содержится порошок цинка, что оказывает негативное воздействие при восстановлении дефектной головки блока цилиндра (ГБЦ). Так как температура плавления цинка 419,5°C, а температура плавления алюминия 660,3°C, соответственно при воздействии высоких температур покрытие, полученное с использованием порошкового материала А-20-11 более подвержено воздействию температур и выше вероятность образования коробления поверхности.
В основу изобретения положена задача осуществить такое получение порошкового материала для газодинамического напыления, чтобы было обеспечено снижение затрат и повышение эффективности процесса нанесения покрытий, а также уменьшение пористости покрытий и увеличение твердости и адгезионной стойкости покрытий.
Поставленная задача решается тем, что порошковый материал для газодинамического напыления получается методом электроэрозионного диспергирования алюминиевых отходов в воде дистиллированной при следующих параметрах установки: емкость разрядных конденсаторов 55 мкФ, напряжение 100 В, частота импульсов 140 Гц. Средний размер частиц составляет 20-25 мкм.
Получаемые этим способом порошковые материалы, имеют в основном сферическую и эллиптическую форму частиц (это позволяет уменьшить пористость покрытий). Причем, изменяя электрические параметры процесса диспергирования (напряжение на электродах, емкость конденсаторов и частоту следования импульсов) можно управлять шириной и смещением интервала размера частиц, а также производительностью процесса.
Порошковый материал получали в следующей последовательности.
На первом этапе производили сортировку отходов, их промывку, сушку, обезжиривание и взвешивание. Реактор заполняли рабочей средой - водой дистиллированной, отходы загружали в реактор. Монтировали электроды. Смонтированные электроды подключали к генератору. Устанавливали необходимые параметры процесса: частоту следования импульсов, напряжение на электродах, емкость конденсаторов.
На втором этапе - этапе электроэрозионного диспергирования включали установку. Процесс ЭЭД представлен на фигуре 1. Импульсное напряжение генератора 2 прикладывается к электродам 5 и далее к отходам 8 (в качестве электродов служит тот же материал, который диспергируют). Алюминиевые отходы загружаются в реакторе 3. При достижении напряжения определенной величины происходит электрический пробой рабочей среды 10, находящийся в межэлектродном пространстве, с образованием канала разряда. Благодаря высокой концентрации тепловой энергии, материал в точке разряда плавится и испаряется, рабочая среда испаряется и окружает канал разряда газообразными продуктами распада (газовым пузырем 9). В результате развивающихся в канале разряда и газовом пузыре значительных динамических сил, капли расплавленного материала выбрасываются за пределы зоны разряда в рабочую среду, окружающую электроды, и застывают в ней, образуя каплеобразные частицы порошка 7. Регулятор напряжения 1 предназначен для установки необходимых значений напряжения, а встряхиватель 4 передвигает один электрод, что обеспечивает непрерывное протекание процесса ЭЭД.
На третьем этапе проводится выгрузка рабочей жидкости с порошком из реактора.
На четвертом этапе происходит выпаривание раствора, сушка порошка, взвешивание, фасовка, упаковка и последующий анализ порошка.
Напыление порошкового материалы производили в следующей последовательности.
1. Вымыть ГБЦ горячим щелочным раствором для обнаружения трещины. В данном случае она находится между седлами выпускных клапанов.
2. Удлинить поврежденный участок. Трещину необходимо максимально глубоко расчистить использовать сверло и фрезу, чтобы полностью удалить следы трещины. Основными задачами подготовки поверхности перед напылением являются удаление следов износа, придание ей правильной геометрической формы и увеличение ее площади, что в последующем благоприятно сказывается на работоспособности и сцепляемостинапыленных покрытий.
3. Закрыть каналы защитными крышками, чтобы избежать попадания в них порошка.
Засыпать ПМ в бункеры питателей установки ДИМЕТ-404. В первый бункер засыпается ПМ корунда, а во второй ПМ алюминия.
Выбрать первый питатель на панели управления установки и произвести абразивную очистку установкой ДИМЕТ-404 с использованием ПМ корунда.
6. Выбрать второй питатель, напыление алюминиевого ПМ производится на расстоянии 10-15 мм, что обеспечивает высокую адгезию и однородность ПМ. Пистолет необходимо держать под углом 90- 45°. Экспериментально установлено, что напыление ПМ рекомендуется производить при следующих режимах установки: давление воздуха (по манометру на МПВ-К на стойке) - 0,5 МПа; температурный режим №3; расход порошка - 0,2 г/с.
7. Зачистить и произвести шлифовку поверхности ГВЦ. Шлифование производится на плоскошлифовальном станке 35722.
Техническим результатом является создание порошкового материала для нанесения покрытий методами газодинамического напыления, позволяющего получать покрытия с высокой адгезионной прочность и твердость, а также низкой пористостью (до 3%).
При этом достигается следующий технический результат: порошковый материал для нанесения покрытий методами газодинамического напыления, с частицами правильной сферической формы (средний размер частиц составляет 20-25 мкм) с невысокими энергетическими затратами и экологической чистотой процесса способом электроэрозионного диспергирования (ЭЭД). При этом значительно уменьшается пористость, а также увеличивается адгезионная прочность и твердость.
Способ позволяет получить порошки без использования химических реагентов, что существенно влияет на себестоимость порошкового материала и позволяет избежать загрязнения рабочей жидкости и окружающей среды химическими веществами.
Пример 1.
В качестве порошкового материала используют порошок фирмы ДИМЕТ марки А-20-11. Средний размер частиц составляет 40-60 мкм.
Напыление покрытий из предлагаемого электроэрозионного порошкового материала размерностью от 40 до 60 мкм производилось на установке ХГДН типа ДИМЕТ-404. Напыление порошкового материалапроизводилось при следующих режимах установки ДИМЕТ - 404:
- давление воздуха (по манометру на МПВ-К на стойке) - 5,0 кгс/см2;
- температурный режим №3 (положение переключателя «температурный режим»;
- расход порошка - 0,2 г/с.
С помощью энерго-дисперсионного анализатора рентгеновского излучения фирмы EDAX, встроенного в растровый электронный микроскоп «QUANTA 200 3D», были получены спектры характеристического рентгеновского излучения в различных точках на поверхности образца. Установлено что основными элементами газодинамических покрытий образца являются Al, Zn, С и O (Фигура 2).
Пористость была исследована с помощью оптического инвертированного микроскопа «OLYMPUS GX51», оснащенного системой автоматизированного анализа изображений «SIMAGIS Photolab» и составила 17.4 %.
Для испытания образцов с целью определения адгезионной/когезионной прочности, стойкости к царапанью и определения механизма разрушения использовали скретч-тестер Revetest (CSM Instruments). Было установлено, что покрытие разрушается при воздействии 65,46 Н.При царапании, покрытие на образце со стандартным ПМ марки А-20-11 истирается до подложки, но не отслаивается, то есть разрушается по когезионному механизму, связанному с пластической деформацией и образованием усталостных трещин в материале покрытия
Испытания твердости образцов по поверхности проводили с помощью прибора для испытания на твердость по Бринеллю 3000 BLD (Instron) в соответствии с ГОСТом 9012-59 (Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю).Твердость покрытия составила 94,3 НВ.
Пример 2.
В качестве порошкового материала используют порошок, полученный методом электроэрозионного диспергирования алюминиевых отходов в воде дистиллированной при следующих параметрах установки: ёмкость разрядных конденсаторов 40 мкФ, напряжение 110 В, частота импульсов 120 Гц. Средний размер частиц составляет 35-40 мкм.
Напыление покрытий из предлагаемого электроэрозионного порошкового материала размерностью от 35 до 40 мкм производилось на установке ХГДН типа ДИМЕТ-404. Напыление порошкового материала производилось при следующих режимах установки ДИМЕТ - 404:
- давление воздуха (по манометру на МПВ-К на стойке) - 5,0 кгс/см2;
- температурный режим №3 (положение переключателя «температурный режим»;
- расход порошка - 0,2 г/с.
С помощью энерго-дисперсионного анализатора рентгеновского излучения фирмы EDAX, встроенного в растровый электронный микроскоп «QUANTA 200 3D», были получены спектры характеристического рентгеновского излучения в различных точках на поверхности образца. Установлено что основными элементами газодинамических покрытий образца являются Al и O. Пористость была исследована с помощью оптического инвертированного микроскопа «OLYMPUS GX51», оснащенного системой автоматизированного анализа изображений «SIMAGIS Photolab» и составила 7.1 %.
Для испытания образцов с целью определения адгезионной/когезионной прочности, стойкости к царапанью и определения механизма разрушения использовали скретч-тестер Revetest (CSM Instruments). Было установлено, что покрытие разрушается при воздействии 72,24 Н, причем истирание покрытия до подложки не наблюдается.
Испытания твердости образцов по поверхности проводили с помощью прибора для испытания на твердость по Бринеллю 3000 BLD (Instron) в соответствии с ГОСТом 9012-59 (Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю).Твердость покрытия составила 98,9НВ.
Пример 3.
В качестве порошкового материала используют порошок, полученный методом электроэрозионного диспергирования алюминиевых отходов в воде дистиллированной при следующих параметрах установки: ёмкость разрядных конденсаторов 55 мкФ, напряжение 100 В, частота импульсов 140 Гц. Средний размер частиц составляет 20-25 мкм.
Напыление покрытий из предлагаемого электроэрозионного порошкового материала размерностью от 20 до 25 мкм производилось на установке ХГДН типа ДИМЕТ-404. Напыление порошкового материала производилось при следующих режимах установки ДИМЕТ - 404:
- давление воздуха (по манометру на МПВ-К на стойке) - 5,0 кгс/см2;
- температурный режим №3 (положение переключателя «температурный режим»;
- расход порошка - 0,2 г/с.
С помощью энерго-дисперсионного анализатора рентгеновского излучения фирмы EDAX, встроенного в растровый электронный микроскоп «QUANTA 200 3D», были получены спектры характеристического рентгеновского излучения в различных точках на поверхности образца. Установлено что основными элементами газодинамических покрытий образца являются Al и O (Фигура 3).
Пористость была исследована с помощью оптического инвертированного микроскопа «OLYMPUS GX51», оснащенного системой автоматизированного анализа изображений «SIMAGIS Photolab» и составила 2.8 %.
Для испытания образцов с целью определения адгезионной/когезионной прочности, стойкости к царапанью и определения механизма разрушения использовали скретч-тестер Revetest (CSM Instruments). Было установлено, что покрытие разрушается при воздействии 81,39Н, причем истирание покрытия до подложки не наблюдается.
Испытания твердости образцов по поверхности проводили с помощью прибора для испытания на твердость по Бринеллю 3000 BLD (Instron) в соответствии с ГОСТом 9012-59 (Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю). Твердость покрытия составила 98,9НВ.
Применение предлагаемого способа получения порошкового материала для нанесения покрытий методами газодинамического напылений позволяет понизить пористость покрытий по сравнению с прототипом и обеспечить их высокие прочностные характеристики.

Claims (1)

  1. Порошковый материал для газодинамического напыления дефектных головок блоков цилиндров, отличающийся тем, что он получен электроэрозионным диспергированием отходов алюминия в дистиллированной воде при ёмкости разрядных конденсаторов 55 мкФ, напряжении 100 В и частоте импульсов 140 Гц, причем средний размер частиц составляет 20-25 мкм.
RU2018112261A 2018-04-05 2018-04-05 Порошковый материал для газодинамического напыления дефектных головок блоков цилиндров RU2688025C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112261A RU2688025C1 (ru) 2018-04-05 2018-04-05 Порошковый материал для газодинамического напыления дефектных головок блоков цилиндров

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112261A RU2688025C1 (ru) 2018-04-05 2018-04-05 Порошковый материал для газодинамического напыления дефектных головок блоков цилиндров

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2688025C1 true RU2688025C1 (ru) 2019-05-17

Family

ID=66578936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018112261A RU2688025C1 (ru) 2018-04-05 2018-04-05 Порошковый материал для газодинамического напыления дефектных головок блоков цилиндров

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2688025C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1060379A1 (ru) * 1981-11-26 1983-12-15 Научно-производственное объединение "Тулачермет" Способ электроэрозионного диспергировани металлов и сплавов
SU1604534A1 (ru) * 1989-01-17 1990-11-07 Институт Неорганической И Физической Химии Ан Киргсср Устройство дл электроэрозионного диспергировани металлов
SU1722692A1 (ru) * 1990-06-11 1992-03-30 Научно-Производственное Объединение "Стеклопластик" (Su) Способ электроэрозионного диспергировани металлов
US20070101823A1 (en) * 2003-06-25 2007-05-10 Prasenjit Sen Process and apparatus for producing metal nanoparticles
RU2612117C1 (ru) * 2015-10-19 2017-03-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения алюминиевого нанопорошка

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1060379A1 (ru) * 1981-11-26 1983-12-15 Научно-производственное объединение "Тулачермет" Способ электроэрозионного диспергировани металлов и сплавов
SU1604534A1 (ru) * 1989-01-17 1990-11-07 Институт Неорганической И Физической Химии Ан Киргсср Устройство дл электроэрозионного диспергировани металлов
SU1722692A1 (ru) * 1990-06-11 1992-03-30 Научно-Производственное Объединение "Стеклопластик" (Su) Способ электроэрозионного диспергировани металлов
US20070101823A1 (en) * 2003-06-25 2007-05-10 Prasenjit Sen Process and apparatus for producing metal nanoparticles
RU2612117C1 (ru) * 2015-10-19 2017-03-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения алюминиевого нанопорошка

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Burkov et al. Formation of WC–Co coating by a novel technique of electrospark granules deposition
Tyagi et al. Formation of superhydrophobic surface with enhanced hardness and wear resistance by electrical discharge coating process
Rama Krishna et al. Enhancing the high cycle fatigue life of high strength aluminum alloys for aerospace applications
RU2688025C1 (ru) Порошковый материал для газодинамического напыления дефектных головок блоков цилиндров
Ageev et al. Study of the fractional composition of electroerosive powder materials of the tungsten nickel iron alloy obtained in lighting kerosene
Dubovoy et al. ELECTRIC ARC SPRAYING OF CEMENT COATINGS OF STEEL 65G-TIC SYSTEM.
Iwai et al. Evaluation of erosive wear resistance of TiN coatings by a slurry jet impact test
Weicheng et al. Electrochemical corrosion behavior of HVOF sprayed WC–12Co coating on H13 hot work mould steel
Antunes et al. Characterization of FeCr and FeCoCr alloy coatings of carbon steels for marine environment applications
Gedzevičius et al. Influence of the particles velocity on the arc spraying coating adhesion
Liborius et al. Influence of dovetail microstructures on adhesive tensile strength and morphology of thermally sprayed metal coatings
CN104878379B (zh) 一种金属自清洁、耐磨损表面处理液及制备方法及其应用
Luo et al. Defects Modification of TiB2–TiC Composite Phase Coating Resistance Spot Welding Electrode via Friction Stir Processing
Gargasas et al. Optimization of the arc spraying process parameters of the Fe–base Mn-Si-Cr-Mo-Ni coatings for the best wear performance
Bolotova et al. Structure and Tribological Properties of B83 Babbit–Based Composite Rods and the Coatings Produced from Them by Arc Surfacing
RU2631549C1 (ru) Способ получения порошка титана методом электроэрозионного диспергирования
Huang et al. Comparison of cold sprayed and arc sprayed Zn15Al alloy coating on AZ91D magnesium substrate
DeRose et al. Microscopic and macroscopic characterisation of an aerospace aluminium alloy (AA2024)
Chandra et al. Experimental studies of stellite-6 hardfaced layer on ferrous materials by TIG surfacing process
Bhadauria et al. A novel technique for surface modification of aluminium alloy using GTAW
Borhan Dayani Improvement of fatigue and corrosion-fatigue resistance of AZ31B cast alloy by cold spray coating and top coating
CN115488331B (zh) 一种起落架外筒冷喷涂粉末及应用该粉末的喷涂方法
Huang Physical and electrochemical characteristics of low pressure cold sprayed aluminium composite coating on magnesium substrate
Lapushkina Anti-corrosion coatings fabricated by cold spray technique: Optimization of spray condition and relationship between microstructure and performance
RU2762689C1 (ru) Способ упрочнения аддитивных изделий из электроэрозионных кобальтохромовых порошков

Legal Events

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

Effective date: 20200406