SU1738867A1 - Способ газотермического напылени покрытий - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области нанесени  покрытий газотермическим напылением дл  повышени  надежности деталей, работающих в услови х знакопеременных нагрузок. Цель изобретени  - повышение прочности сцеплени  покрытий и стойкости к действию знакопеременных нагрузок . На покрываемой поверхности предварительно формируют канавки шириной Ctga, где Ki -коэффициент заполнени , равный 1,1-1,3; h- глубина канавки , равна  0,5-1,0 толщины покрыти , мм; а - угол, под которым подают газопорошковую высокотемпературную струю и который обеспечивает пересечение проекции оси струи с образующими канавок. Ка- навкимогутвыполн тьс  перекрывающимис  с образованием между ними участков поверхности, площадь которых определ ют из выражеиич S(2 dp К2)2. где 5Р - рабоча  толщина покрыти ; мм; Ка - коэффициент, учитывающий свойства накопл емого материала, равный от 1 до 2. При реализации способа дл  нанесени  покрыти  из окиси алюмини  на стальную подложку прочность сцеплени  составл ет 27-29 МПа и стойкость к ударам 11-13. 2 з. п. ф-лы. 3 ил., 2 табл. t сл с

Description

Изобретение относитс  к упрочнению изделий путем распылени  материала в расплавленном состо нии.

Целью изобретени   вл етс  повышение прочности сцеплени  покрыти  и стойкости к действию знакопеременных нагрузок.

Способ газотермического напылени  покрытий включает формирование на покрываемой поверхности канавок, создание высокотемпературного газопорошкового потока и напыление материала покрыти  на поверхность, при этом газопорошковую струю подают на покрываемую поверхность

под углом а так. чтобы проекци  оси струи пересекалась с образующими канавок.

Ширину канавок b определ ют из выражени 

h ctga .

где Ki - коэффициент заполнени , равный 1,1-1,3;

b - ширина канавки, мм;

h - глубина канавки, равна  0,5-1,0 толщины покрыти , мм.

Канавки формируют перекрещивающимис  с образованием между ними участков поверхности , площадь S которых определ ют из выражени 

S-(2-V К2)2,

4 GO 00 00

о ы

где 5Р - рабоча  толщина покрыти ; мм;

Ка - коэффициент, учитывающий свойства напыл емого материала, равный от 1 до 2.

На фиг. 1 представлена технологическа  схема осуществлени  способа; на фиг. 2 -- изделие с нанесенным покрытием; на фиг. 3 - схема нанесени  покрыти  на поверхность детали с перекрещивающимис  канавками.

На чертежах обозначены обрабатываема  деталь 1 с канавками 2. устройство 3 дл  напылени , конус 4 распыла с осью 5, напыленное пр,крытие 6. плоскости 7 раздела участков покрыти  на напыл емой поверхности , проекци  8 оси 5 на покрываемую поверхность детали 1.

Сущность способа заключаетс  в следующем .

Благодар  наклону оси 5 конуса распыла к поверхности детали 1 при одновременном напылении материала покрыти  на поверхность детали и в канавки материал покрыти  не заполн ет целиком канавки 2 ввиду так называемого теневого эффекта, причем в местах соединени  покрытий двух соседних участков, разделенных канавками , образуютс  плоскости 7 раздела (микро- трещины), которые раздел ют всю поверхность покрыти  на элементарные участки в соответствии с рисунком нанесенных на поверхность детали канавок 2, благодар  чему удаетс  снизить внутренние напр жени  в покрытии б до любой минимальной величины в соответствии с частотой расположени  канавок 2 на поверхности детали 1.

Дополнительный эффект от неполного заполнени  канавок св зан с образованием микрополостей, что в особенности про вл етс  при нанесении термостойких и теплозащитных покрытий, и заключаетс  в разв зке так называемых узлов тепловых напр жений в детали и покрытии.

Форма канавок может быть различной: пр моугольной, типа ласточкина хвоста, круглой или овальной с заплечиками и т. п. В последних случа х будет образовыватьс  замковое соединение сло  покрыти  с деталью , что дополнительно способствует повышению прочности сцеплени  покрыти  с деталью и исключает его отслаивание в процессе эксплуатации.

Более высока  стойкость покрыти  к термоударам св зана с тем, что способ позвол ет организовать стоки избыточной энергии, накопл емой в покрытии при термических видах напылени , по двум вариантам: через специально организованные

дефекты покрыти  и через неплотности, рыхлоты в покрытии за счет напылени  в канавки под одним посто нным углом. Избыточна  энерги , имеюща с  в покрытии в виде термических напр жений, реализуетс  в виде тепловой, котора  наносит вред покрытию тем меньший, чем меньше путь дл  ее выхода. В изобретении имеютс  два пути сброса или выхода избыточной

энергии: через трещины в окружающее пространство и через неплотности внутрь детали (заготовки).

Определение параметров канавки по

заданной рабочей толщине покрыти  с учетом свойств напыл емого материала производитс  с помощью табл. 1, где указана зависимость ширины канавки от угла наклона оси конуса распыла, и табл. 2, где приводитс  зависимость единичной площади выступа канавки от толщины и пластических свойств напыл емого материала.

Пример. Исходные данные: подложка

(материал основы - сталь Х18Н1 ОТ), размер образца 40x40 мм, толщина 10 мм. Материал покрыти  - порошкова  окись алюмини  марки М50. Задают рабочую толщину по-, крыти , например, 1 мм. Коэффициент К2

выбирают равным 1, так как материал покрыти  относитс  к непластическим материалам и не обладает способностью гасить термические напр жени , возникающие при формировании покрыти  в режиме пластической деформации.

. Из формулы S (2 5Р Кз)2 определ ют величину единичной площади, образуемой при создании канавки, .

Глубину канавки выбирают 0,5 мм, т. е.

равную 1/2 толщины напылени  покрыти . При оптимальном угле напылени  45° ширина канавки, определ ема  из табл. 1, при коэффициенте заполнени  ,1 равна 0,55 мм.

Далее осуществл ют создание рельефа на фрезерном станке, рельеф создают дисковой фрезой толщиной 4.1 мм путем врезани  ее на глубину 0,5 мм с шагом 2 мм в двух взаимно перпендикул рных направлени х.

После этого поверхность образца подвергают дробеструйной обработке электрокорундом , при этом нар ду с активацией поверхности происходит сн тие оставшихс  заусенцев и притупление острых кромок

рельефа.

Напыление покрыти  на полученные канавки осуществл ют на установке типа УПУ-ЗД по следующему режиму; ток дуги 400 А; напр жение 60 В; расход плазмооб- разующего газа (азота) 40 л/мин; расход

транспортирующего газа (азота) 3,6 л/мин; угол напылени  45°.

Путем сканировани  по поверхности покрыти  получают требуемую толщину покрыти .

Затем выравнивают микронеровности на покрытии путем шлифовани  на плоскошлифовальном станке и определ ют проч- ность сцеплени  покрыти  с основой (по клеевой методике) и стойкость к ударам (по числу ударов стального шара массой 50 г, падающего с высоты 30 см на противоположную покрытию сторону образца, до по-  влени  первого разрушени  покрыти ). Прочность сцеплени  и стойкость к ударам имеют значени  27-29 МПа и 11-13 соответственно .

Проведены испытани  покрыти  на стойкость к термоциклированию путем разогрева покрыти  в муфельной печи до 900°С и последующего охлаждени  в ведре с водой, которые показали высокую стойкость покрыти  к термоциклированию. Об- разец выдержал 8 термоциклов без разрушени  покрыти .

Применение предлагаемого способа взаимен базового (прочность сцеплени  с поверхностью детали 10-15 МПа, стойкость к ударам 1-2) и известного (прочность сцеплени  равна 13-18 МПа, стойкость к ударам 2-4) позволит повысить качество покрыти  за счет значительного уменьшени  возможности его отслаивани  от детали.

Claims (3)

1.Способ газотермического напылени  покрытий, включающий формирование на покрываемой поверхности канавок, создание высокотемпературного газопорошкового потока и напыление материала покрыти  на поверхность, отличающийс  тем, что, с целью повышени  прочности сцеплени  и стойкости к действию знакопеременных нагрузок, газопорошковую струю подают на покрываемую поверхность под углом а так, чтобы проекци  оси струи пересекалась с образующими канавок.

2.Способ по п. 1,отличающийс  тем, что ширину канавки b определ ют из выражени 

h ctga ,

где Ki - коэффициент заполнени , равный 1,1-1,3;

h - глубина канавки, равна  0,5-1.0 толщины покрыти , мм.

3.Способ по пп. 1 и2,отличаю- щ и и с   тем, что канавки формируют перекрывающимис  с образованием между ними участков поверхности, площадь которых S определ ют из выражени 

S(2 dp К2 ) 2 где dp - рабоча  толщина покрыти , мм;

Ка - коэффициент, учитывающий свойства напыл емого материала и равный от 1 до 2.

Примечание. Ki- коэффициетн заполнени  (дл  напыл емого материала порошка окиси алюмини  марки M50Ki 1,1; дл  напыл емого материала проволока свинцовиста , латунь марки ЛС63 ,3).

Таблица 1

Таблица 2