×
13.01.2017
217.015.923c

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МНОГОСЛОЙНЫХ КОМПОЗИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных износостойких материалов конструкционного назначения и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в промышленности. Способ высокоскоростного газопламенного напыления многослойного композитного покрытия из порошковых материалов на металлическое изделие включает нанесение нижнего слоя покрытия толщиной 20-100 мкм из механически активированного порошка Ni, среднего слоя - толщиной 50-500 мкм из механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNi и верхнего слоя - толщиной 50-500 мкм из механически активированной смеси порошков из ВС, WC, (CrC или CSi), Со, Ni, С, при их соотношении вес.%: ВС 35-80, WC 7-40, (CrC или CSi) 7-30, Со 1-5, Ni 4-7, С 1-3. Затем проводят отжиг при температуре 600-800°С в течение 0,5-1 ч. После нанесения среднего слоя из сплава с эффектом памяти формы на основе TiNi осуществляют его поверхностное пластическое деформирование при нагревании в интервале температур мартенситного превращения на величину до 4-10% от толщины слоя. Механическую активацию порошков и высокоскоростное газопламенное напыление производят в защитной атмосфере. Обеспечивается повышение прочностных характеристик и износостойкости композитных покрытий с использованием материалов с эффектом памяти формы. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области металловедения, химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения, к проблеме трения и износа и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности.

Так, например, известен способ получения композиционных покрытий из порошковых материалов, включающий подготовку обрабатываемой поверхности посредством очистки, промывки и струйно-абразивной обработки, с последующей лазерной наплавкой порошкового материала в среде инертного газа, в качестве порошкового материала используют смесь из частиц титана и карбида кремния с размером - 20-100 мкм в массовом соотношении 6:4 или 6:5, а процесс наплавки осуществляют при мощности лазера 4-5 кВт, скорости сканирования лазерного луча 500-700 мм/мин и расходе порошка 9,6-11,9 г/мин (патент РФ №2542199).

Недостатком данного способа является технологическая сложность процесса, требующего нагрева материала, хрупкость покрытий и изменение структурного состояния основы в результате нагрева.

Известен способ нанесения наноструктурированных износостойких электропроводящих покрытий из разнородных материалов, включающий подачу порошка в сверхзвуковой поток подогретого рабочего газа (например, воздуха) и нанесение его на металлическую поверхность изделия, для исключения межфазных границ, а также обеспечения изменения химического состава наносимого материала покрытия по линейной или логарифмической зависимости подачу порошков производят одновременно из двух или более автономно работающих дозаторов, причем плотность массового расхода порошка из первого дозатора увеличивают от 0,01 до 2 г/см·см2, а плотность массового расхода порошка из второго дозатора соответственно уменьшают также по линейной или логарифмической зависимости от 2 до 0,01 г/см·см2, обеспечивая тем самым изменение химического состава по толщине наносимого покрытия (патент РФ №2362839).

Недостатком данного способа являются низкие прочностные характеристики покрытия, такие как адгезия, предел усталости.

Известен способ получения многослойного покрытия для режущего инструмента, включающий вакуумно-плазменное нанесение многослойного покрытия, наносят нижний слой из нитрида циркония и верхний - из соединения нитрида титана, хрома и ниобия при их соотношении, мас.%: титан 79,0-85,0, хром 9,0-11,0, ниобий 6,0-10,0, нанесение слоев покрытия осуществляют расположенными горизонтально в одной плоскости тремя катодами, первый из которых выполняют составным из титана и хрома, второй - из циркония и располагают противоположно первому, а третий изготавливают составным из титана и ниобия и располагают между ними, причем нижний слой наносят с использованием второго катода, а верхний слой - с использованием первого и третьего катодов (патент РФ №2548864).

Недостатком данного способа являются низкая скорость нанесения покрытий, низкие прочностные характеристики покрытия.

В качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения выбран способ высокоскоростного газопламенного напыления многослойного композитного покрытия из порошковых материалов на металлическое изделие (патент РФ №25138533, опубл. 20.04.2014 г.).

Задачей предложенного изобретения является получение многослойных композитных покрытий из порошковых материалов, содержащих связующий слой - слой из материала с эффектом памяти формы - упрочняющий слой.

Техническим результатом является повышение прочностных характеристик и износостойкости композитных покрытий с использованием материалов с эффектом памяти формы.

Технический результат достигается предложенным способом высокоскоростного газопламенного напыления многослойного композитного покрытия из порошковых материалов на металлическое изделие, в котором нижний слой покрытия наносят толщиной 20-100 мкм из механически активированного порошка Ni, средний слой - толщиной 50-500 мкм из механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNi, а верхний слой толщиной 50-500 мкм из механически активированной смеси порошков из В4С, WC, (Cr3C2 или CSi), Со, Ni, С, при их соотношении вес.%: В4С 35-80, WC 7-40, (Cr3C2 или CSi) 7-30, Со 1-5, Ni 4-7, С 1-3, затем проводят отжиг при температуре 600-800°С в течение 0,5-1 часа, при этом после нанесения среднего слоя из сплава с эффектом памяти формы на основе TiNi осуществляют его поверхностное пластическое деформирование при нагревании в интервале температур мартенситного превращения на величину до 4-10% от толщины слоя, а механическую активацию порошков и высокоскоростное газопламенное напыление производят в защитной атмосфере. Механическую активацию порошков и высокоскоростное газопламенное напыление проводят в среде аргона. При этом механическую активацию порошков осуществляют в шаровой мельнице с использованием мелющих тел в виде шаров, состоящих из WC-CrC-Ni. А в механически активированной смеси порошков используют углерод (С) в виде углеродных нанотрубок.

В процессе высокоскоростного газопламенного напыления механически активированных порошков происходит выделение энергии, накопленной в процессе механической активации, что обеспечивает более надежную адгезию с основой и между слоями и повышенные прочностных свойств многослойного композитного покрытия, а высокая скорость напыления обеспечивает формирование наноразмерной структуры. Принятая последовательность нанесения слоев «адгезионный слой - функциональный слой из материала с эффектом памяти формы - функциональный упрочняющий износостойкий слой» обеспечивает повышение прочностных характеристик и износостойкости композита. Наличие промежуточного слоя из материала с эффектом памяти формы, помимо характерных для этих материалов свойств памяти, сверхупругости или сверхэластичности (в зависимости от термообработки), тормозят, а иногда блокируют распространение дефектов типа трещин, возникающих в прочном, но хрупком поверхностном слое и, как следствие, способствует повышению прочности и долговечности. Отжиг проводится для снятия внутренних напряжений после формирования многослойного композитного покрытия. Предложенный способ обеспечивает получение многослойного наноструктурированного композитного покрытия с эффектом памяти формы на стальных образцах с размером зерен 15-120 нм.

На первом этапе проводится механическая активация порошка Ni, порошка на основе TiNi, смеси порошков при следующем содержании компонентов, вес.%: 35-80 карбида бора, 7-40 карбида вольфрама, 7-30 карбида хрома или карбида кремния, 1-5 кобальта, 4-7 никеля, 1-3 углеродных нанотрубок, подвергают перемешиванию и измельчению в шаровой мельнице с использованием мелющих тел (в виде шаров), содержащих WC-CrC-Ni. Механическая активация порошков осуществляется в шаровой мельнице АГО-2У. Загрузка и обработка порошков производится в инертной атмосфере (среда аргона), со следующими параметрами: частота вращения барабана 1200-1500 мин-1, частота вращения водила 900-1000 мин-1, диаметр шаров 6 мм, время работы 15-30 мин.

На втором этапе проводится высокоскоростное газопламенное напыление в защитной атмосфере (среда аргона) механически активированных порошков. В камере при помощи вакуумного насоса создается вакуум, далее этот вакуум заполняется аргоном. Механически активированные порошки Ni, TiNi, B4C-WC-(Cr3C2 или CSi)-Co-Ni-C засыпают в порошковые дозаторы, связанные шлангами подачи порошков к соплу газопламенной горелки. Сопло газопламенной горелки имеет три канала для ввода порошков. Первый канал сопла, связанный с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка Ni, второй канал сопла связан с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNi, третий канал сопла связан с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка В4С-WC-(Cr3C2 или CSi)-Co-Ni-C. Раздельная подача механически активированных порошков в зону напыления возможна за счет конструкции сопла газопламенной горелки.

Многослойное композитное покрытие получаем следующим образом: сначала на стальной образец производят напыление нижнего слоя на основе механически активированного порошка Ni, имеющего неограниченную растворимость с железом толщиной 20-100 мкм на деталь (изделие), для увеличения адгезии с основой и с последующим слоем; на нижний слой на основе Ni наносят средний слой механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNi толщиной 50-500 мкм, после нанесения среднего слоя осуществляют его поверхностное пластическое деформирование на величину до 8-10% от толщины среднего слоя с помощью пресса, состоящего из верхней и нижней траверс; далее осуществляется нанесение верхнего слоя механически активированного порошка B4C-WC-(Cr3C2 или CSi)-Co-Ni-C толщиной 50-500 мкм. Контроль температуры процесса осуществляют пирометром. Вакуумная камера со смотровым окном, расположена на раме. В процессе поверхностного пластического деформирования осуществляют нагрев среднего слоя при помощи трансформатора, соединенного с нижней траверсой пресса. Весь процесс получения композита осуществляется автоматически при помощи блока управления, к которому при помощи шлангов подсоединены баллоны с газами. Нагрев образца с композитным покрытием для отжига осуществляют с помощью трансформатора.

После получения композита проводят отжиг при температуре 600-800°С в течение 0,5-1 часа.

Пример

На первом этапе проводится механическая активация порошка Ni, порошка на основе TiNi, смеси порошков при следующем содержании компонентов: 50 вес.% карбида бора, 28 вес. % карбида вольфрама, 10 вес. % карбида хрома, 4 вес. % кобальта, 5 вес. % никеля, 3 вес. % углеродных нанотрубок, подвергают перемешиванию и измельчению в шаровой мельнице с использованием мелющих тел (в виде шаров), содержащих WC-CrC-Ni. Механическая активация порошков осуществляется в шаровой мельнице АГО-2У. Загрузка и обработка порошков производится в инертной атмосфере (среда аргона), со следующими параметрами: частота вращения барабана 1200 мин-1, частота вращения водила 1000 мин-1, диаметр шаров 6 мм, время работы 20 мин. На втором этапе проводится высокоскоростное газопламенное напыление в защитной атмосфере (среда аргона) механически активированных порошков. В камере при помощи вакуумного насоса создается вакуум, далее этот вакуум заполняется аргоном. Механически активированные порошки Ni, TiNi, B4C-WC-Cr3C2-Co-Ni-C засыпают в порошковые дозаторы, связанные шлангами подачи порошков к соплу газопламенной горелки. Сопло газопламенной горелки имеет три канала для ввода порошков. Первый канал сопла связан с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка Ni, второй канал сопла связан с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNi, третий канал сопла связан с порошковым дозатором для подачи в зону напыления механически активированного порошка В4С-WC-Cr3C2-Co-Ni-C. Раздельная подача механически активированных порошков в зону напыления возможна за счет конструкции сопла газопламенной горелки. Многослойное композитное покрытие получаем следующим образом: сначала происходит напыление нижнего слоя на основе механически активированного порошка Ni толщиной 30 мкм на деталь (изделие), для увеличения адгезии последующих слоев; на нижний слой на основе Ni наносят средний слой механически активированного порошка с эффектом памяти формы на основе TiNi толщиной 250 мкм, после нанесения среднего слоя осуществляют его поверхностное пластическое деформирование на величину 5% от толщины среднего слоя с помощью пресса, состоящего из верхней и нижней траверс; далее осуществляют нанесение верхнего слоя механически активированного порошка B4C-WC-Cr3C2-Со-М-С толщиной 150 мкм. Контроль температуры процесса осуществляют пирометром. Вакуумная камера со смотровым окном расположена на раме. В процессе поверхностного пластического деформирования осуществляют нагрев среднего слоя при помощи трансформатора, соединенного с нижней траверсой пресса. Весь процесс получения композита осуществляется автоматически при помощи блока управления, к которому при помощи шлангов подсоединены баллоны с газами. Нагрев образца с композитным покрытием для отжига осуществляют с помощью трансформатора. После получения композита проводят отжиг при температуре 800°С в течение 0,5 часа.

К преимуществам изобретения следует отнести технологическую простоту обработки, отсутствие требования дополнительного нагрева материала в процессе обработки, малую продолжительность цикла обработки, формирование в материале наноструктурного состояния, увеличение реакционной способности компонентов композита в связи с увеличением площади межфазных границ, реализацию деформационного и дисперсного упрочнения материала.

Результаты испытаний сведены в таблицу 1.

Как видно из таблицы 1, полученное многослойное композитное наноструктурированное покрытие с использованием материала с эффектом памяти формы обладает повышенными механическими свойствами и износостойкостью.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 482 items.
20.02.2013
№216.012.273f

Установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на цилиндрической поверхности деталей

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, а именно к вакуумным устройствам для получения покрытий из материалов с эффектом памяти формы на цилиндрической поверхности деталей. Установка содержит раму с размещенными на ней вакуумной камерой, механизмом закрепления детали с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475567
Дата охранного документа: 20.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c3f

Установка для испытания образца из материала с памятью формы при сложном напряженном состоянии

Изобретение относится к области испытаний материалов с памятью формы при циклических, тепловых и механических воздействиях. Установка содержит корпус, узел для циклического нагрева и охлаждения образца, верхний и нижний держатели образца, узел осевого нагружения, узел нагружения статическим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476854
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.11.2013
№216.012.85ae

Способ сборки шатунно-поршневого узла

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, в частности к способу сборки шатунно-поршневого узла. Осуществляют установку поршневого пальца в отверстие поршня и установку шатуна на поршневой палец. Предварительно на поверхность стального поршневого пальца наносят механически...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499900
Дата охранного документа: 27.11.2013
27.12.2013
№216.012.9110

Вакуумная установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, в частности к вакуумной установке для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали. Упомянутая установка содержит раму с установленной на ней вакуумной камерой, соединенной с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502829
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.12.2014
№216.013.0faf

Способ получения наноструктурированных покрытий с эффектом памяти формы на стали

Изобретение относится к области металлургии, а именно нанесению покрытий с эффектом памяти формы. Способ получения наноструктурированных покрытий с эффектом памяти формы на стальной поверхности включает нанесение порошка с эффектом памяти формы на основе Ni на стальную поверхность, закалку с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535432
Дата охранного документа: 10.12.2014
27.09.2015
№216.013.7e39

Технологическая вакуумная установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, а именно к технологической вакуумной установке для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности стальной детали. Упомянутая установка содержит вакуумную камеру, соединенную с вакуумным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563910
Дата охранного документа: 27.09.2015
10.11.2015
№216.013.8c4f

Лопастной насос

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в насосных агрегатах в нефте- и газотрубопроводах, теплоэнергетике, двигателе- и турбостроении, химической промышленности. Лопастной насос содержит боковой входной патрубок для подвода рабочей жидкости, вал, расположенный внутри...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567526
Дата охранного документа: 10.11.2015
27.11.2015
№216.013.956c

Устройство для формирования на поверхности полых деталей наноструктурированных покрытий с эффектом памяти формы

Изобретение относится к машиностроению и металлургии, а именно к устройству для формирования на поверхности полых стальных деталей наноструктурированных покрытий с эффектом памяти формы. Указанное устройство содержит вакуумную камеру, состоящую из полого охлаждаемого корпуса с патрубками для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569871
Дата охранного документа: 27.11.2015
10.05.2016
№216.015.2b0e

Способ получения наноструктурированных покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине. Способ получения наноструктурированных покрытий титан-никель-цирконий с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583222
Дата охранного документа: 10.05.2016
20.08.2016
№216.015.4cc4

Способ определения погрешности геодезических приборов за неправильность формы цапф и боковое гнутие зрительной трубы

Способ определения погрешности геодезических приборов за неправильность формы цапф и боковое гнутие зрительной трубы включает закрепление на объективном конце зрительной трубы исследуемого прибора отражающего зеркала под углом 45° к визирной оси, размещение на продолжении горизонтальной оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594950
Дата охранного документа: 20.08.2016
Showing 1-10 of 232 items.
20.02.2013
№216.012.273f

Установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на цилиндрической поверхности деталей

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, а именно к вакуумным устройствам для получения покрытий из материалов с эффектом памяти формы на цилиндрической поверхности деталей. Установка содержит раму с размещенными на ней вакуумной камерой, механизмом закрепления детали с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475567
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.12.2014
№216.013.0faf

Способ получения наноструктурированных покрытий с эффектом памяти формы на стали

Изобретение относится к области металлургии, а именно нанесению покрытий с эффектом памяти формы. Способ получения наноструктурированных покрытий с эффектом памяти формы на стальной поверхности включает нанесение порошка с эффектом памяти формы на основе Ni на стальную поверхность, закалку с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535432
Дата охранного документа: 10.12.2014
27.09.2015
№216.013.7e39

Технологическая вакуумная установка для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности детали

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, а именно к технологической вакуумной установке для получения наноструктурированных покрытий из материала с эффектом памяти формы на поверхности стальной детали. Упомянутая установка содержит вакуумную камеру, соединенную с вакуумным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002563910
Дата охранного документа: 27.09.2015
10.11.2015
№216.013.8c4f

Лопастной насос

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в насосных агрегатах в нефте- и газотрубопроводах, теплоэнергетике, двигателе- и турбостроении, химической промышленности. Лопастной насос содержит боковой входной патрубок для подвода рабочей жидкости, вал, расположенный внутри...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002567526
Дата охранного документа: 10.11.2015
27.11.2015
№216.013.956c

Устройство для формирования на поверхности полых деталей наноструктурированных покрытий с эффектом памяти формы

Изобретение относится к машиностроению и металлургии, а именно к устройству для формирования на поверхности полых стальных деталей наноструктурированных покрытий с эффектом памяти формы. Указанное устройство содержит вакуумную камеру, состоящую из полого охлаждаемого корпуса с патрубками для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569871
Дата охранного документа: 27.11.2015
10.05.2016
№216.015.2b0e

Способ получения наноструктурированных покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термической обработке покрытий титан-никель-цирконий с эффектом памяти формы, и может быть использовано в металлургии, машиностроении и медицине. Способ получения наноструктурированных покрытий титан-никель-цирконий с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583222
Дата охранного документа: 10.05.2016
20.08.2016
№216.015.4cc4

Способ определения погрешности геодезических приборов за неправильность формы цапф и боковое гнутие зрительной трубы

Способ определения погрешности геодезических приборов за неправильность формы цапф и боковое гнутие зрительной трубы включает закрепление на объективном конце зрительной трубы исследуемого прибора отражающего зеркала под углом 45° к визирной оси, размещение на продолжении горизонтальной оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594950
Дата охранного документа: 20.08.2016
27.08.2016
№216.015.4d29

Вафельное изделие функционального назначения

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству мучных кондитерских изделий. Вафельное изделие функционального назначения, включающее мучную смесь, желтки, бикарбонат натрия, фосфатиды, соль и воду. В качестве мучной смеси содержит пшеничную муку и банановую, взятые в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595435
Дата охранного документа: 27.08.2016
27.08.2016
№216.015.4d41

Устройство для вычисления функции arctg(y/x)

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть применено в специализированных ЭВМ, использующих двоичную систему счисления с целочисленным форматом представления исходных данных. Техническим результатом является обеспечение возможности вычисления аргумента комплексных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595486
Дата охранного документа: 27.08.2016
20.08.2016
№216.015.4d5c

Способ производства хлебобулочных изделий

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству хлебобулочных изделий, предназначенных для функционального питания. Предложен способ производства хлебобулочных изделий, включающий получение жидкой диспергированной фазы, которая представляет собой полуфабрикат,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595186
Дата охранного документа: 20.08.2016
+ добавить свой РИД