Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДУГИ ПУЛЬСИРУЮЩЕЙ МОЩНОСТИ

Изобретение относится к технологии нанесения металлических композиционных материалов плазменным напылением с выносной электрической дугой пульсирующей мощности и может найти использование для изготовления или восстановления изношенных деталей, работающих в условиях повышенного износа и высоких контактных нагрузок в судостроительной промышленности, энергетике, прецизионном машино- и приборостроении и других отраслях машиностроения.

Известен способ получения композиционного покрытия на стальной детали плазменным напылением, включающий ввод напыляемого порошка в плазменную струю, термическое активирование обрабатываемой поверхности возбуждением выносной электрической дуги, которую совмещают с плазменной струей, и транспортирование порошка плазменной струей к обрабатываемой поверхности (см., например, Кулагин И.Д. и др. «Поверхностное упрочнение деталей дуговых разрядов», сб. Теория и практика газотермического нанесения покрытий, Дмитров, 1985, с.73-74).

Задачей данного изобретения является получение покрытий высокого качества за счет увеличения его локальной плотности и адгезионной прочности без перегрева обрабатываемой поверхности.

Это достигается тем, что в способе плазменного нанесения покрытий, включающем ввод напыляемого порошка в плазменную струю, термическое активирование обрабатываемой поверхности, возбуждением выносной электрической дуги, которую совмещают с плазменной струей, и транспортирование порошка плазменной струей к обрабатываемой поверхности, сначала осуществляют очистку и промывку напыляемой поверхности детали и поверхности детали, прилегающей к напыляемым зонам на расстояние не менее 50 мм, струйно-абразивную обработку для придания поверхности шероховатости по параметру R_Z не менее 20 мкм, и обдувку подготовленной поверхности сжатым воздухом, а плазменное напыление осуществляют с подачей порошкового материала из по крайней мере одного дозатора, для транспортирования порошка в плазмотрон используют сжатый воздух, в качестве плазмообразующего газа используют сжатый воздух с добавкой пропана, а выносную электрическую дугу питают пульсирующим током 60 А от отдельного источника током с частотой следования импульсов 25-200 Гц и при средней мощности пульсирующей дуги 2,5 кВт.

Для получения покрытия из разнородных материалов подачу порошка осуществляют из двух дозаторов, при этом используют порошки разного состава.

В качестве напыляемого порошка используют оксид хрома или оксид алюминия.

Очистка и промывка напыляемой поверхности детали позволяет увеличить прочность сцепления покрытия с основой, причем экспериментально установлено, что необходимо выполнять очистку и промывку также поверхности детали, прилегающей к напыляемым зонам на расстояние не менее 50 мм, что позволяет получить качественное покрытие в краевых зонах детали. Струйно-абразивную обработку осуществляют для придания поверхности шероховатости по параметру R_Z не менее 20 мкм, что повышает сцепление покрытия с основой, т.е. во много раз повышает адгезийную прочность покрытия.

Использование выносной дуги, питаемой пульсирующим током, позволяет обеспечить более эффективный и равномерный прогрев подаваемого порошка за счет улучшения условий теплообмена плазмы и порошка при импульсном изменении температуры и скорости плазменной струи, а также оптимизировать тепловое воздействие дуги на поверхность детали вследствие диффузии опорного пятна электрической дуги по поверхности, что ведет к повышению плотности и адгезионной прочности покрытия, так как оно формируется из проплавленных частиц на термически активированной или расплавленной поверхности. При этом экспериментально установлено, что для предотвращения коробления подложки и повышения устойчивости дуги, мощность пульсирующей дуги должна быть 2,5 кВт, частота следования импульсов 25-200 Гц а ток дуги 60 А.

Пример.

Осуществляют покрытие стальной детали. Для напыления используют порошки Т-Термо №60, (аналог отечественного порошка ПГСР4 (Ni Cr B Si), или оксид хрома или оксид алюминия фракцией 40-60 мкм.

Технологический процесс получения плазменного покрытия включает следующие этапы: подготовку порошков; подготовку поверхности, подлежащей напылению; нанесение покрытия; промежуточный контроль качества и размеров покрытия; окончательный контроль полученного покрытия.

Перед использованием порошки просушивают. Сушку порошков осуществляют в сушильном шкафу при температуре 130-150°C в течение 2-3 час на протвинях их нержавеющей стали, периодически помешивая. Затем осуществляют подготовку поверхности детали, подлежащей наплавке. Для этого поверхности очищают и промывают от масла, грязи и ржавчины с помощью волосяных или металлических щеток. Очистке и промывке подлежат также поверхности, прилегающие к наплавляемым зонам на расстоянии не менее 50 мм. Кроме того, поверхности детали, подлежащей наплавке, придают шероховатость струйно-абразивной обработкой. Шероховатость по параметру R_Z должна быть не менее 20 мкм по параметру R_Z по ГОСТ 2789. Данная операция позволяет повысить адгезийную прочность покрытия. После обработки поверхность детали обдувают сжатым воздухом. В дозатор засыпают порошковый материал, закрепляют деталь в патроне манипулятора, устанавливают соответствующие напыляемому порошковому материалу расход порошка. Для транспортирования порошка в плазмотрон использую сжатый воздух. Осуществляют напыление порошка. С помощью электрической дуги, горящей внутри плазменного генератора постоянного тока, нагревают поток газа, протекающий через него и создающий плазменную струю. В качестве газа используют сжатый воздух с добавкой пропана. В плазменную струю вводят порошок, напыляемый на поверхность. С осью плазменной струи совмещают электрическую дугу, питаемую от источника пульсирующего тока. Режимы напыления приведены в таблице 1, режимы электрической выносной дуги пульсирующей мощности - в таблице 2.

В результате получены покрытия, свойства которых приведены в таблице 3.

Данный способ позволяет повысить качество покрытия за счет увеличения адгезионной прочности и плотности получаемых покрытий, при этом уменьшается процент брака, вызванного отслоением покрытий. Кроме того, за счет повышения коэффициента использования наносимого материала обеспечивается экономия дорогих и дефицитных порошковых материалов.