Способ микродугового оксидирования прутков из титановой проволоки для выполнения износостойких наплавок

Изобретение относится к оксидированию материалов методом электрохимической обработки и может быть применено для оксидирования сварочной проволоки из титановых сплавов, применяемой при изготовлении изделий судовой арматуры и механизмов, изделий химического машиностроения и др.

Известна сварочная проволока из титанового сплава марки ПТ-7М по ГОСТ 27265-87, которая применяется как наплавочный материал для упрочнения трущихся поверхностей после предварительного термического оксидирования в открытой воздушной среде при температуре 750-800°С. Такая обработка приводит к образованию на поверхности проволоки окисной пленки, кислород которой является легирующим элементом при наплавке, повышая тем самым сопротивление износу поверхности изделия.

Однако операция оксидирования в воздушной среде приводит одновременно к совершенно нежелательному наводороживанию сварочной проволоки.

Содержание водорода в проволоке возрастает с 0,002% до 0,015-0,020%, что совершенно недопустимо при наплавочных работах на поверхности титановых сплавов.

В связи с этим, после оксидирования проволока подвергается дегазации для удаления водорода в вакуумных печах при температуре 750-900°С в течение 5-10 час, что является трудоемкой и дорогостоящей операцией. По этой технологии в настоящее время приготавливается практически весь наплавочный материал.

С целью снижения трудоемкости и стоимости изготовления в настоящем изобретении предлагается для оксидирования сварочной проволоки использовать метод микродугового оксидирования, который полностью исключает необходимость выполнения операции дегазации.

Наиболее близким техническим решением и принятым нами за прототип является «Способ микродугового оксидирования присадочных прутков из титанового сплава для антифрикционной наплавки», включающий микродуговое оксидирование сварочной проволоки ВТ6св вначале в растворе NaAlO₂ с концентрацией (15±1) г/л, рН 11,5÷12 при напряжении 280÷300 В, при температуре 20÷24°С в течение (15÷1) минут; затем в водном растворе Na₃PO₄ с концентрацией (14±1) г/л, рН 10,5÷11,0 при напряжении 290÷310 В, при температуре 16÷20°С в течение (18±1) минут, предложенный ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» (патент № 2483146 от 27.05.2013.).

Недостатком данного метода является то, что при выполнении наплавки твердость наплавленного металла не превышает 450÷480 кгс/мм². Наплавки с такой твердостью имеют ограниченный ресурс работы, особенно при жестких режимах циклического нагружения. Для повышения ресурса работы титановой арматуры необходимо увеличение твердости наплавленного металла.

Техническим результатом изобретения является разработка режимов микродугового оксидирования прутков из титановой проволоки для износостойких наплавок, позволяющего обеспечить повышение твердости наплавленного металла до 500÷540 кгс/мм².

Технический результат достигается за счет того, что присадочные прутки изготавливают из сварочной титановой проволоки марки ВТ6св, а микродуговое оксидирование выполняют в водном электролите с раствором Na₃PO₄ с концентрацией 14 г/л, рН 10,5÷11,0 при напряжении 290÷310 В, при температуре 20°С в течение (150±10) минут.

В лабораторных условиях была взята сварочная проволока из титанового сплава марки ВТ6св по ГОСТ 27265-87 (Ti-основа, Al-4%, V-3%) и приготовлены электролит: раствор фосфата натрия Na₃PO₄ с концентрацией 14,0 г/л. После чего было проведено нанесение покрытий в растворе Na₃PO₄ при напряжении 290 В, 300 В, 310 В в течение 140 мин, 150 мин и 160 мин при температуре 20°С.

В таблице 1 приведены параметры предлагаемого и известного способов.

Режимы МДО оценивались замерами твердости наплавленного металла. Приведенный режим обеспечивает стабильный диапазон распределения твердости в наплавке в пределах 500÷540 кгс/мм².

Технико-экономические преимущества от применения указанного способа по сравнению с прототипом выразятся в увеличении срока службы и надежности изделий судовой арматуры и механизмов из титановых сплавов за счет увеличения твердости металла уплотнительных поверхностей арматуры.