RU2804901C1 - Способ получения покрытия на внутренней поверхности полой детали с использованием электрического взрыва проводника - Google Patents
Способ получения покрытия на внутренней поверхности полой детали с использованием электрического взрыва проводника Download PDFInfo
- Publication number
- RU2804901C1 RU2804901C1 RU2023115891A RU2023115891A RU2804901C1 RU 2804901 C1 RU2804901 C1 RU 2804901C1 RU 2023115891 A RU2023115891 A RU 2023115891A RU 2023115891 A RU2023115891 A RU 2023115891A RU 2804901 C1 RU2804901 C1 RU 2804901C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- conductor
- coating
- hollow part
- waveguide
- tip
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к способу получения покрытия на внутренней поверхности полой детали с использованием электрического взрыва проводника. Проводят ультразвуковую обработку внутренней поверхности полой детали наконечником волновода через абразивную суспензию при частоте колебаний 25-26 кГц, амплитуде 20-60 мкм, линейной скорости перемещения наконечника волновода 0,5⋅10-3-1⋅10-3 м/мин, с последующими обезжириванием и травлением обрабатываемой внутренней поверхности полой детали. Осуществляют электрический взрыв проводника с нанесением продуктов электрического взрыва проводника в виде слоя получаемого покрытия на внутреннюю поверхность полой детали. Проводят последующую ультразвуковую обработку упрочняющим элементом в виде наконечника волновода, деформирующего поверхность упомянутого нанесенного слоя, одновременно с пропусканием высокочастотных импульсных разрядов тока с частотой 25-26 кГц, импульсами тока плотностью 1⋅105-3⋅105 А/см2 и длительностью 1⋅10-5-2⋅10-5 с через наконечник волновода в зону обработки к поверхности нанесенного слоя получаемого покрытия. Обеспечивается повышение адгезионной прочности между покрытием и внутренней поверхностью полой детали. 2 табл., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к способам нанесения покрытий из металлов и их сплавов на внутреннюю поверхность полых деталей электрическим взрывом проводника, и может быть использовано для улучшения физико-механических свойств внутренних поверхностей, а также для восстановления изношенных деталей.
Аналогом изобретения является патент SU № 1707085 (публ. 23.01.1992) способ нанесения покрытий взрывом проводника, включающий подачу проводника в межэлектродное пространство, пропускание импульса тока через проводник, взрыв проводника и нанесение продуктов взрыва проводника на подложку, при этом с целью повышения производительности и повышения качества покрытия, проводник выполняют полым.
Недостатком данного способа является получение детали с низкими эксплуатационными характеристиками, что обусловлено низкой адгезионной прочностью между покрытием и подложкой.
Прототипом изобретения является патент US № 3639150А (публ. 01.02.1972) электровзрывное напыление металла на подложку, включающий подачу проводника в межэлектродное пространство, пропускание импульса тока через проводник, взрыв проводника и нанесение продуктов взрыва проводника на подложку, при этом оптимальные условия использования энергии ударной волны, генерируемой взрывом расходуемого проводника в окружающей атмосфере или газа, определяются по формулам:
Sopt=(K1/1000)×CVf2/3;
lopt=K2×V×f(-2/3),
где:
K1 - постоянная материала (±20 процентов);
K2 - является постоянной (±30 процентов);
Sopt - оптимальная площадь поперечного сечения проводника (мм2);
C - емкость конденсатора (Фарад);
V - напряжение зарядки (Вольт);
f - резонансная частота цепи (c./sec., кол/сек.);
lopt - оптимальная длина провода (мм.).
Недостатком данного способа является получение детали с низкими эксплуатационными характеристиками, что обусловлено низкой адгезионной прочностью между покрытием и подложкой.
Задачей изобретения является усовершенствование способа нанесения покрытий на внутреннюю поверхность полых деталей электрическим взрывом проводника, позволяющее обеспечить повышение физико-механических свойств детали с покрытием.
Техническим результатом изобретения является повышение адгезионной прочности между покрытием и подложкой.
Технический результат достигается тем, что способ нанесения покрытий на внутреннюю поверхность полых деталей электрическим взрывом проводника, включающий подачу проводника в межэлектродное пространство, пропускание импульса тока через проводник, взрыв проводника и нанесение продуктов взрыва проводника на подложку, при этом оптимальные условия использования энергии ударной волны, генерируемой взрывом расходуемого проводника в окружающей атмосфере или газа, определяются по формулам:
Sopt=(K1/1000)×CVf2/3;
lopt=K2×V×f(-2/3),
где:
K1 - постоянная материала (±20 процентов);
K2 - является постоянной (±30 процентов);
Sopt - оптимальная площадь поперечного сечения проводника (мм2);
C - емкость конденсатора (Фарад);
V - напряжение зарядки (Вольт);
f - резонансная частота цепи (c./sec., кол/сек.);
lopt - оптимальная длина провода (мм.).
При этом перед нанесением покрытия проводят ультразвуковую обработку поверхности отверстия наконечником волновода через абразивную суспензию, содержащую абразивные частицы по твердости не менее чем на 1 единицу выше по шкале Мооса, чем твердость материала поверхности обрабатываемого отверстия, при частоте колебаний 25-26 кГц, амплитуде 20-60 мкм, линейной скорости перемещения наконечника волновода 0,5-1⋅10-3 м/мин., с последующими обезжириванием и травлением обрабатываемой поверхности отверстия, а после нанесения слоя формируемого покрытия от первого взрыва проводника проводят последующую ультразвуковую обработку упрочняющим элементом, деформирующим поверхность покрытия одновременно с пропусканием высокочастотных импульсов разряда тока через упрочняющий элемент в зону обработки к поверхности покрытия с частотой импульсных разрядов 25-26 кГц одиночными импульсами тока плотностью 1-3⋅105А/см2 и длительностью 1-2⋅10-5с, усилием прижима упрочняющего элемента во время ультразвуковой обработки 600-800 Н, при частоте колебаний 25-26 кГц, амплитуде 10-20 мкм, линейной скорости перемещения пятна деформации упрочняющего элемента 0,5-1⋅10-3 м/мин.
Одним из важных критериев получаемых на поверхности изделий покрытий являются адгезия и когезия, значение которых отражается на физико-механических характеристиках получаемого изделия с покрытием. Аналогично дело обстоит и для формирования слоистого типа композитного покрытия. В таком случае помимо адгезии между покрытием и подложкой на физико-механические характеристики влияет и межслойная адгезия.
Сложность нанесения покрытий на внутреннюю поверхность отверстий малого диаметра ограничивает применение большинства существующих методов нанесения покрытий. В этих условиях наиболее оптимальным является метод нанесения покрытий посредством электрического взрыва проводника. Однако в большинстве случаев получаемая адгезия не удовлетворяет требованиям современных условий эксплуатации, что ограничивает возможную область применения данного способа для формирования на внутренней поверхности отверстия покрытий.
При этом адгезия состоит из химической адгезии, обеспечиваемой взаимодействием частиц материалов покрытия и подложки путем взаимного проникновения, формирования общей кристаллической решетки и образования химических связей, и механической, обеспечиваемой за счет сцепления напыляемых частиц с рельефной поверхности деталей, получаемых на поверхности детали после различных видов обработки. Таким образом, проводимый комплекс технологических операций по обработке внутренней поверхности отверстия перед и после напыления, позволяет в комплексе повысить как химическую, так и механическую составляющие адгезии.
Из-за особенностей отверстий малого диаметра большинство существующих методов обработки внутренней поверхности перед напылением не позволяют проводить данный вид обработки, а те которые позволяют - не обеспечивают требуемую шероховатость и тип рельефа внутренней поверхности отверстия перед напылением. Так, формирование рельефа с использованием технологии ультразвуковой обработки поверхности отверстия наконечником волновода через абразивную суспензию, содержащую абразивные частицы по твердости не менее чем на 1 единицу выше по шкале Мооса, чем твердость материала поверхности обрабатываемого отверстия, при частоте колебаний 25-26 кГц, амплитуде 20-60 мкм, линейной скорости перемещения наконечника волновода 0,5-1⋅10-3 м/мин. позволяет обеспечить шероховатость и рельеф поверхности, обеспечивающие увеличение механической составляющей адгезии, так как получаемая поверхность имеет большую контактную реакционную площадь и аналогична поверхности после дробеструйной обработки. Такой вид обработки также способствует повышению химической составляющей, так как происходит интенсивная поверхностная деформация, в ходе которой происходит наклеп поверхности, в результате чего повышается плотность дислокаций и вакантных мест поверхностного слоя, которые могут быть заняты атомами напыляемого покрытия в результате диффузии в тело детали. Также в результате интенсивной деформации при ультразвуковой обработке происходит механоактивация поверхности, в результате которой повышается реакционная способность поверхностного слоя, а также в результате сообщения энергии атомы переходят в возбужденное состояние, что в совокупности обеспечивает возможную диффузию атомов поверхностного слоя материала в покрытие, а также повышение интенсивности образования химической связи. Таким образом, предварительная ультразвуковая обработка поверхности отверстия наконечником волновода через абразивную суспензию позволяет повысить адгезию формируемого покрытия с внутренней поверхностью отверстия.
Обезжиривание и травление обеспечивают удаление жиров и оксидной пленки с поверхности, на которой происходит напыление, а также позволяет удалить с поверхности нерастворимые примеси в межзерновом пространстве, обеспечивая полноту и плотность сопряжения напыляемых частиц с зернами внутренней поверхности отверстия при обволакивании, что обеспечивает повышение адгезии, увеличивая площадь реакционной поверхности.
После нанесения слоя формируемого покрытия от первого взрыва проводника проводят последующую ультразвуковую обработка упрочняющим элементом, деформирующим поверхность покрытия одновременно с пропусканием высокочастотных импульсов разряда тока через упрочняющий элемент в зону обработки к поверхности покрытия с частотой импульсных разрядов 25-26 кГц одиночными импульсами тока плотностью 1-3⋅105А/см2 и длительностью 1-2⋅10-5с, усилием прижима упрочняющего элемента во время ультразвуковой обработки 600-800 Н, при частоте колебаний 25-26 кГц, амплитуде 10-20 мкм, линейной скорости перемещения пятна деформации упрочняющего элемента 0,5-1⋅10-3 м/мин. В результате такой интенсивной деформации тонкого слоя с пропусканием импульсных разрядов токов, полученного после первого электрического взрыва проводника покрытия, создают условия взаимного диффузионного массопереноса атомов наносимого покрытия и внутренней поверхности отверстия, сопровождающегося занятием вакансий и линейных дефектов, взаимопроникновением атомов вглубь материала. При этом атомы покрытия в результате энергетического воздействия при ультразвуковой обработке также переходят в возбужденное состояние, что повышает их активность и интенсифицирует процесс взаимной диффузии, что обеспечивает повышение химической составляющей адгезии, а также обеспечивает плотность прилегания покрытия к внутренней поверхности отверстия. Пропускаемые разряды тока с высокой частотой, равные частоте колебания наконечника упрочняющего элемента, сопровождаются разупрочнением металла, возникает так называемый электропластический эффект (или эффект Троицкого). Электропластический эффект сопровождается снятием наклепа, возникающего в результате получаемой деформации покрытием из-за воздействия на него упрочняющего элемента. В свою очередь это позволяет более эффективно проводить поверхностную деформацию и обеспечивает возможность приложения больших усилий, что способствует значительному снижению пористости покрытия и повышению когезионной прочности, а также обеспечивает необходимую плотность и площадь сопряжения на границе раздела покрытие-подложка в месте деформирования соответствующим элементом при необходимом значении усилия прижима. При этом в результате пропускания, через деформированную зону разряда импульса тока, проходящего через слои покрытия и от покрытия к подложке, на границе раздела между покрытием приводит к локальному нагреву по траектории проскакивания разряда импульса тока, как в теле покрытия из-за наличия границы раздела между нанесенными частицами формируемого слоя покрытия, так и на границе раздела покрытие-подложка плавления из-за разности электросопротивлений материалов подложки и покрытия. В результате проскакиваемый разряд локально нагревает до температуры близкой к температуре плавлению материалов покрытия и подложки и резкому охлаждению за счет быстрого отвода тепла в объем тела как покрытия так и подожки. При этом многократно проскакиваемые разряды импульсов тока за короткий промежуток времени приводят к многократному нагреву и охлаждению, имитируя термоциклическую обработку и побуждая к интенсификации процесса взаимного диффузионного массопереноса атомов нанесенного слоя покрытия после первого электрического взрыва проводника и внутренней поверхности отверстия, сопровождающегося занятием вакансий и линейных дефектов, взаимопроникновением атомов вглубь материала. При этом атомы покрытия в результате энергетического воздействия при проскакивании разряда импульсного тока также переходят в возбужденное состояние, что повышает их активность и интенсифицирует процесс взаимной диффузии, что обеспечивает повышение химической составляющей адгезии, а также обеспечивает плотность прилегания покрытия к внутренней поверхности отверстия. Таким образом, последующая ультразвуковая обработка упрочняющим элементом, деформирующим поверхность покрытия одновременно с пропусканием высокочастотных импульсов разряда тока через упрочняющий элемент в зону обработки к поверхности покрытия после нанесения слоя от первого взрыва проводника, позволяет обеспечить значительное повышение адгезии покрытия с материалом внутренней поверхности отверстия.
Таким образом, совокупность предложенных приемов позволяет достичь поставленного технического результата.
Предлагаемый способ повышения прочности детали с покрытием подтверждается конкретным примером.
Пример.
На специальный цилиндрический полый стальной образец (Сталь 45) диаметром 10 мм со сквозным отверстием 8 мм было нанесено покрытие посредством электрического взрыва проволоки Mo70W30 толщиной 250 мкм. При этом предварительно образцы были обезжирены. После чего эти образцы были подвергнуты испытаниям на адгезионную прочность методом сдвига. Результаты испытаний образца, обработанного по известному способу, представлены в табл. 2.
Другие три образца перед и после напыления были подвергнуты ультразвуковой обработке поверхности отверстия наконечником волновода через абразивную суспензию, содержащую абразивные частицы корунда (Al2O3), с последующими обезжириванием и травлением обрабатываемой поверхности отверстия, а после нанесения первого слоя покрытия от первого взрыва проводника последующая ультразвуковая обработка упрочняющим элементом, деформирующим поверхность покрытия одновременно с пропусканием высокочастотных импульсов разряда тока через упрочняющий элемент в зону обработки к поверхности покрытия, обеспечивая интенсификацию процесса диффузионного массопереноса через границу раздела покрытие-подложка. После чего эти образцы были подвергнуты испытаниям на адгезионную прочность методом сдвига.
Параметры обработки образцов с покрытием по заявляемому способу представлены в табл. 1. Результаты испытаний образцов, обработанных по заявляемому и известному способам, представлены в табл. 2.
| Таблица 1 - Параметры обработки образцов с покрытием по заявляемому способу | |||
| Параметры образца | Значение параметра | ||
| Образец 1 | Образец 2 | Образец 3 | |
| Частота колебаний наконечника волновода перед напылением, кГц | 25 | 25,5 | 26 |
| Амплитуда колебаний наконечника волновода перед напылением, мкм | 20 | 40 | 60 |
| Скорость перемещения наконечника волновода перед напылением, м/мин | 0,5⋅10-3 | 0,75⋅10-3 | 1⋅10-3 |
| Усилие прижима упрочняющего элемента финишной ультразвуковой обработки, Н | 600 | 700 | 800 |
| Частота колебаний упрочняющего элемента финишной ультразвуковой обработки, кГц | 25 | 25,5 | 26 |
| Амплитуда колебаний упрочняющего элемента финишной ультразвуковой обработки , мкм | 10 | 15 | 20 |
| Линейная скорость перемещения пятна деформации упрочняющего элемента финишной ультразвуковой обработки , м/мин | 0,5⋅10-3 | 0,75⋅10-3 | 1⋅10-3 |
| Частотой импульсных разрядов, сопровождающих финишную ультразвуковой обработки, кГц | 25 | 25,5 | 26 |
| Плотность тока разрядов, сопровождающих финишную ультразвуковой обработки, А/см2 | 1⋅105 | 2⋅105 | 3⋅105 |
| Длительность разрядов тока, сопровождающих финишную ультразвуковой обработки, с | 1⋅10-5 | 1,5⋅10-5 | 2⋅10-5 |
| Таблица 2 - Результаты испытаний образцов, обработанных по известному и заявляемому способам | ||||
| Наименование показателя | Наименование образцов, обработанных по известному и заявляемому способам | |||
| Образец, обработанный по известному способу | Образцы, обработанные по заявляемому способу | |||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | ||
| Oтносительная пористость, % | 0,42 | 0,38 | 0,33 | 0,31 |
| Адгезионная прочность, МПа | 53,8 | 60,7 | 65,6 | 68,4 |
Таким образом, из приведенных примеров следует, что предложенный способ нанесения покрытий на внутреннюю поверхность полых деталей электрическим взрывом проводника обеспечивает повышение физико-механических свойств детали за счет повышения адгезионной прочности между покрытием и подложкой на 15-20% в сравнении с аналогом и снижение пористости покрытия на 7-19% как в покрытии, так и вдоль границы раздела покрытия-подложка и, как следствие, повышению когезионной прочности, то есть задача создания изобретения выполняется.
Claims (1)
- Способ получения покрытия на внутренней поверхности полой детали с использованием электрического взрыва проводника, включающий осуществление электрического взрыва проводника с нанесением продуктов электрического взрыва проводника в виде слоя получаемого покрытия на внутреннюю поверхность полой детали, отличающийся тем, что перед нанесением слоя получаемого покрытия проводят ультразвуковую обработку внутренней поверхности полой детали наконечником волновода через абразивную суспензию, содержащую абразивные частицы по твердости не менее чем на 1 единицу выше по шкале Мооса, чем твердость материала обрабатываемой внутренней поверхности полой детали, при частоте колебаний 25-26 кГц, амплитуде 20-60 мкм, линейной скорости перемещения наконечника волновода 0,5⋅10-3-1⋅10-3 м/мин, с последующими обезжириванием и травлением обрабатываемой внутренней поверхности полой детали, а после нанесения слоя получаемого покрытия посредством упомянутого электрического взрыва проводника проводят последующую ультразвуковую обработку упрочняющим элементом в виде наконечника волновода, деформирующего поверхность упомянутого нанесенного слоя при усилии прижима 600-800 Н, частоте колебаний 25-26 кГц, амплитуде колебаний 10-20 мкм и линейной скорости перемещения наконечника волновода 0,5⋅10-3-1⋅10-3 м/мин, одновременно с пропусканием высокочастотных импульсных разрядов тока с частотой 25-26 кГц, импульсами тока плотностью 1⋅105 -3⋅105 А/см2 и длительностью 1⋅10-5-2⋅10-5 с через наконечник волновода в зону обработки к поверхности нанесенного слоя получаемого покрытия.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2804901C1 true RU2804901C1 (ru) | 2023-10-09 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3639150A (en) * | 1968-07-25 | 1972-02-01 | Toshiro Suhara | Electric explosion metal spraying for substrate |
| SU1707085A1 (ru) * | 1986-05-05 | 1992-01-23 | Литовская сельскохозяйственная академия | Способ нанесени покрытий взрывом проводника |
| RU2054030C1 (ru) * | 1990-05-22 | 1996-02-10 | Каренгин Александр Григорьевич | Металлоплакирующий смазочный состав |
| RU128541U1 (ru) * | 2012-07-05 | 2013-05-27 | Геннадий Владимирович Конюшков | Устройство для диффузионной сварки металлов с неметаллами методом электрически взрываемых прослоев в вакууме |
| CN107309435B (zh) * | 2017-06-15 | 2019-03-22 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种电爆炸喷雾制备石墨烯-铝合金复合材料的方法 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3639150A (en) * | 1968-07-25 | 1972-02-01 | Toshiro Suhara | Electric explosion metal spraying for substrate |
| SU1707085A1 (ru) * | 1986-05-05 | 1992-01-23 | Литовская сельскохозяйственная академия | Способ нанесени покрытий взрывом проводника |
| RU2054030C1 (ru) * | 1990-05-22 | 1996-02-10 | Каренгин Александр Григорьевич | Металлоплакирующий смазочный состав |
| RU128541U1 (ru) * | 2012-07-05 | 2013-05-27 | Геннадий Владимирович Конюшков | Устройство для диффузионной сварки металлов с неметаллами методом электрически взрываемых прослоев в вакууме |
| CN107309435B (zh) * | 2017-06-15 | 2019-03-22 | 成都新柯力化工科技有限公司 | 一种电爆炸喷雾制备石墨烯-铝合金复合材料的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Perton et al. | Effect of pulsed laser ablation and continuous laser heating on the adhesion and cohesion of cold sprayed Ti-6Al-4V coatings | |
| RU2804901C1 (ru) | Способ получения покрытия на внутренней поверхности полой детали с использованием электрического взрыва проводника | |
| Si et al. | Cavitation erosion resistance enhancement of the surface modified 2024T351 Al alloy by ultrasonic shot peening | |
| CN105349736A (zh) | 基于激光冲击强化的抑制结构件中的裂纹萌生与扩展方法 | |
| US20230219294A1 (en) | Hybrid additive manufacturing method | |
| CN114686676A (zh) | 一种电脉冲和激光冲击波实时耦合强化的方法 | |
| RU2805093C1 (ru) | Способ получения покрытия на внутренней поверхности полой детали с использованием электрического взрыва проводника | |
| CN104878190A (zh) | 一种基于激光冲击强化的抑制零件裂纹萌生与扩展的方法 | |
| CN112662975B (zh) | 一种提高航空钛合金高温疲劳性能的强化方法 | |
| RU2804900C1 (ru) | Способ получения покрытия на внутренней поверхности полой детали с использованием электрического взрыва проводника | |
| RU2725786C1 (ru) | Способ повышения прочности детали с покрытием | |
| RU2777806C1 (ru) | Способ повышения прочности детали с покрытием | |
| US20080277458A1 (en) | Method for the subsequent treatment of welded connections | |
| Yılmaz et al. | Improving the surface properties of Cp-Ti by pulsed electro-spark deposition | |
| RU2108212C1 (ru) | Способ электроискрового нанесения покрытий | |
| RU2685613C1 (ru) | Способ формирования покрытия, содержащего интерметаллические соединения системы Ni-Al, на подложке из алюминия или его сплава | |
| Rozmus-Górnikowska et al. | Characterization of Inconel 625 surface layer modified by laser shock processing | |
| Kleinert et al. | Activating adherend surfaces by applying arc-discharge treatment | |
| CN110735115A (zh) | 一种基于电子束辐照的三氧化二铝陶瓷涂层与金属基体的连接方法 | |
| Alhamaoy et al. | The Cyclic Fatigue Behavior for 6061-T6 Al Alloy Shafts Processed by Laser Shock Peening | |
| RU2710246C1 (ru) | Способ получения покрытия на поверхности детали из стали | |
| Ageev et al. | Of combined electric arc coatings | |
| RU2132402C1 (ru) | Способ подготовки поверхности для плазменного покрытия | |
| RU2710094C1 (ru) | Способ получения покрытия на поверхности детали из цветных металлов | |
| RU2671032C1 (ru) | Способ получения слоистого композитного покрытия |