RU2699602C1 - Способ лазерного упрочнения металлических поверхностей - Google Patents
Способ лазерного упрочнения металлических поверхностей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2699602C1 RU2699602C1 RU2019109762A RU2019109762A RU2699602C1 RU 2699602 C1 RU2699602 C1 RU 2699602C1 RU 2019109762 A RU2019109762 A RU 2019109762A RU 2019109762 A RU2019109762 A RU 2019109762A RU 2699602 C1 RU2699602 C1 RU 2699602C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- carbon
- iron
- temperature
- coke
- Prior art date
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
- B23K26/352—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING 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
- C23C—COATING 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
- C23C28/00—Coating 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Изобретение относится к химико-термической обработке металлических, в первую очередь стальных, поверхностей с применением лазерных установок и оригинальных химических составов и может быть использовано для нанесения покрытий на любые поверхности. На металлическую поверхность наносят коксующийся термореактивный полимерный состав, превращающийся после прогрева в единую макромолекулу, содержащую одновременно атомы азота, титана и углерода. Под воздействием температуры, создаваемой лазерным лучом, состав деструктурирует, высвобождая высокоактивные атомы азота, титана и углерода, которые вступают в реакцию с образованием преимущественно нитрида титана с примесями карбида железа в среде пористого кокса. Затем температуру поднимают для деструкции кокса, а на оплавленной поверхности железоуглеродистого сплава остается более легкий слой твердых частиц. Способ обеспечивает повышение твердости и термической устойчивости железоуглеродистых сплавов за счет образования на их поверхности слоя нитрида титана с примесью карбида титана. 4 пр.
Description
Изобретение относится к области химико-термической обработки железоуглеродистых металлических поверхностей, обеспечивающей повышение твердости, других прочностных свойств и термостойкости материала.
Известно, что наиболее высокой поверхностной твердостью и термостойкостью обладают нитриды и карбиды отдельных видов металлов, которые по указанным показателям превосходят любые марки сталей. А среди нитридов по показателю микротвердости (2000 кг/мм2, на уровне алмаза) и температуре плавления (3000°С) на первом месте стоит нитрид титана, образующийся при взаимодействии атомов азота и титана. Однако осуществить процесс образования нитрида титана на упрочняемой металлической поверхности путем нанесения титана и воздействием на него азота невозможно, поскольку температура плавления титана (1668°С) выше температуры плавления сталей, а реакция образования нитрида проходит при 1200°С, т.е. намного ниже температуры плавления титана. Кроме того, газообразный азот невозможно удержать на поверхности металла.
Авторами разработан способ осуществления химико-термической обработки металлических, в первую очередь стальных поверхностей, с использованием лазерных установок и оригинальных химических составов.
Известен способ повышения поверхностной твердости и износостойкости покрытий путем напыления самофлюсующегося порошкового сплава из смеси хрома, никеля, марганца, бора, кремния и железа (А.С. СССР №1615222 А1, КЛ С23С 4/04, В23К 26/00 опубл. 23.12.90). Недостатком указанного способа является низкая прочность и термическая устойчивость по сравнению с нитридами большинства металлов.
Ближайшим прототипом заявляемого изобретения является способ обработки поверхности железоуглеродистых сплавов, включающий нанесение износостойкого покрытия из самофлюсующегося сплава на поверхность трения и последующее оплавление его лазерным лучом (см. патент RU 2161211 С1 от 12.01.2000 г.).
Метод применим для нанесения покрытий на любые поверхности, а не только на поверхности трения.
Однако самофлюсующийся сплав, представляющий собой смесь из семи порошков металлов, включая молибден и ниобий, с добавками бора и кремния, уступает по показателю поверхностной твердости и термостойкости нитридам любых металлов и особенно нитриду титана. Кроме того, порошки таких металлов, как молибден, ниобий и др., представляют собой крайне дорогие компоненты, получаемые по сложным технологиям.
Целью заявляемого изобретения является повышение твердости и термической устойчивости железоуглеродистых сплавов за счет образования на их поверхности слоя нитрида титана с примесью карбида титана.
Поставленная цель достигается тем, что на металлическую поверхность наносится коксующийся термореактивный полимерный состав, превращающийся после прогрева при температуре ~ 120÷170°С в единую макромолекулу, содержащую одновременно атомы азота, титана и углерода, которая под воздействием температуры 1200÷1300°С, создаваемой лазерным лучом, деструктурирует, высвобождая высокоактивные атомы азота, титана и углерода, которые вступают в реакцию, образуя преимущественно нитрид титана с примесями карбида железа в среде пористого кокса, сохраняющегося при температуре 1200÷1300°С, после чего температуру поднимают до 1600÷1800°С, при этом кокс деструктурирует, а на оплавленной поверхности железоуглеродистого сплава остается более легкий слой твердых частиц нитрида титана с примесью карбида титана (температура плавления которых ~ 3000°С).
Пример 1.
В реактор, снабженный обогревом и мешалкой, загружают эпоксидированный новолак (новолачную смолу промышленной марки ЭН-6), представляющий собой продукт эпоксидирования фенолформальдегидного новолака (в отвержденном состоянии имеет коксовое число 45%) (А), температуру повышают до +50°С, затем добавляют триэтаноламинотитанат (промышленная марка ТЭАТ) (Б) и коксующийся нефтяной пек (В) в соотношении А:Б:В=60:25:15. Смесь разбавляют добавкой ацетона до 5%. Приготовленную пастообразную смесь шпателем наносят на упрочняемую поверхность слоем 10 мм (или наливом при большем разбавлении). Затем нанесенный состав отверждают при 150°С в течение 12 минут. Отвержденный состав представляет собой полимер (макромолекула), с прочностью при сжатии 150 МПа, температурой начала деструкции 380°С, после деструкции при 1000°С коксовый остаток ~ 50%.
Отвержденное покрытие не разрушается под действием колебаний температур от -110°С до +120°С, случайных ударов и может быть подвергнуто лазерному воздействию в любое время после его отверждения.
Воздействие лазерным лучом осуществляют в два этапа. Первый этап -1250°С 12 минут, в течение которого полимер деструктирует, высвобождая чрезвычайно активные при этой температуре атомы титана, поглощающие также активные атомы азота*(* Поглощение азота титаном при высоких температурах описано во многих работах.), и атомы углерода, катализирующие реакцию образования нитрида титана. При этом подвижные атомы азота не рассеиваются благодаря образованию кокса - 50% от исходной массы. Второй этап - 1700°С 7 минут, во время которого деструктирует кокс и все возможные примеси, а на оплавленной поверхности металла образуется слой нитрида титана с примесью карбида титана (имеют температуру плавления ~ 3000°С), с микротвердостью 1900 кг/мм2 (на уровне алмаза).
Пример 2.
Осуществляют аналогично примеру 1, но соотношение компонентов наносимой смеси А:Б:В=70:10:20, которую наносят слоем 15 мм, отверждают при 120°С в течение 30 минут и подвергают лазерному воздействию при 1200°С в течение 20 минут, а затем 1800°С в течение 5 минут.Микротвердость покрытия 1950 кг/мм2. Термостойкость ~ 3000°С.
Пример 3.
Осуществляют аналогично примеру 1, но соотношение компонентов берут А:Б:В=50:40:10 и наносят слоем 5 мм, отверждают при 170°С в течение 5 минут и подвергают лазерному воздействию при 1300°С в течение 5 минут, а затем при 1600°С в течение 20 минут. Микротвердость покрытия 1850 кг/мм2. Термостойкость ~ 3000°С.
Пример 4.
Осуществляют аналогично примеру 1, но лазерному воздействию подвергают при 1800°С в течение 20 минут. Микротвердость покрытия 1950 кг/мм2. Термостойкость ~ 3000°С.
Claims (1)
- Способ лазерного упрочнения металлических поверхностей, включающий операцию нанесения износостойкого покрытия с последующим оплавлением лазерным лучом, отличающийся тем, что в качестве упрочняющего покрытия применяют отверждающуюся смесь эпоксидированного новолака (А), триэтаноламинотитаната (Б) и нефтяного пека (В) в соотношении А:Б:В от 70:10:20 до 50:40:10, которую наносят на поверхность металла слоем толщиной от 5 до 15 мм и отверждают при температуре от 120 до 170°С в течение от 5 до 30 минут, после чего подвергают воздействию лазерного луча, доводя температуру до 1200÷1300°С и поддерживая ее в течение от 5 до 20 минут до образования кокса и в его среде нитрида титана, затем повышают температуру до 1600÷1800°С и поддерживают ее в течение от 5 до 20 минут до деструкции и удаления кокса и примесей.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019109762A RU2699602C1 (ru) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | Способ лазерного упрочнения металлических поверхностей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019109762A RU2699602C1 (ru) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | Способ лазерного упрочнения металлических поверхностей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2699602C1 true RU2699602C1 (ru) | 2019-09-06 |
Family
ID=67851665
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019109762A RU2699602C1 (ru) | 2019-04-02 | 2019-04-02 | Способ лазерного упрочнения металлических поверхностей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2699602C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2735481C1 (ru) * | 2020-03-05 | 2020-11-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук" | Способ лазерной наплавки металлических покрытий |
RU2737104C1 (ru) * | 2020-03-05 | 2020-11-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук" | Препрег для шликерных покрытий, наносимых методом лазерной наплавки |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4698237A (en) * | 1985-01-04 | 1987-10-06 | Rolls-Royce Plc | Metal surface hardening by carbide formation |
JP2913032B1 (ja) * | 1998-05-18 | 1999-06-28 | 工業技術院長 | アルミニウム基板表面改質方法及び装置 |
RU2161211C1 (ru) * | 2000-01-12 | 2000-12-27 | Волгоградский государственный технический университет | Способ обработки поверхностей трения |
RU2445378C2 (ru) * | 2010-03-22 | 2012-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Лазерно-плазменные технологии" | Способ получения износостойкой поверхности металлов и их сплавов (варианты) |
RU2017106881A (ru) * | 2017-03-02 | 2018-09-04 | Владимир Павлович Бирюков | Способ лазерного упрочнения поверхности деталей |
-
2019
- 2019-04-02 RU RU2019109762A patent/RU2699602C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4698237A (en) * | 1985-01-04 | 1987-10-06 | Rolls-Royce Plc | Metal surface hardening by carbide formation |
JP2913032B1 (ja) * | 1998-05-18 | 1999-06-28 | 工業技術院長 | アルミニウム基板表面改質方法及び装置 |
RU2161211C1 (ru) * | 2000-01-12 | 2000-12-27 | Волгоградский государственный технический университет | Способ обработки поверхностей трения |
RU2445378C2 (ru) * | 2010-03-22 | 2012-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Лазерно-плазменные технологии" | Способ получения износостойкой поверхности металлов и их сплавов (варианты) |
RU2017106881A (ru) * | 2017-03-02 | 2018-09-04 | Владимир Павлович Бирюков | Способ лазерного упрочнения поверхности деталей |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2735481C1 (ru) * | 2020-03-05 | 2020-11-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук" | Способ лазерной наплавки металлических покрытий |
RU2737104C1 (ru) * | 2020-03-05 | 2020-11-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук" | Препрег для шликерных покрытий, наносимых методом лазерной наплавки |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2394072B1 (de) | Verfahren zur herstellung einer bremsscheibe | |
RU2699602C1 (ru) | Способ лазерного упрочнения металлических поверхностей | |
KR101279840B1 (ko) | 표면경화처리 합금철 물질 | |
EA018884B1 (ru) | Стали для кислых сред | |
CN111218611A (zh) | 具有金属基体和合金钢涂层的轴承组件 | |
CN102282278A (zh) | 制造包括硬质合金型的致密材料块体的具有性能梯度的部件的方法,以及所制得的部件 | |
RU2715273C1 (ru) | Состав для поверхностного лазерного упрочнения деталей из конструкционных сталей | |
Nair et al. | High‐performance microwave‐derived multi‐principal element alloy coatings for tribological application | |
RU2665651C2 (ru) | Фрикционный композиционный материал романит-фувлхч и способ его получения | |
Poirier et al. | Improvement of tool steel powder cold sprayability via softening and agglomeration heat treatments | |
Alias et al. | Effect of surface attrition on hardness on the hardness and wear properties of 304 stainless steels | |
EP0411244A1 (de) | Verschleissfeste Beschichtung und das Verfahren ihrer Herstellung | |
Kumar et al. | Deformation behavior of plasma sprayed Fe-based amorphous/nanocrystalline coating under multi-scale tribological contact | |
RU2430193C1 (ru) | Способ получения износостойких покрытий с помощью детонационного напыления | |
JP5371376B2 (ja) | ステンレス鋼製の加工品の表面硬化方法及び該方法の実施のための溶融塩 | |
RU2736289C1 (ru) | Способ азотирования деталей из легированных сталей | |
RU2716921C1 (ru) | Способ формирования высокопрочных покрытий на металлических поверхностях | |
RU2737796C1 (ru) | Состав компаунда для азотирования деталей из легированных сталей | |
RU2735481C1 (ru) | Способ лазерной наплавки металлических покрытий | |
Ramasamy et al. | Influence of Retained Austenite on Fatigue Performance of Carburized Gears | |
Toktaş et al. | Effect of boronizing parameters and matrix structures on the wear property of ductile iron | |
WO2017199079A1 (en) | Steel for producing railway wheels | |
JP7015181B2 (ja) | 摺動部材 | |
Alroy et al. | Microstructure, property and high-temperature wear performance of Cr3C2-based coatings deposited by conventional and ID-HVAF spray torches: A comparative study | |
Titov | Development of Wear-Resistant Monolithic Structural Steel Composition for Aircraft Gear Wheels Based on Phase Analysis |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210429 Effective date: 20210429 |