×
17.06.2023
223.018.7f38

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ДЕТАЛИ ИЗ ЧУГУНА И СТАЛИ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу нанесения теплозащитного износостойкого покрытия на детали из чугуна и стали. Проводят абразивно-струйную обработку деталей карбидом кремния с размером частиц 1,5 мм. Затем осуществляют плазменное напыление подслоя, имеющего состав Co-Cr-Al-Y, и последующее напыление керметной композиции из механической порошковой смеси, содержащей 10-20 мас. % нихрома, 20-40 мас. % диоксида циркония со стабилизирующей добавкой, 10-20 мас. % никельалюминия и 60-20 мас. % молибдена. В качестве стабилизирующей добавки в порошке диоксида циркония используют 4-7 мас. % оксида иттрия. Обеспечивается повышение стойкости покрытия к изнашиванию при трении, прирабатываемости кольца в гильзе, антизадирных свойств, термостойкости и адгезии покрытия к сплаву основы. 7 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов и может быть использовано в машиностроении для повышения износостойкости деталей цилиндропоршневой группы автотракторной техники.

Известны способы нанесения конденсационных и диффузионных покрытий, каждый из которых имеет свои разновидности (см. Коломыцев П.Т. Высокотемпературные защитные покрытия для никелевых сплавов. М.: Металлургия, 1991 г. 236 с.).

Теплозащитные покрытия характеризуются более низкой теплопроводностью, но растрескиваются и отслаиваются при теплосменах под действием термомеханических нагрузок.

Для обеспечения работоспособности деталей цилиндропоршневой группы эффективно применяются электролитические хромовые покрытия и теплозащитные покрытия, полученные методом электронно-лучевого напыления или плазменного осаждения на воздухе или в вакууме (см. Повышение износостойкости деталей двигателей внутреннего сгорания. М.М. Хрущев, - М. Машиностроение, 1972 г.).

Электролитические хромовые покрытия в основном удовлетворяют указанным требованиям действующих производств. Твердость указанных покрытий находится на уровне 900-1000 HV, адгезионная прочность - до 700 кг/см2, сравнительно низкий коэффициент трения, удовлетворительная прирабатываемость и масловпитываемость, высокая теплопроводность.

Однако из-за невозможности нанесения электролитических хромовых осадков более 200 мкм ресурс их порой ниже ресурса двигателей до 1-го ремонта. А повышение твердости покрытия снижает прирабатываемость кольца в гильзе и требует высокой точности изготовления колец. Из-за недостаточной толщины покрытия последующая обработка под геометрию гильзы достаточно затруднительна и трудоемка.

Электролитический хром неудовлетворительно работает на трение и изнашивание при высоких температурах из-за резкого снижения твердости (при 300°C твердость составляет 800 кг/мм2, а при 700°C - 200 кг/мм2). Так как полиморфного превращения в хромовых осадках нет, то термообработкой твердость покрытий не повышается. Если покрытие имеет недостаточную пористость, то при температуре свыше 300°C твердый хром в условиях неудовлетворительной смазки неработоспособен - возникают прижоги, задиры. Локальное повышение температуры приводит к интенсивному размягчению, схватыванию, скалыванию покрытий. В процессе наработки пористый слой значительно разупрочняется из-за усталостного изнашивания в условиях повышенных температур. Так как температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) хромовых покрытий ниже материала кольца (чугун, сталь), то в покрытии могут возникать растягивающие напряжения, способствующие термоциклическому и коррозионному растрескиванию покрытий. В дизельных двигателях, в результате присутствия в топливе серы возможно образование серной кислоты, что может привести к влажной коррозии и образовании при контакте с цилиндром гальванической пары.

Известен способ нанесения хромового покрытия на стальные детали (патент на изобретение 2269608, опубл. 10.02.2006 г, бюл. №4). В данном способе не повышена износостойкость покрытия, а увеличена адгезия покрытия и производительность.

Известен способ нанесения высокотемпературного композиционного материала для уплотнительного покрытия (патент на изобретение РФ №2303649, опубл. 27.07.2007 г., бюл. №21), содержащий диоксид циркония стабилизированный оксидом иттрия с добавлением нитрида бора и нихромовое волокно. Данное покрытие повышает термостойкость при высоких температурах (1000°C), что не является необходимым при работе деталей автотракторной техники.

Известно жаростойкое металлокерамическое покрытие (патент на изобретение РФ №2309194, опубл. 20.06.2006 г., бюл. №30) с чередующимися жаростойкими и жаропрочными слоями металлокерамики для противодействия ударно-термическому воздействию, но очень дорогое и не эффективное при работе на трение и изнашивание.

Наиболее близким техническим решением является способ получения эрозионностойких теплозащитных покрытий на основе композиции ZrO2 и NiCr, включающий плазменное напыление подслоя нихрома и последующее напыление керметной композиции из механической порошковой смеси, содержащей 50-80 вес. % диоксида циркония и 50-20 вес. % нихрома, при этом для напыления керметной композиции используют механическую смесь, содержащую порошки диоксида циркония и нихрома с размером частиц 10-40 и 40-100 мкм соответственно, подачу порошковой смеси осуществляют под срез плазмотрона в направлении его перемещения относительно напыляемой поверхности, а в качестве стабилизирующей добавки в порошке диоксида циркония используют оксид кальция с содержанием 4-6 вес. % (патент на изобретение РФ №2283363, опубл. 10.09.2006 г., бюл. №25), принятого за прототип. Изобретение обеспечивает повышение эрозионностойкости, термостойкости и адгезионной прочности покрытия за счет состава и создания зоны фазового перехода.

Покрытие, получаемое таким образом, имеет недостаточную толщину, неудовлетворительную прирабатываемость, антизадирные свойства, неудовлетворительно работает на трение и изнашивание. Нанесение в одном цикле и подслоя и керметной композиции технологично, но приводит к снижению эксплуатационных свойств покрытия. Использование нихрома в качестве подслоя не эффективно из-за отсутствия специальных элементов, повышающих адъезионную прочность. В способе частично решен вопрос адгезионной прочности подслоя и керметной части покрытия, но не решены проблемы адгезии подслоя к сплаву основы. Использование оксида кальция в качестве стабилизирующей добавки снижает не только себестоимость покрытия, но и его качество по сравнению с использованием в качестве стабилизирующей добавки оксида иттрия.

Для повышения стойкости покрытия к изнашиванию при трении необходимо повысить адгезию покрытия к сплаву основы, увеличить толщину покрытия, его масловпитываемость, прирабатываемость, антизадирные свойства.

Технической задачей изобретения является повышение износостойкости и долговечности деталей цилиндропоршневой группы автотракторной техники за счет применения теплозащитных износостойких покрытий (ТЗП).

Сущность изобретения заключается в том, что в способе нанесения теплозащитного износостойкого покрытия на детали из чугуна и стали, включающем плазменное напыление подслоя и последующее напыление керметной композиции из механической порошковой смеси, содержащей диоксид циркония со стабилизирующей добавкой и нихром, перед плазменным напылением проводят абразивно-струйную обработку карбидом кремния с размером частиц 1,5 мм, подслой имеет состав Co-Cr-Al-Y а в состав керметной композиции дополнительно введены никельалюминий и молибден, при этом керметная композиция имеет состав 10-20 мас. % нихрома, 20-40 мас. % диоксида циркония со стабилизирующей добавкой, 10-20 мас. % никельалюминия, 60-20 мас. % молибдена, а в качестве стабилизирующей добавки в порошке диоксида циркония используют оксид иттрия, содержание которого составляет 4-7 мас. %.

Технический результат достигается за счет проведения перед плазменным напылением абразивно-струйной обработки карбидом кремния с размером частиц 1,5 мм, нового состава подслоя, керметной композиции и стабилизирующих веществ в нанесении покрытий, а именно подслоя состава Co-Cr-Al-Y повышающего адъезионную прочность покрытия и сплава основы, введения в состав керметной смеси никельалюминия и молибдена для увеличения толщины покрытия, повышения его масловпитываемости, прирабатываемости, антизадирных свойств, использование в качестве стабилизирующей добавки в порошке диоксида циркония оксида иттрия, с целью исключения полиморфных превращений при забросах температур и повышения термостойкости покрытия.

Процентное содержание нихрома, диоксида циркония со стабилизирующей добавкой, никельалюминия, молибдена оптимально для прочностных и пластичных свойств покрытия, что позволяет покрытию иметь как высокую износостойкость, так и прирабатываемость кольца в гильзе, изменять толщину покрытия от 100 до 600 мкм с изменением его пористости от 6-8 до 12-15% при повышении концентрации диоксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия, с 20 до 40 мас. %. Снижение пористости ниже 6% ухудшает характеристики смачиваемости колец маслом, что приводит к росту температуры в зоне контакта кольца с гильзой, прижогам, задирам, скалыванию покрытия.

На фиг. 1 приведены поршневые кольца автотракторной техники с теплозащитным покрытием.

На фиг. 2 приведена микроструктура теплозащитного износостойкого покрытия.

На фиг. 3 приведена микроструктура теплозащитного износостойкого покрытия с подслоем Co-Cr-Al-Y.

На фиг. 4 приведена зависимость адгезионной прочности покрытия со сплавом основы от состава подслоя.

На фиг. 5 приведена зависимость интенсивности изнашивания от состава покрытия.

На фиг. 6 приведена зависимость адгезии масла к покрытию прототипа и предлагаемого способа в зависимости от концентрации элементов в керметной смеси.

На фиг. 7 приведена зависимость нагрузки, вызывающей задир более 10 мкм от концентрации молибдена в керметной смеси.

Пример конкретного выполнения (оптимальный)

Предполагаемый способ нанесения комбинированного покрытия реализован следующим способом. Покрытие наносили на компрессионные и маслосъемные поршневые кольца автотракторной техники. Материал поршневых колец - чугун марки СЧ (серый) или ВЧ (высокопрочный) с твердостью 96-112НВ для серого или 100-112НВ для высокопрочного чугуна с микроструктурой в соответствии со шкалами: Г1, Г2 … для графита, П1, П2 … для перлита (ГОСТ 3443-87). Маслосъемное кольцо стальное пластинчатое. Кольцевые диски изготовлены из высокоуглеродистой стальной (сталь У8А) ленты размером 0,7-4,0 мм. Для напыления использовалась установка воздушно-плазменного напыления типа УПН-40 в составе источника питания АПР-404, плазмотрона ПН-В1, дозатора подачи Д-40(М). Напыление осуществлялось в камере снабженной вращателем с системой центросмещения и устройством перемещения плазмотрона. Перед напылением покрытий проводилась абразивно-струйная обработка карбидом кремния с размером частиц 1,5 мм. Подслой Co-Cr-Al-Y наносили аргоновым плазмотроном толщиной 30-40 мкм. Использовали порошок диоксида циркония грануляцией 10-40 мкм и порошки нихрома, никельалюминия и молибдена, с размером частиц 40-100 мкм.

Напыление покрытий по прототипу и предлагаемому способу осуществляли воздушным плазмотроном ПН-В1 при I=190-200 A, U=200 В. Толщина покрытий 150-600 мкм. Данные по толщинам слоев покрытия определяли на оптическом микроскопе «Neophot-21». Фазовый анализ покрытий: пористость - 6-15%, соотношение керамика-металл 34-67% в зависимости от состава смеси.

Прочность сцепления износостойкого покрытия с основным металлом оценивалась согласно ГОСТ 621-87. Испытания на изнашивание проводились на установке типа Армслера (машина трения МТ-2) при нагрузке, исключающий задир (р=3.42 Мпа; V=2.5 м/с; t=10 часов). Линейный износ образцов определяли на оптиметре по разности его показаний до и после испытаний. Интенсивность изнашивания определяли как отношение линейного износа к пройденному пути образцами за время испытаний.

Для определения адгезии смазочного материала основывались на замерах давления растекания капли масла по образцу. Маслоудерживающая способность покрытий характеризовалась работой адгезии смазки, полученной суммированием давления растекания и удвоенной поверхностной энергии масла. Для моторного масла его поверхностная энергия (натяжение) принята равной 30,3⋅10-3 Н/м.

Испытания на стойкость к задиранию нанесенных покрытий проводились в паровой среде при температуре 350°C и удельном давлении 80-100 МПа на парогидравлическом стенде Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института атомного машиностроения (ОАО ВНИИАМ). Перед установкой испытуемых образцов в рабочую камеру измеряли твердость и шероховатость контактируемых наплавленных поверхностей на твердомере ТК-2 по шкале HRC и профилометре М-201 по параметру Ra. Для экспериментов отбирали пары образцов, имеющие колебания твердости не более ±3 ед. HRC и отклонения Ra в пределах одного класса шероховатости Ra=0.16 мкм. Температуру и давление контролировали потенциометром типа КСП-4 и манометром с классом точности ±0,5 соответственно. Средняя скорость вращения образцов составляла 3,5 м/с, общая длина перемещения образцов за каждый цикл испытаний -15,7 мм. Минимальная удельная нагрузка, при которой начинали испытания, составляла 10 МПа, с повышением нагрузки ступенчато через 10 МПа до наступления задира или достижения заданной величины удельного давления. После испытания определяли площадь контакта (трения) образцов и глубину задирания. Измерения проводили с помощью микроскопа МИС-11. Критерием стойкости к задиранию условно принимали появление на рабочей (контактной) поверхности образцов задиров глубиной 10 мкм и более. Удельную нагрузку, вызывающую задир указанной величины, считали максимально допустимой для данного покрытия.

Химический состав определялся микрорентгеноспектральным способом на электронном микроскопе «Stereoscan-S-600» с микроанализатором «Link».

Проведенные сравнительные испытания образцов с покрытиями показали преимущество предполагаемого покрытия по адгезионной прочности покрытия со сплавом основы (фиг. 4), его износостойкости (фиг. 5) и задиростойкости (фиг. 7).

Использование способа наиболее эффективно для деталей цилиндропоршневой группы двигателей автотракторной техники в связи с их решающим влиянием на ресурс.

Способ нанесения теплозащитного износостойкого покрытия на детали из чугуна и стали, включающий плазменное напыление подслоя и последующее напыление керметной композиции из механической порошковой смеси, содержащей диоксид циркония со стабилизирующей добавкой и нихром, отличающийся тем, что перед плазменным напылением проводят абразивно-струйную обработку деталей карбидом кремния с размером частиц 1,5 мм, подслой имеет состав Co-Cr-Al-Y, а в состав керметной композиции дополнительно вводят никельалюминий и молибден, при этом керметная композиция имеет состав 10-20 мас. % нихрома, 20-40 мас. % диоксида циркония со стабилизирующей добавкой, 10-20 мас. % никельалюминия и 60-20 мас. % молибдена, а в качестве стабилизирующей добавки в порошке диоксида циркония используют оксид иттрия, содержание которого составляет 4-7 мас. %.
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 19 items.
24.05.2019
№219.017.5d7f

Аксиальная многофазная двухвходовая электрическая машина-генератор

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат – улучшение качества выходного напряжения, повышение надежности и КПД. Аксиальная многофазная двухвходовая электрическая машина-генератор содержит корпус, возбудитель и основной генератор, установленные на одном валу, закрепленном в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688923
Дата охранного документа: 23.05.2019
24.05.2019
№219.017.5dc1

Стабилизированный вентильный аксиально-конический ветрогенератор постоянного тока

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано, например, в качестве преобразователя механической энергии воздушного потока (например, энергии набегающего воздушного потока при использовании на подвижных локальных объектах, энергии ветра при использовании на неподвижных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002688925
Дата охранного документа: 23.05.2019
29.05.2019
№219.017.6223

Стабилизированный вентильный аксиально-радиальный ветрогенератор постоянного тока

Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано, например, в качестве преобразователя механической энергии воздушного потока (например, энергии набегающего воздушного потока при использовании на подвижных локальных объектах, энергии ветра при использовании на неподвижных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689211
Дата охранного документа: 27.05.2019
29.05.2019
№219.017.6238

Способ изготовления аксиальных магнитопроводов

Изобретение относится к области электротехники, а именно к технологии изготовления электрических машин, и может быть использовано при изготовлении магнитопроводов пакетов статора и ротора для аксиальных электрических машин, например пакетов статора и ротора аксиальных синхронных и асинхронных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002689249
Дата охранного документа: 27.05.2019
20.06.2019
№219.017.8d81

Устройство для определения места повреждения силового кабеля

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в повышении точности определения мест однофазного замыкания фазы на оболочку силового кабеля. Устройство содержит статический генератор звуковой частоты, на выходе которого установлен выполненный с возможностью...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691832
Дата охранного документа: 18.06.2019
19.03.2020
№220.018.0d59

Устройство самообороны

Устройство самообороны выполнено в виде пряжки поясного ремня с передним и задним пазами, содержит корпус, в котором установлена кассета для размещения патронов, ударно-спусковой механизм, канал для спусковой фишки, возвратную пружину. Ударно-спусковой механизм состоит из боевой пружины, курка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002716876
Дата охранного документа: 17.03.2020
15.04.2020
№220.018.14ca

Устройство третьей решающей схемы ускоренного поиска и эффективного приема широкополосных сигналов

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в ускорении поиска и синхронизации сигналов, а также в повышении достоверности приема-обработки производных нелинейных рекуррентных последовательностей и принятия решения. Технический результат достигается...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718753
Дата охранного документа: 14.04.2020
06.08.2020
№220.018.3d24

Защитный шлем летчика

Защитный шлем летчика содержит каску, светофильтр с подвижными кронштейнами крепления. Лобная часть каски выполнена со смотровой щелью, закрытой спереди защитным стеклом, напротив которой под углом 45° к линии визирования установлен верхний преломляющий оптический элемент, а между глазами...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002728982
Дата охранного документа: 03.08.2020
12.04.2023
№223.018.4296

Трехвходовая аксиально-радиальная электрическая машина-генератор

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим преобразователям энергии, и может быть использовано, например, в качестве преобразователя кинетической энергии ветра, преобразованной ветроколесом в механическую энергию вращения, подаваемой на механический вход машины,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002763044
Дата охранного документа: 27.12.2021
12.04.2023
№223.018.42ac

Стабилизированная трехвходовая аксиально-радиальная электрическая машина-генератор

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромеханическим преобразователям энергии, и может быть использовано, например, в качестве преобразователя кинетической энергии ветра, преобразованной ветроколесом в механическую энергию вращения, подаваемой на механический вход машины,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002759598
Дата охранного документа: 16.11.2021
Showing 1-10 of 10 items.
10.05.2014
№216.012.bfb1

Способ мониторинга внутренних коррозийных изменений магистрального трубопровода и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области диагностики линейной части трубопроводных систем и может быть использовано для диагностики технического состояния внутренней стенки магистральных трубопроводов. Размещают на внешней поверхности трубопровода возбуждающие и измерительную катушки, генерируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514822
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.12.2014
№216.013.116c

Коммутирующее устройство

Изобретение относится к области разрядной техники и может быть использовано при создании устройств, предназначенных для коммутации высоких уровней энергии, защиты аппаратуры и линий связи от постоянного или переменного перенапряжений. Технический результат, достигаемый изобретением - повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535883
Дата охранного документа: 20.12.2014
10.01.2015
№216.013.1b6a

Устройство для определения электрической проводимости жидкостей

Использование: для определения электрической проводимости жидкостей. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит кондуктометрический датчик контактного типа, электрод 1 датчика состоит из нескольких сегментов 2, 3 и 4, а электрод 5 выполнен сплошным и является общим для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538446
Дата охранного документа: 10.01.2015
20.08.2015
№216.013.6f7b

Способ контроля герметичности оболочек твэлов

Изобретение относится к способам контроля герметичности оболочек тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерного реактора по активности продуктов деления в теплоносителе первого контура корпусных ядерных реакторов и направлено на повышение безопасности эксплуатации ядерных реакторов. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560109
Дата охранного документа: 20.08.2015
27.01.2016
№216.014.bd9b

Преобразователь разности давлений

Изобретение относится к средствам измерения давления газообразных сред, а именно к устройствам для измерения разности давлений с помощью упругодеформируемых элементов в качестве чувствительных элементов с использованием оптических средств. Техническим результатом изобретения является повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002573711
Дата охранного документа: 27.01.2016
26.08.2017
№217.015.e527

Способ идентификации групповой воздушной цели

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способам радиолокационного обнаружения и распознавания радиолокационных объектов, и может быть использовано для идентификации групповой воздушной цели (ГВЦ). Достигаемый технический результат - повышение достоверности полученной информации для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626459
Дата охранного документа: 28.07.2017
01.11.2018
№218.016.9963

Устройство для оценки состояния дорожного покрытия

Изобретение относится к области оценки транспортно-эксплуатационного состояния дорожных покрытий автомобильных дорог. Технический результат - обеспечение непрерывного мониторинга состояния дорожного покрытия с целью повышения безопасности движения. Устройство для оценки состояния дорожного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002671385
Дата охранного документа: 30.10.2018
16.06.2023
№223.018.7b4f

Способ нанесения теплозащитного износостойкого покрытия на детали из чугуна и стали

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения теплозащитных износостойких покрытий. Способ нанесения теплозащитного износостойкого покрытия на детали из чугуна и стали включает проведение абразивно-струйной обработки поверхности изделия карбидом кремния с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002751499
Дата охранного документа: 14.07.2021
16.06.2023
№223.018.7b84

Способ нанесения комбинированного жаростойкого покрытия на лопатки турбин гтд

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в машиностроении для защиты деталей газотурбинных двигателей от газовой коррозии. Способ нанесения жаростойкого покрытия на лопатки турбин газотурбинного двигателя включает хромоалитирование, последующую термовакуумную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002755131
Дата охранного документа: 13.09.2021
17.06.2023
№223.018.815a

Способ нанесения теплозащитного электропроводящего покрытия на углеродные волокна и ткани

Изобретение может быть использовано при производстве графитированных и активированных углеродных волокон и тканей, обладающих высокой теплостойкостью и электропроводностью. Теплозащитное электропроводящее покрытие на углеродные волокна и ткани наносят путём плазменного напыления керметной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002757827
Дата охранного документа: 21.10.2021
+ добавить свой РИД