RU2705488C1 - Method of producing coating on steel substrate - Google Patents
Method of producing coating on steel substrate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2705488C1 RU2705488C1 RU2019112733A RU2019112733A RU2705488C1 RU 2705488 C1 RU2705488 C1 RU 2705488C1 RU 2019112733 A RU2019112733 A RU 2019112733A RU 2019112733 A RU2019112733 A RU 2019112733A RU 2705488 C1 RU2705488 C1 RU 2705488C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- steel substrate
- temperature
- copper
- zinc
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на поверхности изделий, а именно к способам получения покрытий с использованием неорганического порошка, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения.The invention relates to a technology for coating on the surface of products, and in particular to methods for producing coatings using inorganic powder, and can be used in various industries.
Известен способ латунирования (Патент RU 2048603 C1 от 20.11.1995), который включает гальванические процессы последовательного нанесения слоя меди и цинка на поверхность стальных изделий и последующую двухступенчатую термическую обработку при температуре 450-550°С и 300-450°С для прохождения процесса диффузии и формирования структуры и фаз, присущих латуни. К недостаткам данного способа относятся необходимость тщательной подготовки поверхности стальных изделий и контроле качества химических растворов для получения хороших адгезионных свойств покрытия, при этом гальванические методы относятся к числу вредных технологических производств с высокими энергетическими затратными показателями.A known method of brass plating (Patent RU 2048603 C1 of November 20, 1995), which includes galvanic processes of sequentially depositing a layer of copper and zinc on the surface of steel products and subsequent two-stage heat treatment at a temperature of 450-550 ° C and 300-450 ° C to undergo the diffusion process and the formation of the structure and phases inherent in brass. The disadvantages of this method include the need for thorough preparation of the surface of steel products and quality control of chemical solutions to obtain good adhesive properties of the coating, while galvanic methods are among the harmful technological industries with high energy consumption.
Наиболее близким к заявляемому решению является способ получения покрытия, который заключается в нанесении ускоренной газовым потоком, нагретым до температуры 540°, механической смеси порошков, состоящей из металлов и химического соединения (оксида алюминия - корунда). Для нанесения покрытия латуни используется механическая смесь частиц меди, цинка и корунда в весовом соотношении компонентов Cu : Zn : Al2 O3 = 35% : 35% : 30% марки (С - 01 - 11) (Патент RU 2109842 от 27.04.1998).Closest to the claimed solution is a method for producing a coating, which consists in applying an accelerated gas stream heated to a temperature of 540 °, a mechanical mixture of powders consisting of metals and a chemical compound (aluminum oxide - corundum). For coating brass, a mechanical mixture of particles of copper, zinc and corundum is used in a weight ratio of the components Cu: Zn: Al 2 O 3 = 35%: 35%: 30% grade (C - 01 - 11) (Patent RU 2109842 from 04/27/1998 )
Этот способ не трудоемок; не требует больших материальных затрат и позволяет наносить покрытие на плоские и цилиндрические поверхности, включая локальные участки, однако покрытия, полученные таким способом, обладают низкой прочностью, которая не превышает 78 МПа, при этом полученная узкая полоса наносимого покрытия за один проход связана с высоким расходом механической смеси частиц при низком осаждении ее на поверхность изделия.This method is not laborious; does not require large material costs and allows coating on flat and cylindrical surfaces, including local areas, however, coatings obtained in this way have low strength, which does not exceed 78 MPa, while the resulting narrow strip of coating in one pass is associated with high consumption mechanical mixture of particles with low deposition of it on the surface of the product.
Задачей заявляемого решения является улучшение качества покрытия, а именно повышения когезионной прочности покрытия латуни.The objective of the proposed solution is to improve the quality of the coating, namely increasing the cohesive strength of the coating of brass.
Решение поставленной задачи в предлагаемом способе, заключается в оптимизации термической обработки нанесенного покрытия для повышения когезионной прочности покрытия латуни.The solution of the problem in the proposed method is to optimize the heat treatment of the applied coating to increase the cohesive strength of the brass coating.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе получение покрытия, осуществляют путем нанесения порошкового материала, включающего предварительный нагрев сжатого воздуха до температуры 430°-470°С, подачу его в сверхзвуковое сопло для формирования высокоскоростного воздушного потока, в который вводят механическую смесь порошков меди, цинка и оксида алюминия, в соотношение по массе Cu : Zn : Al2O3 = 35% : 35% : 30% для нанесения покрытия. Покрытие наносится в несколько слоев со смещением последующего слоя относительно предыдущего на 2,5-3,5 мм с коэффициентом перекрытия площади смежными слоями на 50-55% с последующей объемной термической обработкой сформированного покрытия при температуре 405-415°С в течение 60-180 мин.The goal is achieved in that in the proposed method, the coating is carried out by applying a powder material, including pre-heating compressed air to a temperature of 430 ° -470 ° C, feeding it into a supersonic nozzle to form a high-speed air stream into which a mechanical mixture of copper powders is introduced , zinc and aluminum oxide, in the ratio by weight of Cu: Zn: Al 2 O 3 = 35%: 35%: 30% for coating. The coating is applied in several layers with a displacement of the subsequent layer relative to the previous one by 2.5-3.5 mm with a coefficient of overlapping of the area by adjacent layers by 50-55%, followed by volumetric heat treatment of the formed coating at a temperature of 405-415 ° C for 60-180 min
Получение положительного эффекта в предлагаемом способе достигается за счет того, что в нанесенном покрытии на основе механической смеси порошков оксида алюминия, меди и цинка при его термической обработке проходят процессы диффузии (взаимодиффузии), в результате чего формируются твердые растворы и интерметаллические соединения, которые имеют значительные отличия в механических свойствах. Регулируя за счет времени термической обработки покрытия фазовый состав и количественное соотношение структурных составляющих можно добиться оптимальных механических характеристик.Obtaining a positive effect in the proposed method is achieved due to the fact that in the applied coating based on a mechanical mixture of alumina, copper and zinc oxide powders during its heat treatment, diffusion (interdiffusion) processes take place, as a result of which solid solutions and intermetallic compounds are formed, which have significant differences in mechanical properties. By adjusting the phase composition and the quantitative ratio of structural components due to the time of heat treatment of the coating, optimal mechanical characteristics can be achieved.
Положительный результат подтверждается результатами исследований структуры и механических испытаний свойств покрытия на основе механической смеси частиц меди и цинка и показан в конкретных примерах.A positive result is confirmed by the results of studies of the structure and mechanical testing of the properties of the coating based on a mechanical mixture of copper and zinc particles and is shown in specific examples.
Пример 1,Example 1
Напыление покрытия проводят по предлагаемому способу как показано на фиг. 1.The coating is sprayed according to the proposed method as shown in FIG. one.
На стальную основу 1 наносят покрытие 2 на основе механической смеси частиц меди, цинка и корунда по способу, предложенному в Патенте RU 2109842 от 27.04.1998.The
Последующее нанесение покрытия проводится при температуре потока воздуха 450°С и скорости перемещения сменного сопла относительно поверхности образца 10 мм/с при расстоянии от среза сменного сопла до поверхности 10 мм.Subsequent coating is carried out at an air flow temperature of 450 ° C and a speed of movement of the replaceable nozzle relative to the surface of the sample 10 mm / s at a distance from the cut of the replaceable nozzle to the surface of 10 mm.
Так, как технология газодинамического напыления позволяет наносить за один проход слой металла шириной не более 5,5 мм, в сечении имеющий форму сегмента, то для получения сплошного покрытия равной толщины, необходимо наносить слои параллельно со смещением наносимого слоя металла относительно ранее нанесенного.Since gas-dynamic spraying technology makes it possible to apply a single layer of metal with a width of not more than 5.5 mm in a single section in the section, in order to obtain a continuous coating of equal thickness, it is necessary to apply layers in parallel with the displacement of the applied metal layer relative to the previously applied.
Нанесение покрытия на всю поверхность образца из стали 40Х проводят при смещении последующего наносимого слоя металла относительно ранее нанесенного слоя на:The coating on the entire surface of the sample of steel 40X is carried out with the displacement of the subsequent applied metal layer relative to the previously applied layer by:
а) 2 мм (коэффициент перекрытия одного слоя другим (К пер.) составляет 62%);a) 2 mm (the overlap coefficient of one layer by another (K lane) is 62%);
б) 3 мм (К пер. 55%).b) 3 mm (K lane 55%).
Фиг. 1 Смещение слоев покрытия последующего слоя относительно предыдущего на 2,5-3,5 мм. 1 - стальная основа, 2 - покрытие (1 слой, 2 слой, 3 слой)FIG. 1 Displacement of the coating layers of the subsequent layer relative to the previous one by 2.5-3.5 mm. 1 - steel base, 2 - coating (1 layer, 2 layer, 3 layer)
Проведенные металлофизические исследования показывают, что:Metallophysical studies show that:
- химический состав покрытия практически не отличается и в первом случае массовая доля меди и цинка составляет - 62,5% : 35,3%, а во втором - 64,8% : 35,0% (остальное оксид алюминия).- the chemical composition of the coating practically does not differ and in the first case the mass fraction of copper and zinc is - 62.5%: 35.3%, and in the second - 64.8%: 35.0% (the rest is aluminum oxide).
- при смещении сопла на 3 мм в структуре покрытия выявляется медь, массовая доля которого составляет ≈ 58%, цинк в количестве ≈ 23% и твердый раствор на основе цинка (η фазу) в количестве ≈ 19%.- when the nozzle is shifted by 3 mm, copper is detected in the coating structure, the mass fraction of which is ≈ 58%, zinc in the amount of ≈ 23% and the solid solution based on zinc (η phase) in the amount of ≈ 19%.
- при смещении наносимого слоя на 2 мм в структуре выявляется медь, массовая доля которого составляет ≈ 58,0%, цинк в количестве ≈ 9,0%, интерметаллические (электронные) соединения на базе CuZn3 (ε-фаза) и Cu5 Zn8 (γ-фаза), массовая доля которых не превышает 11,4% и 33,0% соответственно.- when the applied layer is shifted by 2 mm, copper is detected in the structure, the mass fraction of which is ≈ 58.0%, zinc in the amount of ≈ 9.0%, intermetallic (electronic) compounds based on CuZn 3 (ε phase) and Cu 5 Zn 8 (γ-phase), the mass fraction of which does not exceed 11.4% and 33.0%, respectively.
Так как интерметаллические соединения, массовая доля которых составляет ≈ 45% обладают низкой пластичностью и прочностью, то последующие эксперименты, исследования и испытания проводились на покрытии нанесенном при смещении сменного сопла на 2,5-3,5 мм (Кпер. 55%). В примерах 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 изменяется параметр времени термообработки для анализа влияния его на качество покрытия.Since intermetallic compounds, the mass fraction of which is ≈ 45%, have low ductility and strength, subsequent experiments, studies, and tests were carried out on a coating deposited with an offset nozzle offset by 2.5-3.5 mm (Kper. 55%). In examples 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, the heat treatment time parameter is changed to analyze its effect on the quality of the coating.
Процесс нанесения покрытия проводят по технологии, описанной в примере 1 при смещении сменного сопла на 2,5-3,5 мм (К пер. 55%) и затем сформированное покрытие подвергают объемной термической обработке в печи при температуре ниже температуры плавления цинка (≈ 420°С), а именно в диапазоне 405-415°С в течение 3,5, 10, 20, 40, 60 и 180 мин. Далее поверхность покрытия обрабатывается режущим инструментом до получения толщины (≈ 1 мм) для проведения рентгеноструктурного фазового анализа и испытания на когезионную прочность металла покрытия методом «кольцевого отрыва».The coating process is carried out according to the technology described in example 1 with a removable nozzle offset by 2.5-3.5 mm (K lane 55%) and then the formed coating is subjected to volumetric heat treatment in a furnace at a temperature below the zinc melting temperature (≈ 420 ° C), namely in the range of 405-415 ° C for 3.5, 10, 20, 40, 60 and 180 minutes. Next, the surface of the coating is treated with a cutting tool to obtain a thickness (≈ 1 mm) for conducting an X-ray phase analysis and testing for the cohesive strength of the coating metal by the "ring detachment" method.
Результаты рентгеноструктурного фазового анализа представлены в таблице 1.The results of x-ray phase analysis are presented in table 1.
Как видно из представленных результатов, термическая обработка за счет диффузии (взаимодиффузии) компонентов приводит к изменению фазового состава покрытия, а именно формированию твердого раствора цинка в меди (α - тв. р-р), который имеет высокие характеристики прочности и пластичности и интерметаллических соединений: CuZn (β' фаза) и Cu5 Zn8 (γ фаза), которые имеют низкую прочность и пластичность.As can be seen from the presented results, heat treatment due to the diffusion (interdiffusion) of the components leads to a change in the phase composition of the coating, namely the formation of a solid solution of zinc in copper (α - solid solution), which has high strength and ductility and intermetallic compounds : CuZn (β 'phase) and Cu 5 Zn 8 (γ phase), which have low strength and ductility.
Результаты испытания на когезионную прочность металла покрытия методом «кольцевого отрыва» представлены на фиг. 2.The results of the test for cohesive strength of the coating metal by the method of "ring detachment" are presented in FIG. 2.
Фиг. 2 Зависимость когезионной прочности покрытий на основе смеси частиц меди и цинка от времени термической обработки.FIG. 2 Dependence of the cohesive strength of coatings based on a mixture of copper and zinc particles on the time of heat treatment.
Кстезионная прочность металла покрытия, полученного по способу прототипу (пример 1) имеет величину 78 МПа, что несколько ниже, чем когезия покрытия меди (88 МПа) и цинка (95 МПа), нанесенного при аналогичной температуре напыления.The cohesive strength of the coating metal obtained by the method of the prototype (example 1) has a value of 78 MPa, which is slightly lower than the cohesion of the coating of copper (88 MPa) and zinc (95 MPa) applied at a similar spraying temperature.
Термическая обработка покрытия в течение 3-20 мин снижает когезионную прочность нанесенного слоя металла ниже уровня образца - прототипа (78 МПа). Наиболее значительное падение наблюдается после термической обработки в течение 3 мин (≈ 64,6 МПа) и 20 мин (≈ 42,6 МПа), что обусловлено формированием электронного соединения - гамма (γ) фазы Cu5 Zn8, массовая доля которого достигает 44% и соединения бетта (β') фазы на базе CuZn с максимальным содержанием 28% (табл. 1).Heat treatment of the coating for 3-20 minutes reduces the cohesive strength of the deposited metal layer below the level of the prototype sample (78 MPa). The most significant drop is observed after heat treatment for 3 min (≈ 64.6 MPa) and 20 min (≈ 42.6 MPa), which is caused by the formation of the electronic compound - gamma (γ) phase Cu 5 Zn 8 , the mass fraction of which reaches 44 % and betta (β ') compounds based on CuZn with a maximum content of 28% (Table 1).
Повышение механических свойств покрытия наблюдается при увеличении времени выдержки до 40 мин за счет снижения содержания электронных соединений и повышения содержания твердого раствора цинка в меди (табл. 1, фиг. 2). При данном режиме термической обработки массовая доля меди и α - твердого раствора превышает массовую долю интерметаллических соединений.An increase in the mechanical properties of the coating is observed with an increase in the exposure time to 40 min due to a decrease in the content of electronic compounds and an increase in the content of zinc solid solution in copper (Table 1, Fig. 2). In this heat treatment mode, the mass fraction of copper and α - solid solution exceeds the mass fraction of intermetallic compounds.
Термическая обработка покрытия на основе частиц меди и цинка при времени выдержки 60 минут позволяет получить слой металла, у которого когезионная прочность на 18% (92 МПа) выше исходной когезионной прочности образца - эталона (78 МПа) (пример 1). При данном режиме термической обработки массовая доля меди и α - твердого раствора превышает массовую долю интерметаллических соединений почти в два раза, что и обуславливает повышение когезии покрытия.Heat treatment of a coating based on copper and zinc particles with a holding time of 60 minutes allows us to obtain a metal layer whose cohesive strength is 18% (92 MPa) higher than the initial cohesive strength of the reference sample (78 MPa) (example 1). In this heat treatment mode, the mass fraction of copper and α - solid solution exceeds the mass fraction of intermetallic compounds by almost two times, which leads to an increase in the cohesion of the coating.
Дальнейшее увеличение времени термической обработки до 180 мин приводит к незначительному повышению когезии нанесенного слоя металла покрытия.A further increase in the heat treatment time to 180 min leads to a slight increase in the cohesion of the applied coating metal layer.
Нанесение покрытия по предложенному способу позволяет повысить адгезионную прочность покрытия медь-цинк на 18% по сравнению с прототипом за счет изменения структуры покрытия при послойном нанесении со смещением наносимого слоя металла относительно ранее нанесенного на 2,5-3,5 мм и последующей термической обработки в интервале температур 405-415°С и времени 60-180 мин.The coating according to the proposed method allows to increase the adhesive strength of the copper-zinc coating by 18% compared with the prototype due to changes in the structure of the coating during layer-by-layer application with a shift of the applied metal layer relative to previously deposited by 2.5-3.5 mm and subsequent heat treatment in temperature range 405-415 ° C and a time of 60-180 minutes
Использование в данном изобретении способ позволяет повысить качество и ресурс эксплуатации стальных деталей с покрытием латуни.The use of the method in this invention improves the quality and service life of steel parts with a brass coating.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019112733A RU2705488C1 (en) | 2019-04-25 | 2019-04-25 | Method of producing coating on steel substrate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019112733A RU2705488C1 (en) | 2019-04-25 | 2019-04-25 | Method of producing coating on steel substrate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2705488C1 true RU2705488C1 (en) | 2019-11-07 |
Family
ID=68500774
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019112733A RU2705488C1 (en) | 2019-04-25 | 2019-04-25 | Method of producing coating on steel substrate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2705488C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2806453C1 (en) * | 2023-03-29 | 2023-11-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method for producing brass coating with steel substrate by gas-dynamic spraying |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2038411C1 (en) * | 1993-11-17 | 1995-06-27 | Совместное предприятие "Петровский трейд хаус" | Method for application of coatings |
| RU2109842C1 (en) * | 1997-06-03 | 1998-04-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью Обнинский Центр Порошкового Напыления | Method for deposition of coatings |
| RU2183695C2 (en) * | 2000-08-25 | 2002-06-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Обнинский Центр Порошкового Напыления | Method of applying coatings |
| RU2542196C1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of coating application on metal substrate |
| RU2572953C1 (en) * | 2014-06-20 | 2016-01-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Aluminium element of current distributor and method for its production |
| EP1790752B1 (en) * | 2005-11-24 | 2017-03-15 | Oerlikon Metco AG, Wohlen | Thermal spray material, sprayed coating, thermal spray method and coated component |
-
2019
- 2019-04-25 RU RU2019112733A patent/RU2705488C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2038411C1 (en) * | 1993-11-17 | 1995-06-27 | Совместное предприятие "Петровский трейд хаус" | Method for application of coatings |
| RU2109842C1 (en) * | 1997-06-03 | 1998-04-27 | Общество С Ограниченной Ответственностью Обнинский Центр Порошкового Напыления | Method for deposition of coatings |
| RU2183695C2 (en) * | 2000-08-25 | 2002-06-20 | Общество С Ограниченной Ответственностью Обнинский Центр Порошкового Напыления | Method of applying coatings |
| EP1790752B1 (en) * | 2005-11-24 | 2017-03-15 | Oerlikon Metco AG, Wohlen | Thermal spray material, sprayed coating, thermal spray method and coated component |
| RU2542196C1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method of coating application on metal substrate |
| RU2572953C1 (en) * | 2014-06-20 | 2016-01-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Aluminium element of current distributor and method for its production |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2806453C1 (en) * | 2023-03-29 | 2023-11-01 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (ИМАШ РАН) | Method for producing brass coating with steel substrate by gas-dynamic spraying |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yandouzi et al. | WC-based cermet coatings produced by cold gas dynamic and pulsed gas dynamic spraying processes | |
| CN101180414B (en) | Metal-coated steel strip | |
| CN102301035B (en) | Galvannealed Steel Sheet And Process For Production Thereof | |
| CN107012419B (en) | Method for producing a metal sheet having a Zn-Al-Mg-oiled coating and corresponding metal sheet | |
| RU2439198C2 (en) | Production method of wear resistant composite nano-structured coating | |
| CN111032914A (en) | Coated metal substrate | |
| CN100591794C (en) | Galvanizing method of hot dip galvanizing steel plate | |
| CN114787419A (en) | Method for producing a flat steel product having a zinc-based metal protective layer and a phosphate coating produced on the surface of the metal protective layer, and flat steel product of this type | |
| RU2705488C1 (en) | Method of producing coating on steel substrate | |
| Chung et al. | Effects of heat treatment on microstructure evolution and corrosion performance of mechanically plated zinc coatings | |
| RU2542196C1 (en) | Method of coating application on metal substrate | |
| Liu et al. | Quantitative characteristics of FeCrAl films deposited by arc and high-velocity arc spraying | |
| RU2354749C2 (en) | Method for making nanostructured functional-gradient wear-resistant coating | |
| CN101323942B (en) | Production method of hot dip galvanizing steel plate | |
| Dobrzański et al. | Effect of depositing the hard surface coatings on properties of the selected cemented carbides and tool cermets | |
| WO2023244716A1 (en) | Busbar contact coatings by cold spray deposition | |
| RU2362839C1 (en) | Method of applying nanostructurised wear-resistant electroconductive coverings | |
| JPH03184770A (en) | Metal surface treatment method | |
| CN106191790A (en) | The preparation method of wear-resistant coating | |
| Winnicki et al. | Effect of gas pressure and temperature on stereometric properties of Al+ Al 2 O 3 composite coatings deposited by LPCS method | |
| RU2806453C1 (en) | Method for producing brass coating with steel substrate by gas-dynamic spraying | |
| Karslioğlu et al. | Reciprocating Wear Behavior of Ni-Co alloys produced by pulse current electrodeposition | |
| RU2551037C2 (en) | Method for obtaining wear and corrosion resistant gradient coating | |
| Rao et al. | Erosion behaviour of HVOF sprayed SiC-WC-Cr3C2 multilayer coating on 304 stainless steel | |
| Winnicki et al. | Corrosion resistance of tin coatings deposited by different methods |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20201022 Effective date: 20201022 |