SU1694688A1 - Способ получени плазменных покрытий - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к получению плазменных покрытий, преимущественно из оксидной керамики и интёрметаллидов, и может быть использовано в машиностроении дл  упрочнени  и восстановлени  деталей . Целью изобретени   вл етс  повышение адгезионной и когезионной прочности и износостойкости покрытий за счет их вискеризации. Способ включает в себ  напыление в динамическом вакууме мм/рт.ст., причем плазменную струю пропускают через диафрагму, расположенную на определенном рассто нии от среза сопла металлической и водоохлаждаемой подложек , при следующих режимных параметрах: напр жение дуги 80...85 В, ток 700...750 А, расход аргона 50...55 л/мин, расход водорода 10...15 л/мин, при этом порошок дл  напылени  с размером частиц 10...50 мкм предварительно вакууми- руют и подогревают до 50...100°С. При использовании способа адгези  60...90МПа, когези  100...140 МПа, износостойкость 8...15 мкм. 2 табл. (Л С

Description

Изобретение относитс  к получению плазменных покрытий и может быть использовано в машиностроении дл  упрочнени  и восстановлени  деталей.

Целью изобретени   вл етс  повышение адгезионной и когезионной прочности и изностойкости покрытий за счет их вискеризации .

По изобретению плазменное напыление осуществл ют в динамическом вакууме 10 мм рт.ст,, пропуска  плазменную струю через диафрагму с отверстием диаметром 10-15 мм, расположенную на рассто нии 100- 150 мм от среза сопла, на металлическую водоохлаждаемую подложку, наход щуюс  на рассто нии 100...150 мм от диафрагмы при следующих режимных параметрах: Напр жение дуги80...85 В

Ток дуги700...750 А

Расход транспортирующего газа аргона Расход плазмообразу- ющего газа водорода причем порошок дл  напылени  с размером частиц 10 ..50 мкм предварительно, вакуумируют и подогревают до 50...100°С.

Сущность изобретени  заключаетс  в том, что в процессе плазменного напылени 

50...55 л/мин 10...15 л/мин,

о ю

ON

О©

одновременное кристаллизацией порошкового материала на металлической подложке в объеме покрыти  происходит формирование вискерсов - нитевидных кристаллов диаметром около 1 мкм. Сте- пень вискеризации дл  полученных плазменных покрытий составл ет 10-15%, При меньшей степени вискеризации она не оказывает существенного вли ни  на прочностные характеристики покрыти , а при большей степени вискеризации образуетс  каркасна  структура из нитевидных кристаллов , которую необходимо заполн ть матричным материалом, т.е. совершенно иной тип композиционного материала, и при этом прочностные характеристики его не улучшаютс .

Важным  вл етс  соотношение парообразной , жидкой и твердой фаз в момент формировани  покрыти , Напыление по изобретению приводит к получению 1 и 2 фаз и исключению 3.

Выбор диапазонов параметров напылени  сделан на основании следующего. Значение тока электрической дуги менее 700 А и напр жени  менее 80 В не обеспечивают полного проплавлени -.исходного порошкового материала. Значени  тока электрической дуги более 750 А и напр жени  более, чем 85 В ограничены конструктивными особенност ми плазмотрона, Увеличение или уменьшение расхода газов, т.е. выход из указанного диапазона дл  аргона 50...55 л/мин и дл  водорода 10...15 л/мин соответственно приведет к неполному про- плавлению порошкового материала из-за слишком высокой скорости транспортировки порошка или к быстрому износу (выходу из стро ) электродов плазмотрона.

Периферийна  часть плазменной струи отсекаетс  диафрагмой, сто щей на рассто нии 100...150 мм от плазменной горелки, с целью исключить попадание в структуру покрыти  нерасплавленных и крупных частиц, поскольку только расплавленные, перегре- тые и мелкодисперсные частицы диаметром от 1 до 5 мкм формируют искомое вискери- зованное покрытие. Дл  интенсификации вискеризации и кристаллизации покрыти  подложка с обратной стороны охлаждаетс , установлена она на рассто нии от среза сопла плазмотрона 250,.,300 мм. Если изменить рассто ние от горелки до диафрагмы, она перестает выполн ть свою основную функцию - отсекать крупные или нерасплавлен- ные частицы, который располагаютс  по периферийной части струи. Если изменить рассто ние от горелки до подложки, то получаетс  структура покрыти  с меньшей степенью вискеризации и со значительно

худшими прочностными характеристиками, т.е. не достигаетс  цель изобретени 

Необходимость конкретизации размера частиц порошка св зана не только с конструктивными особенност ми используемого оборудовани , но также с необходимостью расплавить и перегреть до парообразного состо ни  определенную часть порошкового материала при напылении покрыти .

При использовании частиц порошка размером менее 10 мкм затрудн етс  стабильна  подача порошка в плазменную горелку . Частицы порошка размером более 5 мкм не успевают полностью расплавитьс  в плазменной струе и, таким образом, не обеспечивают получение вискеризованного покрыти .

Нагрев порошка до температуры более чем 100°С в вакуумированном порошковом дозаторе приводит к разрушению отдельных систем, узлов дозатора, главное,приводит к спеканию и конгломерации и укрупнению частиц порошка, что нежелательно . Нагрев порошка до температуры ме- нее 50°С не эффективен, так как не оказывает положительного воздействи  на удаление газов и влаги, адсорбируемых порошками .

Пример. Плазменное напыление производилось на установке фирмы Плазма-Техник тип горелки НВ-4.

Исходные порошковые материалы: , ТЮ2, NITi, NiAl вакуумируютс  ( мм рт.ст.) и подогреваютс  до определенной температуры (от 50 до 100°С) перед подачей в плазменную струю. В вакуумной рабочей камере устанавливают диафрагму с отверстием от 10 до 15 мм на рассто нии от горелки 100..,150 мм и до подложки 100...150 мм таким образом, чтобы дистанци  напылени  была 250...300 мм. Диафрагма изготовлена из фторопласта, Порошковый материал, не прошедший через диафрагму, собираетс  в специальный бункер и используетс  дл  повторного напылени . В процессе напылени  поддерживаетс  динамический вакуум мм рт.ст. -основное условие получени  вискеризованного плазменного покрыти .

В табл.1 приведены режимы напылени  используемых порошковых материалов.

Дл  проведени  сравнительных испытаний свойств плазменных покрытий, достигаемых по известному (без диафрагмы) и изобретению (с диафрагмой), были соответственно напылены по 5 образцов в одинаковых услови х и испытаны на адгезионную, когезионную прочность, износостойкость. Результаты проведенных испытаний в аналогичных услови х дл  образцов по известному способу и по изобретению приведены в табл.2.

Оценку количества вискерсов в структуре плазменных покрытий производили методом количественного металлографического анализа на растровом электронном микроскопе Nanolab-7.

Измерение характеристик адгезионной и когезионной прочности производили по разработанным в БРНПО ПМ методикам с помощью разрывной машины INSTRON. Износостойкость оценивали по глубине, вытертой контртелом (сплав ВК-б) канавки при нагрузке 10 МПа и времени испытаний 20 ч, скорость вращени  контртела 0,5 м/с. В табл.2 приведены средние величины из п ти полученных результатов по каждому способу и материалу.

Как видно из данных, приведенных в табл.2, способ по изобретению приводит к повышению адгезионной, когезионной прочности в среднем на 20...40 МПа и изно- стойкости на 8...40 мкм за счет вискериза- ции плазменных покрытий. Если напыление осуществл ть без диафрагмы, степень вис- керизации достигает 1,.,3% в общем объеме покрыти . Введение диафрагмы позвол ет увеличить степень вискеризации до 10...15% в общем объеме покрыти .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ получени  плазменных покрытий , преимущественно из оксидной керамики и интерметаллидов, включающий нагрев порошка в плазменной струе до жидкого и парообразного состо ни  и кристаллизацию его на подложке в процессе формировани  покрыти , отличающийс  тем, что, с целью повышени  адгезионной и когезионной прочности и износостойкости покрытий за счет их вискеризации, напыление осуществл ют в динамическом вакууме - 10 мм рт.ст., пропуска  плазменную струю через диафрагму с отверстием диа- метром 10-15 мм, расположенную на рассто нии 100...150 мм от среза сопла и на таком же рассто нии от подложки при охлаждении последней водой и следующих режимах напылени : Напр жение дуги Ток дуги

   Расход транспортирующего газа аргона

   Расход плазмообра- зующего газа водорода10 ...15 л/мин, причем порошок с размером частиц 10...50 мкм предварительно вакуумируют и подогревают до 50...100°С.

   80...85 В 700...750 А

   50...55 л/мин

   Таблица 1

   Таблица 2