RU2712156C1 - Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper - Google Patents
Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper Download PDFInfo
- Publication number
- RU2712156C1 RU2712156C1 RU2019121063A RU2019121063A RU2712156C1 RU 2712156 C1 RU2712156 C1 RU 2712156C1 RU 2019121063 A RU2019121063 A RU 2019121063A RU 2019121063 A RU2019121063 A RU 2019121063A RU 2712156 C1 RU2712156 C1 RU 2712156C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- copper
- layer
- aluminum
- plates
- aluminum alloy
- 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
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/06—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of high energy impulses, e.g. magnetic energy
- B23K20/08—Explosive welding
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения износостойких покрытий на металлах с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано, например, при изготовлении пар трения в виде тормозных устройств и т.п.The invention relates to a technology for producing wear-resistant coatings on metals using the energy of explosives (BB) and can be used, for example, in the manufacture of friction pairs in the form of braking devices, etc.
Известен способ получения износостойких покрытий на алюминиевой и магниевой пластинах при котором составляют пакет из пластин из алюминия и магния с соотношением толщин 1:(0,67-3) при толщине пластины из алюминия, равной 2-3 мм. Сварку взрывом осуществляют при скорости детонации взрывчатого вещества 2250-3000 м/с, при этом высоту заряда взрывчатого вещества и сварочный зазор между свариваемыми пластинами выбирают из условия получения скорости соударения пластин, равной 540-650 м/с. Затем сваренную заготовку подвергают горячей прокатке при температуре 390-430°С с суммарным обжатием 40-70% при разовых обжатиях за каждый проход 8-10%. Полученную заготовку нагревают до температуры 410-430°С и выдерживают при этой температуре в течение 4-9 часов для образования в зоне соединения металлических слоев сплошной высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки. Заготовку охлаждают на воздухе и подвергают холодной прокатке с обжатием 2-4% для отделения алюминиевого слоя от магниевого по диффузионной интерметаллидной прослойке с формированием при этом на пластинах из алюминия и магния высокотвердых износостойких покрытий. За один технологический цикл на алюминиевой и магниевой пластинах одновременно получают износостойкие интерметаллидные покрытия со стабильной толщиной и твердостью (Патент РФ №2391191, МПК В23К 20/08, опубл. 10.06.2010, бюл. №16).A known method of obtaining wear-resistant coatings on aluminum and magnesium plates in which they make a package of plates of aluminum and magnesium with a ratio of thicknesses 1: (0.67-3) with a plate thickness of aluminum equal to 2-3 mm Explosion welding is carried out at an explosive detonation speed of 2250-3000 m / s, while the explosive charge height and the welding gap between the plates to be welded are selected from the condition for obtaining a plate collision speed of 540-650 m / s. Then the welded billet is subjected to hot rolling at a temperature of 390-430 ° C with a total compression of 40-70% with a single compression of each pass of 8-10%. The resulting preform is heated to a temperature of 410-430 ° C and maintained at this temperature for 4-9 hours to form a continuous high-hard intermetallic diffusion layer in the zone of the metal layers. The billet is cooled in air and subjected to cold rolling with a compression of 2-4% to separate the aluminum layer from the magnesium along the diffusion intermetallic layer with the formation of highly hard-wearing wear-resistant coatings on aluminum and magnesium plates. For one technological cycle, wear-resistant intermetallic coatings with stable thickness and hardness are simultaneously obtained on aluminum and magnesium plates (RF Patent No. 2391191, IPC V23K 20/08, published on 10.06.2010, bull. No. 16).
Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено наличием в его технологическом процессе весьма трудоемкой операции горячей прокатки сваренной заготовки, а также дополнительной операции холодной прокатки, предназначенной для отделения алюминиевого слоя от магниевого по диффузионной интерметаллидной прослойке, которая может приводить к образованию трещин в интерметаллидных покрытиях, снижающих качество получаемой продукции. Кроме того, твердость покрытий, получаемых этим способом не превышает 5,2-5,5 ГПа, а это весьма ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении ряда тормозных устройств, пар трения и т.п.This method has a low technical level, which is due to the presence in its technological process of a very laborious operation of hot rolling of a welded billet, as well as an additional cold rolling operation designed to separate the aluminum layer from the magnesium layer along the diffusion intermetallic layer, which can lead to the formation of cracks in intermetallic coatings reducing the quality of the products. In addition, the hardness of the coatings obtained by this method does not exceed 5.2-5.5 GPa, and this greatly limits the possibility of using this method in the manufacture of a number of braking devices, friction pairs, etc.
Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения износостойких покрытий на поверхностях пластин из меди и магниевого сплава, при котором составляют двухслойный пакет, в котором плакирующая пластина выполнена из меди, а плакируемая - из магниевого сплава с заданным соотношением толщин, после чего сваривают его взрывом. Затем проводят термическую обработку сваренной заготовки при температуре 450-480°С в течение 6-10 часов для получения между слоями из меди и магниевого сплава сплошной высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки, состоящей из меди и компонентов магниевого сплава. Полученную заготовку охлаждают в водном растворе поваренной соли с ее концентрацией 5-10%, что приводит к самопроизвольному отделению медного слоя от слоя из магниевого сплава по диффузионной интерметаллидной прослойке с формированием при этом на пластинах из меди и из магниевого сплава высокотвердых износостойких покрытий. Способ обеспечивает одновременное получение высокотвердых износостойких покрытий на пластинах из меди и из магниевого сплава с малой амплитудой волн на их наружных поверхностях. (Патент РФ №2679814, МПК В23К 20/08, опубл. 13.02.2019, бюл. №5 - прототип).The closest in technical level and the achieved result is a method of obtaining wear-resistant coatings on the surfaces of copper and magnesium alloy plates, in which a two-layer package is made in which the clad plate is made of copper and the clad plate is made of magnesium alloy with a given thickness ratio, and then welded its explosion. Then heat treatment of the welded billet is carried out at a temperature of 450-480 ° C for 6-10 hours to obtain between the layers of copper and magnesium alloy a continuous high-hard intermetallic diffusion layer consisting of copper and magnesium alloy components. The resulting billet is cooled in an aqueous solution of sodium chloride with its concentration of 5-10%, which leads to spontaneous separation of the copper layer from the magnesium alloy layer along the diffusion intermetallic layer with the formation of highly hard-wearing wear-resistant coatings on copper and magnesium alloy plates. The method provides the simultaneous production of high-hard wear-resistant coatings on plates of copper and magnesium alloy with a small amplitude of the waves on their outer surfaces. (RF patent No. 2679814, IPC V23K 20/08, publ. 02/13/2019, bull. No. 5 - prototype).
Недостатком данного способа является невысокая твердость, не превышающая 2,7-2,8 ГПа, а, следовательно, и низкая износостойкость получаемых этим способом покрытий, а это весьма ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении ряда тормозных устройств и других пар трения, где требуется с повышенная долговечность. Кроме того, этим способом невозможно за один технологический цикл одновременно получать покрытия на пластинах из меди и алюминиевого сплава.The disadvantage of this method is the low hardness not exceeding 2.7-2.8 GPa, and, consequently, the low wear resistance of the coatings obtained by this method, and this greatly limits the possibilities of using this method in the manufacture of a number of braking devices and other friction pairs, where required with increased durability. In addition, in this way it is impossible to simultaneously obtain coatings on plates of copper and aluminum alloy in one technological cycle.
В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа одновременного получения (за один технологический цикл) износостойких покрытий на пластинах из алюминиевого сплава и меди, с значительно большей твердостью, по новой технологической схеме формирования состава и свойств интерметаллидной диффузионной прослойки между металлическими слоями.In this regard, the most important task is to create a new method for the simultaneous production (in one technological cycle) of wear-resistant coatings on plates made of aluminum alloy and copper, with much greater hardness, according to a new technological scheme for the formation of the composition and properties of the intermetallic diffusion layer between metal layers.
Техническим результатом заявленного способа является создание новой технологии, обеспечивающей с помощью сварки взрывом на оптимальных режимах пластины из алюминиевого сплава с медной пластиной и последующих термических воздействий на сваренную заготовку путем создания в сваренной и термически обработанной заготовке благоприятной системы внутренних напряжений в процессе ее охлаждения в водном растворе поваренной соли с оптимальной концентрацией последней, одновременное получение на пластинах из алюминиевого сплава и меди высокотвердых износостойких покрытий с значительно большей твердостью, чем у изделий по прототипу, не склонных при этом к отслаиванию от металла как в процессе ускоренного охлаждения в процессе операции разделения выращенной интерметаллидной диффузионной прослойки, так и в процессе эксплуатации изделий с покрытиями в парах трения.The technical result of the claimed method is the creation of a new technology that ensures, by explosion welding, at optimal conditions, the aluminum alloy plate with the copper plate and subsequent thermal effects on the welded workpiece by creating a favorable internal stress system in the welded and heat-treated workpiece during its cooling in aqueous solution table salt with an optimal concentration of the latter, simultaneous production on plates of aluminum alloy and copper is highly hard wear-resistant coatings with significantly greater hardness than products of the prototype, which are not prone to peeling from metal, both during accelerated cooling during the separation operation of the grown intermetallic diffusion layer, and during the operation of products with coatings in friction pairs.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения износостойких покрытий на поверхностях пластин из алюминиевого сплава и меди, включающем составление двухслойного пакета из металлических пластин, размещение над ним заряда ВВ, осуществление сварки взрывом, термическую обработку двухслойной заготовки для получения между металлическими слоями интерметаллидной диффузионной прослойки, отделение металлических слоев друг от друга по диффузионной интерметаллидной прослойке путем охлаждения полученной заготовки в водном растворе поваренной соли с формированием при этом на поверхностях разнородных металлических слоев износостойких покрытий, составляют упомянутый пакет, в котором плакирующая пластина выполнена из алюминиевого сплава, а плакируемая - из меди, соотношение толщин плакирующей и плакируемой пластин в пакете выбирают равным 1:(1-3) при толщине плакирующей пластины, равной 2-5 мм, сварку взрывом пакета из металлических пластин осуществляют при скорости детонации заряда ВВ 2200-2580 м/с, при этом высоту заряда ВВ, а также сварочный зазор между пластинами в пакете выбирают из условия получения скорости соударения плакирующей пластины с плакируемой в пределах 430-500 м/с, термическую обработку сваренной заготовки проводят при температуре 350-530°С в течение 5-30 ч для получения между слоями из алюминиевого сплава и меди сплошной высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки из алюминия и меди, а затем осуществляют охлаждение полученной заготовки в водном растворе поваренной соли с концентрацией последней от 15 до 20%, обеспечивающее самопроизвольное отделение слоя из алюминиевого сплава от медного слоя по диффузионной интерметаллидной прослойке с формированием при этом на пластинах из алюминиевого сплава и меди высокотвердых износостойких покрытий, состоящих из интерметаллидов системы алюминий-медь.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method for the production of wear-resistant coatings on the surfaces of aluminum alloy and copper plates, including the preparation of a two-layer package of metal plates, placing an explosive charge above it, carrying out explosion welding, and heat treating a two-layer workpiece to obtain an intermetallic layer between the metal layers diffusion layer, separation of metal layers from each other along the diffusion intermetallic layer by cooling obtained of the blank in an aqueous solution of sodium chloride with the formation of surfaces of heterogeneous metal layers of wear-resistant coatings, make up the said package, in which the clad plate is made of aluminum alloy and the clad plate is made of copper, the ratio of the thickness of the clad and clad plates in the bag is chosen equal to 1: (1-3) with a clad plate thickness of 2-5 mm, explosion welding of a package of metal plates is carried out at a detonation velocity of explosive charge of 2200-2580 m / s, while the explosive charge height, as well as welding the azor between the plates in the bag is selected from the conditions for obtaining the collision speed of the clad plate with the clad plate within 430-500 m / s, the heat treatment of the welded billet is carried out at a temperature of 350-530 ° C for 5-30 hours to obtain between layers of aluminum alloy and copper continuous high-hardness intermetallic diffusion layer of aluminum and copper, and then carry out the cooling of the obtained workpiece in an aqueous solution of sodium chloride with a concentration of the latter from 15 to 20%, providing spontaneous separation of the layer and h of an aluminum alloy from a copper layer along a diffusion intermetallic layer with the formation of high-hardness wear-resistant coatings consisting of aluminum-copper intermetallic compounds on aluminum alloy and copper plates.
При реализации способа используется плакирующая пластина из алюминиевого сплава АМг6, содержащая с двух ее сторон слои из алюминия АД1 с толщиной каждого из них 0,2-0,3 мм.When implementing the method, a cladding plate of aluminum alloy AMg6 is used, containing on its two sides layers of aluminum AD1 with a thickness of each of 0.2-0.3 mm.
Новый способ получения износостойких покрытий на поверхностях пластин из алюминиевого сплава и меди имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по используемым материалам, составу и свойствам получаемых покрытий, так и по совокупности технологических приемов и режимов их получения. Так предложено составлять двухслойный пакет, в котором плакирующая пластина выполнена из алюминиевого сплава, а плакируемая - из меди, при этом соотношение толщин плакирующей и плакируемой пластин в пакете выбирают равным 1:(1-3) при толщине плакирующей пластины, равной 2-5 мм, что создает необходимые условия для получения качественных сварных соединений разнородных металлических слоев и получения при последующей термической обработке на межслойной границе сваренных металлических пластин сплошной высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки, состоящей из алюминия и меди.A new method for producing wear-resistant coatings on the surfaces of aluminum alloy and copper plates has significant differences compared with the prototype both in the materials used, the composition and properties of the resulting coatings, and in the combination of technological methods and modes for their preparation. It is proposed to make a two-layer package in which the clad plate is made of aluminum alloy and the clad plate is made of copper, while the ratio of the thickness of the clad and clad plates in the bag is chosen to be 1: (1-3) with the thickness of the clad plate equal to 2-5 mm , which creates the necessary conditions for obtaining high-quality welded joints of dissimilar metal layers and obtaining, during subsequent heat treatment at the interlayer boundary of the welded metal plates, a continuous high-hard intermetallic diffusion constant layer consisting of aluminum and copper.
При толщине плакирующей пластины менее 2 мм возможны ее неконтролируемые деформации при сварке взрывом, а также в процессе разделения металлических слоев. При толщине плакирующей пластины более 5 мм возможно появление оплавов в зоне соединения слоев при сварке взрывом, что снижает качество получаемых покрытий. При соотношении толщин плакирующей и плакируемой пластин в пакете, выходящим за рекомендованные пределы, возможно снижение качества получаемой продукции, либо увеличение доли металла, идущего в отходы после сварки взрывом.If the cladding plate is less than 2 mm thick, uncontrolled deformations are possible during explosion welding, as well as in the process of separation of metal layers. When the thickness of the clad plate is more than 5 mm, the appearance of fusions in the zone of connection of the layers during explosion welding, which reduces the quality of the resulting coatings. If the ratio of the thicknesses of the clad and clad plates in the bag exceeds the recommended limits, it is possible to reduce the quality of the products obtained, or to increase the proportion of metal that goes into waste after explosion welding.
Предложено сварку взрывом осуществлять при скорости детонации взрывчатого вещества 2200-2580 м/с, при этом высоту заряда взрывчатого вещества и сварочный зазор между слоями пакета выбирать из условия получения скорости соударения плакирующей пластины с плакируемой в пределах 430-500 м/с. При скорости детонации ВВ и скорости соударения пластин в пакете ниже нижних предлагаемых пределов в зоне соединения пластин возможно появление непроваров, что приводит к невозможности дальнейшего использования полученных заготовок. При скорости детонации ВВ и скорости соударения пластин выше верхних предлагаемых пределов в зоне соединения пластин возможно появление обширных оплавленных зон, а также может происходить избыточное волнообразование, что исключает возможность получения качественных износостойких покрытий на металлических поверхностях со стабильной толщиной. Кроме того, это приводит к неоправданно высокому расходу взрывчатых материалов в расчете на единицу продукции.Explosion welding is proposed to be carried out at an explosive detonation speed of 2200-2580 m / s, while the height of the explosive charge and the welding gap between the layers of the packet should be selected from the conditions for obtaining the collision speed of the clad plate with the clad plate within 430-500 m / s. When the detonation velocity of the explosive and the collision velocity of the plates in the package are lower than the proposed lower limits in the plate connection zone, lack of penetration is possible, which makes it impossible to further use the obtained blanks. When the detonation velocity of the explosive and the collision rate of the plates are higher than the upper suggested limits, extensive melted zones may appear in the plate connection zone, and excessive wave formation can occur, which excludes the possibility of obtaining high-quality wear-resistant coatings on metal surfaces with a stable thickness. In addition, this leads to an unreasonably high consumption of explosive materials per unit of production.
Предложено термическую обработку сваренной заготовки проводить при температуре 350-530°С в течение 5-30 часов для получения между слоями из алюминиевого сплава и меди и сплошной высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки, состоящей из алюминия и меди.It is proposed that heat treatment of the welded billet be carried out at a temperature of 350-530 ° C for 5-30 hours to obtain between the layers of aluminum alloy and copper and a continuous high-hard intermetallic diffusion layer consisting of aluminum and copper.
При температуре и времени выдержки ниже нижних предлагаемых пределов толщина получаемой диффузионной интерметаллидной прослойки оказывается недостаточной, что снижает служебные свойства получаемых изделий. Температура и время выдержки выше верхних предлагаемых пределов являются избыточными, поскольку при этом может происходить заметное ухудшение механических свойств металлических слоев из-за происходящих в них процессов рекристаллизации.At a temperature and holding time below the lower proposed limits, the thickness of the resulting diffusion intermetallic layer is insufficient, which reduces the service properties of the resulting products. The temperature and exposure time above the upper proposed limits are excessive, since there may be a noticeable deterioration in the mechanical properties of the metal layers due to the processes of recrystallization occurring in them.
Предложено использовать плакирующую пластину из алюминиевого сплава АМг6, содержащую с двух ее сторон слои из алюминия АД1 с толщиной каждого из них 0,2-0,3 мм, что обеспечивает высокую прочность получаемых изделий, необходимую при их эксплуатации. Один из плакирующих слоев из алюминия АД1 на поверхности сплава АМг6, при его диффузионном взаимодействии с медью в процессе термической обработки, способствует получению интерметаллидной прослойки необходимого состава, что, в свою очередь, обеспечивает высокую твердость и износостойкость получаемых покрытий. Слой из алюминия АД1 с другой стороны плакирующей пластины обеспечивает защиту ее поверхности в готовом изделии от коррозионного воздействия окружающей среды. Толщина алюминиевого слоя с одной стороны плакирующей пластины менее 0,2 мм приводит к снижению качества получаемых покрытий из-за появления в них нежелательных фаз, а с другой ее стороны это приводит к снижению защитных свойств алюминиевого слоя поверхности сплава АМг6 от окисления. Толщина слоев из алюминия АД1 на поверхности сплава АМг6 более 0,3 мм является избыточной, поскольку это приводит к снижению удельной прочности пластины из алюминиевого сплава с нанесенным на нее покрытием.It is proposed to use a cladding plate made of aluminum alloy AMg6 containing on its two sides layers of aluminum AD1 with a thickness of each of them 0.2-0.3 mm, which ensures high strength of the products obtained, necessary for their operation. One of the cladding layers of AD1 aluminum on the surface of the AMg6 alloy, during its diffusion interaction with copper during the heat treatment, contributes to the production of an intermetallic layer of the required composition, which, in turn, provides high hardness and wear resistance of the resulting coatings. The AD1 aluminum layer on the other side of the cladding plate protects its surface in the finished product from environmental corrosion. The thickness of the aluminum layer on one side of the clad plate less than 0.2 mm leads to a decrease in the quality of the resulting coatings due to the appearance of undesirable phases in them, and on the other hand, this leads to a decrease in the protective properties of the aluminum layer of the surface of the AMg6 alloy from oxidation. The thickness of the AD1 aluminum layers on the surface of the AMg6 alloy of more than 0.3 mm is excessive, since this leads to a decrease in the specific strength of the aluminum alloy plate coated with it.
Охлаждение заготовки после термообработки в водном растворе поваренной соли с концентрацией последней от 15 до 20% обеспечивает самопроизвольное, без дополнительных силовых воздействий, отделение слоя из алюминиевого сплава от медного по интерметаллидной диффузионной прослойке с формированием при этом на пластинах из алюминиевого сплава и меди высокотвердых износостойких покрытий. Концентрация поваренной соли в ее водном растворе менее 15% является недостаточной, поскольку при этом может происходить лишь частичное разделение металлических слоев. Ее концентрация более 20% является избыточной, поскольку это приводит к лишнему расходу поваренной соли в расчете на единицу продукции.Cooling the preform after heat treatment in an aqueous solution of sodium chloride with a concentration of the latter from 15 to 20% provides spontaneous, without additional force, separating the aluminum alloy layer from the copper layer through an intermetallic diffusion layer with the formation of highly hard-wearing wear-resistant coatings on aluminum alloy and copper plates . A concentration of sodium chloride in its aqueous solution of less than 15% is insufficient, since only partial separation of the metal layers can occur. Its concentration of more than 20% is excessive, since this leads to an excess consumption of salt per unit of production.
Предлагаемый способ получения износостойких покрытий на поверхностях пластин из алюминиевого сплава и меди осуществляется в следующей последовательности. Составляют двухслойный пакет из предварительно очищенных от окислов и загрязнений металлических пластин, в котором плакирующую пластину выполняют из алюминиевого сплава, АМг6, содержащую с двух ее сторон слои из алюминия АД1 с толщиной каждого из них 0,2-0,3 мм, плакируемую - из меди. Соотношение толщин плакирующей и плакируемой пластин в пакете выбирают равным 1:(1-3) при толщине плакирующего медного слоя равном 2-5 мм. Слои в пакете располагают параллельно друг другу на расстоянии технологического сварочного зазора. Укладывают полученный пакет на основание, размещенное на грунте. На поверхности плакирующей пластины пакета располагают защитную прослойку из высокоэластичного материала, например из резины, и контейнер с зарядом ВВ, после чего осуществляют сварку взрывом с инициированием процесса детонации в заряде ВВ с помощью электродетонатора. При сварке взрывом используют ВВ со скоростью детонации 2200-2580 м/с, при этом высоту заряда ВВ и сварочный зазор между пластинами пакета выбирают такими, чтобы скорость соударения плакирующей пластины с плакируемой была в пределах 430-500 м/с. Затем сваренную заготовку подвергают термической обработке, для чего ее нагревают до температуры 350-530°С, например, в электропечи и выдерживают при этой температуре в течение 5-30 ч для образования в зоне соединения металлических слоев сплошной высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки. Затем полученную заготовку охлаждают в водном растворе поваренной соли с ее концентрацией от 15 до 20%, что приводит к самопроизвольному отделению слоя из алюминиевого сплава от медного по интерметаллидной диффузионной прослойке с формированием при этом на пластинах из алюминиевого сплава и меди высокотвердых износостойких покрытий, состоящих из алюминия и меди.The proposed method of obtaining wear-resistant coatings on the surfaces of plates of aluminum alloy and copper is carried out in the following sequence. A two-layer package is made of metal plates previously cleaned of oxides and contaminants, in which the clad plate is made of an aluminum alloy, AMg6, containing AD1 aluminum layers on both sides with a thickness of 0.2-0.3 mm each, plated from copper. The ratio of the thicknesses of the cladding and cladding plates in the bag is chosen equal to 1: (1-3) with a cladding copper layer thickness of 2-5 mm. Layers in the package are arranged parallel to each other at a distance of the technological welding gap. Stack the resulting bag on a base placed on the ground. A protective layer of highly elastic material, for example, rubber, and a container with an explosive charge are placed on the surface of the cladding plate of the bag, after which explosion welding is initiated to initiate the detonation process in the explosive charge using an electric detonator. In explosion welding, explosives with a detonation velocity of 2200-2580 m / s are used, while the explosive charge height and the welding gap between the plate plates are chosen such that the collision speed of the clad plate with the clad plate is within 430-500 m / s. Then, the welded billet is subjected to heat treatment, for which it is heated to a temperature of 350-530 ° C, for example, in an electric furnace and kept at this temperature for 5-30 hours to form a continuous high-hard intermetallic diffusion interlayer in the zone of connection of metal layers. Then, the obtained preform is cooled in an aqueous solution of sodium chloride with its concentration from 15 to 20%, which leads to spontaneous separation of the aluminum alloy layer from the copper layer through an intermetallic diffusion layer with the formation of highly hard-wearing wear-resistant coatings on aluminum alloy and copper plates, consisting of aluminum and copper.
В результате одновременно получают на двух пластинах, одна из которых - из алюминиевого сплава АМг6, другая - из меди, сплошные высокотвердые износостойкие интерметаллидные покрытия на их поверхностях, состоящие из алюминия и меди, твердость которых на наружных поверхностях обоих пластин одинаковая и равна 11-12 ГПа, что в 4-4,4 раза больше, чем у покрытий по прототипу. В глубине, вплоть до границы с металлом алюминиевого сплава, твердость покрытия равна 6-7 ГПа, что в 2,1-2,5 раза выше, чем у покрытия по прототипу, а до границы с металлом медной пластины твердость покрытия равна 7-9 ГПа, что в 2,5-3,3 раза выше, чем у покрытий по прототипу. Благодаря переменной твердости покрытий по их толщине, снижающейся по мере приближения к металлу, полученные покрытия не склонны к отслаиванию от металла как в процессе ускоренного охлаждения в процессе операции разделения выращенной интерметаллидной диффузионной прослойки, так и в процессе эксплуатации полученных материалов в парах трения. Толщина покрытия на пластине из алюминиевого сплава составляет около 60% средней толщины диффузионной интерметаллидной прослойки, а на медной пластине - около 40%.As a result, two plates are simultaneously obtained, one of which is made of AMg6 aluminum alloy, the other is made of copper, continuous high-hard wear-resistant intermetallic coatings on their surfaces, consisting of aluminum and copper, whose hardness on the outer surfaces of both plates is the same and equal to 11-12 GPa, which is 4-4.4 times more than that of the coatings of the prototype. In depth, up to the border with the aluminum alloy metal, the coating hardness is 6-7 GPa, which is 2.1-2.5 times higher than that of the prototype coating, and the coating hardness is 7-9 up to the border with the copper plate metal GPa, which is 2.5-3.3 times higher than that of the coatings of the prototype. Due to the varying hardness of the coatings by their thickness, which decreases as they approach the metal, the coatings obtained are not prone to peeling off from the metal both during accelerated cooling during the separation of the grown intermetallic diffusion layer and during operation of the obtained materials in friction pairs. The coating thickness on the aluminum alloy plate is about 60% of the average thickness of the diffusion intermetallic layer, and on the copper plate is about 40%.
Пример 1 (см. таблицу, пример 1).Example 1 (see table, example 1).
Для составления двухслойного пакета под сварку взрывом берут две пластины, одна из которых из алюминиевого сплава АМг6, содержащая с двух ее сторон слои из алюминия АД1 с толщиной каждого из них 0,2-0,3 мм, другая - из меди M1 и очищают их соединяемые поверхности от окислов и загрязнений. Размеры плакирующей (метаемой) пластины из алюминиевого сплава: длина 300 мм, ширина 200 мм, толщина δ1=2 мм. У плакируемой пластины из меди длина и ширина такие же, а также и ее толщина δ2=2 мм, при этом соотношение толщин δ1:δ2=1:1. Для сварки взрывом выбираем взрывчатое вещество в виде аммонита 6ЖВ со скоростью детонации Dвв=2200 м/с, Взрывчатое вещество помещают в контейнер, например из электрокартона, с обеспечением высоты заряда ВВ высотой Нвв=10 мм, длиной 340 мм, шириной 240 мм. Из предлагаемого диапазона выбираем необходимую для надежной сварки скорость соударения Vc=430 м/с. Для обеспечения такой скорости с помощью компьютерной технологии, с учетом указанных выше параметров ВВ и свариваемых пластин, определяем величину необходимого сварочного зазора. Его величина в данном случае равна: h=0,8 мм.To prepare a two-layer bag for explosion welding, two plates are taken, one of which is made of aluminum alloy AMg6, containing layers of aluminum AD1 on both sides with a thickness of 0.2-0.3 mm each, and the other is made of copper M1 and cleaned connected surfaces from oxides and contaminants. The dimensions of the cladding (throwing) plate made of aluminum alloy: length 300 mm, width 200 mm, thickness δ 1 = 2 mm. The plated copper plate has the same length and width, as well as its thickness δ 2 = 2 mm, and the ratio of thicknesses is δ 1 : δ 2 = 1: 1. For explosion welding select explosive as 6GV ammonite with velocity of detonation D cc = 2200 m / s, explosive substance placed in a container, such as pressboard, with provision of the charge height BB height H cc = 10 mm, 340 mm long, 240 mm wide . From the proposed range, we select the impact velocity V c = 430 m / s necessary for reliable welding. To ensure this speed using computer technology, taking into account the above parameters of the explosive and the welded plates, we determine the amount of the required welding gap. Its value in this case is equal to: h = 0.8 mm.
После составления пакета из металлических пластин его укладывают на основание из древесностружечной плиты, размещенное на песчаном грунте. Основание имеет длину 320 мм, ширину 220 мм, толщину 20 мм. На поверхность плакирующей пластины укладывают защитную прослойку толщиной 1 мм из высокоэластичного материала - резины, защищающую поверхность метаемой плакирующей пластины от повреждений продуктами детонации ВВ, а на ее поверхности располагают контейнер с зарядом ВВ. Инициирование взрыва осуществляют с помощью электродетонатора. Направление детонации - вдоль свариваемого пакета из металлических пластин. У сваренного пакета, например, на фрезерном станке, обрезают боковые кромки с краевыми эффектами. Ширина удаленных кромок - по 10 мм каждой стороны сваренной заготовки.After compiling a package of metal plates, it is laid on a base of chipboard placed on sandy soil. The base has a length of 320 mm, a width of 220 mm, a thickness of 20 mm. A protective layer 1 mm thick of highly elastic material, rubber, is placed on the surface of the cladding plate, which protects the surface of the throwable clad plate from damage by explosive detonation products, and a container with an explosive charge is placed on its surface. The initiation of the explosion is carried out using an electric detonator. The direction of detonation is along the welded package of metal plates. In a welded bag, for example, on a milling machine, side edges with edge effects are cut off. The width of the removed edges is 10 mm on each side of the welded workpiece.
Термическую обработку сваренной заготовки проводят, например, в муфельной электропечи в специальном герметичном контейнере из коррозионностойкой стали при температуре 530°С в течение 5 ч, что приводит к образованию в зоне соединения металлических слоев сплошной высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки толщиной около 0,06 мм. Затем полученную заготовку охлаждают в водном растворе поваренной соли с концентрацией К=15%, что приводит к самопроизвольному отделению слоя из алюминиевого сплава от медного слоя по диффузионной интерметаллидной прослойке с формированием при этом на пластинах из алюминиевого сплава и меди высокотвердых износостойких покрытий, состоящих из интерметаллидов системы алюминий медь.Heat treatment of the welded billet is carried out, for example, in a muffle electric furnace in a special airtight container made of corrosion-resistant steel at a temperature of 530 ° C for 5 hours, which leads to the formation of a solid highly hard intermetallic diffusion layer in the zone of metal layers of a thickness of about 0.06 mm. Then, the obtained preform is cooled in an aqueous solution of sodium chloride with a concentration of K = 15%, which leads to spontaneous separation of the aluminum alloy layer from the copper layer along the diffusion intermetallic layer with the formation of highly hard-wearing wear-resistant coatings consisting of intermetallides on aluminum alloy and copper plates aluminum-copper systems.
В результате получают сразу на двух пластинах, одна из которых из алюминиевого сплава АМг6, другая - из меди, имеющих длину 280 мм, ширину 180 мм, толщину близкую к исходной, сплошные высокотвердые износостойкие интерметаллидные покрытия на их поверхностях, состоящих из алюминия и меди, твердость которых на их наружных поверхностях одинаковая и равна 11-12 ГПа, что в 4-4,4 раза больше, чем у покрытий по прототипу. В глубине, вплоть до границы с металлом алюминиевого сплава, твердость покрытия равна 6-7 ГПа, что в 2,1-2,5 раз выше, чем у покрытия по прототипу, а до границы с металлом медной пластины твердость покрытия равна 7-9 ГПа, что в 2,5-3,3 раза выше, чем у покрытий по прототипу. Благодаря переменной твердости покрытий по их толщине, снижающейся по мере приближения к металлу, полученные покрытия не склонны к отслаиванию от металла как в процессе ускоренного охлаждения в процессе операции разделения выращенной интерметаллидной диффузионной прослойки, так и в процессе эксплуатации полученных материалов в парах трения.The result is obtained immediately on two plates, one of which is made of aluminum alloy AMg6, the other is made of copper having a length of 280 mm, a width of 180 mm, a thickness close to the original, continuous high-hard wear-resistant intermetallic coatings on their surfaces consisting of aluminum and copper, the hardness of which on their outer surfaces is the same and equal to 11-12 GPa, which is 4-4.4 times greater than that of the coatings of the prototype. In depth, up to the border with the aluminum alloy metal, the hardness of the coating is 6-7 GPa, which is 2.1-2.5 times higher than that of the prototype coating, and to the border with the metal of the copper plate, the hardness of the coating is 7-9 GPa, which is 2.5-3.3 times higher than that of the coatings of the prototype. Due to the varying hardness of the coatings by their thickness, which decreases as they approach the metal, the coatings obtained are not prone to peeling off from the metal both during accelerated cooling during the separation of the grown intermetallic diffusion layer and during operation of the obtained materials in friction pairs.
Толщина покрытия на пластине из алюминиевого сплава - около 0,035 мм, на медной пластине - около 0,025 мм, что обеспечивает у них возможность достаточно длительной эксплуатации в парах трения.The thickness of the coating on the aluminum alloy plate is about 0.035 mm, on the copper plate - about 0.025 mm, which provides them with the possibility of a fairly long-term operation in friction pairs.
Пример 2 (см. таблицу, пример 2).Example 2 (see table, example 2).
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина плакирующей пластины из алюминиевого сплава δ1=3,5 мм. У плакируемой пластины из меди M1 толщина δ2=7 мм, при этом соотношение их толщин δ1:δ2=1:2. Для сварки взрывом выбираем ВВ со скоростью детонации Dвв=2310 м/с, представляющее собой смесь порошкообразного аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 3:1, Нвв=15 мм, скорость соударения Vc=460 м/с, сварочный зазор h=2 мм.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of the cladding plate of aluminum alloy δ 1 = 3.5 mm The clad plate made of copper M1 has a thickness of δ 2 = 7 mm, and the ratio of their thicknesses is δ 1 : δ 2 = 1: 2. For explosion welding select BB at a speed of detonation D cc = 2310 m / s, which is a mixture of the powdered ammonite 6GV with ammonium nitrate in the ratio 3: 1, H cc = 15 mm and impact speed V c = 460 m / s, the welding gap h = 2 mm.
Термическую обработку сваренной заготовки проводят, при температуре 450°С в течение 12 часов, что приводит к образованию в зоне соединения металлических слоев сплошной высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки толщиной около 0,04 мм.The heat treatment of the welded billet is carried out at a temperature of 450 ° C for 12 hours, which leads to the formation in the zone of connection of the metal layers of a continuous high-hard intermetallic diffusion layer with a thickness of about 0.04 mm.
Для самопроизвольного отделения слоя из алюминиевого сплава от медного слоя по интерметаллидной диффузионной прослойке полученную заготовку охлаждают в водном растворе поваренной соли с концентрацией К=18%.For spontaneous separation of the aluminum alloy layer from the copper layer along the intermetallic diffusion layer, the resulting preform is cooled in an aqueous solution of sodium chloride with a concentration of K = 18%.
Результаты получения покрытий на металлических пластинах те же, что в примере 1, но толщина покрытия на пластине из алюминиевого сплава - около 0,024 мм, на медной пластине - около 0,016 мм.The results of coatings on metal plates are the same as in example 1, but the coating thickness on the aluminum alloy plate is about 0.024 mm, on the copper plate is about 0.016 mm.
Пример 3 (см. таблицу, пример 3).Example 3 (see table, example 3).
То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина плакирующей пластины из алюминиевого сплава δ1=5 мм. У плакируемой пластины из меди M1 толщина δ2=15 мм, при этом соотношение их толщин δ1:δ2=1:3. Для сварки взрывом выбираем ВВ со скоростью детонации Dвв=2580 м/с, представляющее собой смесь порошкообразного аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 3:1, Нвв=20 мм, скорость соударения Vc=500 м/с, сварочный зазор h=3 мм.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of the cladding plate of aluminum alloy δ 1 = 5 mm The clad plate made of copper M1 has a thickness of δ 2 = 15 mm, and the ratio of their thicknesses is δ 1 : δ 2 = 1: 3. For explosion welding select BB with a detonation velocity D cc = 2580 m / s, which is a mixture of the powdered ammonite 6GV with ammonium nitrate in the ratio 3: 1, H cc = 20 mm and impact speed V c = 500 m / s, the welding gap h = 3 mm.
Термическую обработку сваренной заготовки проводят, при температуре 350°С в течение 30 ч, что приводит к образованию в зоне соединения металлических слоев сплошной высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки толщиной около 0,033 мм.Heat treatment of the welded billet is carried out at a temperature of 350 ° C for 30 hours, which leads to the formation of a continuous high-hard intermetallic diffusion interlayer in the zone of the metal layers connection of a thickness of about 0.033 mm.
Для самопроизвольного отделения слоя из алюминиевого сплава от медного слоя по интерметаллидной диффузионной прослойке полученную заготовку охлаждают в водном растворе поваренной соли с концентрацией К=20%. Результаты получения покрытий на металлических пластинах те же, что в примере 1, но толщина покрытия на пластине из алюминиевого сплава - около 0,02 мм, на медной пластине - около 0,013 мм.For spontaneous separation of the aluminum alloy layer from the copper layer along the intermetallic diffusion layer, the obtained preform is cooled in an aqueous solution of sodium chloride with a concentration of K = 20%. The results of coatings on metal plates are the same as in example 1, but the coating thickness on the aluminum alloy plate is about 0.02 mm, on a copper plate is about 0.013 mm.
При получении покрытий на металлических пластинах по прототипу (см. таблицу, пример 4) за один технологический цикл формируют износостойкие покрытия на металлических пластинах, одна из которых - из меди, другая - из магниевого сплава МА20, с твердостью покрытий на этих пластинах 2,7-2,8 ГПа, что в 2,1-4,4 раза ниже, чем у покрытия на пластине из алюминиевого сплава, полученного по предлагаемому способу, а в сравнении с покрытием по предлагаемому способу на медной пластине - ниже в 2,5-4,4 раза.Upon receipt of coatings on metal plates according to the prototype (see table, example 4), wear-resistant coatings are formed on metal plates in one technological cycle, one of which is made of copper, the other is made of MA20 magnesium alloy, with a coating hardness of 2.7 on these plates -2.8 GPa, which is 2.1-4.4 times lower than that of the coating on the aluminum alloy plate obtained by the proposed method, and in comparison with the coating of the proposed method on the copper plate is 2.5- lower 4.4 times.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019121063A RU2712156C1 (en) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019121063A RU2712156C1 (en) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2712156C1 true RU2712156C1 (en) | 2020-01-24 |
Family
ID=69184287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019121063A RU2712156C1 (en) | 2019-07-03 | 2019-07-03 | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2712156C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4867369A (en) * | 1986-11-07 | 1989-09-19 | Exploweld Ab | Method pertaining to the explosion welding of very thin metal layers |
| RU2202456C1 (en) * | 2001-08-27 | 2003-04-20 | Волгоградский государственный технический университет | Method for applying wear resistant coating on surfaces of steel parts |
| RU2373036C1 (en) * | 2008-05-20 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of fabrication of wear resistant coating |
| RU2560472C2 (en) * | 2013-08-08 | 2015-08-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Making of sandwiched material |
| RU2679814C1 (en) * | 2018-09-28 | 2019-02-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method for obtaining wear-resistant coatings on surfaces of copper and magnesium alloy plates |
-
2019
- 2019-07-03 RU RU2019121063A patent/RU2712156C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4867369A (en) * | 1986-11-07 | 1989-09-19 | Exploweld Ab | Method pertaining to the explosion welding of very thin metal layers |
| RU2202456C1 (en) * | 2001-08-27 | 2003-04-20 | Волгоградский государственный технический университет | Method for applying wear resistant coating on surfaces of steel parts |
| RU2373036C1 (en) * | 2008-05-20 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) | Method of fabrication of wear resistant coating |
| RU2560472C2 (en) * | 2013-08-08 | 2015-08-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Making of sandwiched material |
| RU2679814C1 (en) * | 2018-09-28 | 2019-02-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) | Method for obtaining wear-resistant coatings on surfaces of copper and magnesium alloy plates |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2486999C1 (en) | Method of producing coating | |
| RU2679814C1 (en) | Method for obtaining wear-resistant coatings on surfaces of copper and magnesium alloy plates | |
| Habib et al. | Cladding of titanium and magnesium alloy plates using energy-controlled underwater three layer explosive welding | |
| RU2350442C2 (en) | Method of wear-resistant coating receiving | |
| RU2560472C2 (en) | Making of sandwiched material | |
| RU2373036C1 (en) | Method of fabrication of wear resistant coating | |
| RU2649929C1 (en) | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate | |
| RU2701699C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper | |
| RU2711284C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from copper and aluminum alloy | |
| RU2712156C1 (en) | Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper | |
| US5067649A (en) | Bonding metal components | |
| RU2399471C1 (en) | Method for production of composite aluminium-nickel articles with inner cavity by means of explosion welding | |
| RU2293004C1 (en) | Titanium-steel composition material producing method | |
| CN106141413A (en) | A kind of explosion welding method of extra-thick plate | |
| RU2688792C1 (en) | Method of producing wear-resistant coatings on surfaces of titanium plate | |
| RU2391191C1 (en) | Method of producing wear-resistant coatings | |
| RU2700441C1 (en) | Method of producing copper-nickel coating on surfaces of titanium plate | |
| RU2463139C1 (en) | Method of producing titanium-steel composite material | |
| RU2243871C1 (en) | Explosion welding method | |
| RU2649922C1 (en) | Method of producing heat-resistant intermetallide coating on the surface of the plate | |
| RU2370350C1 (en) | Method of producing composite titanium-aluminium material | |
| RU2688791C1 (en) | Method of producing wear-resistant coating on surface of titanium plate | |
| RU2649920C1 (en) | Method of heat-resistant intermetallide coating producing on the surface of the low-carbon steel plate | |
| RU2486043C1 (en) | Method of producing composite articles with inner cavities by explosion welding | |
| RU2533508C1 (en) | Method of making composite copper-titanium material |