×
30.11.2018
218.016.a1bb

Способ нанесения покрытия из антифрикционного твердого сплава методом взрывного прессования

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение может быть использовано для изготовления взрывным прессованием композиционных многослойных деталей. На поверхности металлической подложки размещают титановый порошок. Затем формируют промежуточный слой из смеси порошков карбида хрома с титаном в соотношении 78 мас. % CrC и 22 мас. % Ti , после чего наносят смесь порошков карбида кремния с титаном в соотношении 38-42 мас. % SiC и 58-62 мас. % Ti. Толщина промежуточного слоя равна 2,5-3,5 мм. Инициируют заряд взрывчатого вещества, расположенный над порошковым материалом, отделенный от него металлической пластиной. Нормально падающая детонационная волна уплотняет порошковый материал до практически беспористого состояния и создает условия для соединения компонентов между собой и со стальной подложкой. Технический результат заключается в увеличении прочности соединения покрытия с металлической подложкой. 2 ил., 2 табл., 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области нанесения покрытий с применением взрывного прессования смесей порошков карбида кремния с титаном и может быть использовано при изготовлении заготовок многослойных композиционных деталей узлов торцевых механических уплотнителей для использования во вращающемся оборудовании, для обеспечения герметизации вала, передающего механическую энергию к рабочему органу механизма, типа насосов, компрессоров, химических реакторов и т.д.

Известен способ получение твердых сплавов с использованием прослойки (Харламов В.О., Крохалев А.В., Кузьмин С.В., Лысак В.И., Рогозин В.Д. / Известия Волгоградского государственного технического университета, 2012, №14, с. 110-119) в качестве которой, использовался титановый порошок толщиной 1 мм между стальным основанием и порошковой смесью (78 мас. % Cr3C2 и 22 мас. % Ti), при этом общая насыпная толщина порошка составляет 7 мм.

Недостатком данных способов получения покрытия является низкая прочность соединения (70-75 МПа) между порошковым твердым сплавом карбида хрома с титаном (78 мас. % Cr3C2 и 22 мас. % Ti) и слоя титанового порошка из-за высокого уровня термических напряжений и не равномерного распределения.

Наиболее близким по техническому уровню и полученному результату является известный способ нанесения покрытия (RU 2619550 C1, B23K 20/08, опубл. 16.05.2017 Бюл. №14), при котором осуществляют нанесение покрытия из порошкового материала на поверхность детали путем инициирования заряда взрывчатого вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности соединения при нанесении покрытий, в промежуточный слой вводится идентичный порошковый материал с большим содержанием металлической связки.

Недостатком данного способа является невысокая прочность соединения (135…150 МПа) между порошковым твердым сплавом карбида хрома с титаном (78 мас. % Cr3C2 и 22 мас. % Ti), и слоем титанового порошка (титан 100 мас. %) из-за высокого уровня остаточных термических напряжений, возникающих при совместном охлаждении слоев спрессованных взрывом порошковых материалов, имеющих значительную разницу коэффициентов линейного расширения.

В связи с этим актуальной задачей является разработка нового способа нанесения покрытия из антифрикционного твердого сплава взрывным прессованием смесей порошков карбида хрома с титаном, позволяющего изготавливать высококачественные многослойные композиционные детали узлов торцевых механических уплотнителей, обеспечивая высокую прочность.

Технический результат, который обеспечивается при осуществлении изобретения, - увеличение прочности соединения покрытия с металлической подложкой.

Поставленный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе нанесения покрытия из антифрикционного твердого сплава на металлическую подложку, включающий последовательное нанесение на поверхность металлической подложки порошковых материалов, состоящих из слоя титанового порошка и смеси порошков карбида хрома с титаном Cr3C2 и Ti, и взрывное прессование смесей порошков, между слоем из титанового порошка и слоем из смеси порошков карбида хрома Cr3C2 и Ti размещают промежуточный слой из смеси порошков карбида кремния с титаном в соотношении 38..42 мас. % SiC и 58..62 мас. % Ti, при этом слой из смеси порошков карбида кремния и титана составляет 2,5-3,5 мм.

В отличие от прототипа, благодаря введению промежуточного слоя из смеси порошков карбида кремния с титаном в соотношении 38..42 мас. % SiC и 58..62 мас. % Ti имеющего значение коэффициента линейного расширения 6,3×10°С-1, достигается состояние при котором происходит значительное изменение коэффициента линейного расширения от 8,5×10°С-1 у слоя из титанового порошка до 7,8×10°С-1 у слоя из антифрикционного твердого сплава карбида хрома с титаном в соотношении 78 мас. % Cr3C2 и 22 мас. % Ti, что увеличивает торможение усадки верхнего и нижнего порошковых слоев, приводящее к увеличению прочности соединения покрытия со стальным основанием, а так же введение промежуточного слоя из смеси порошков карбида кремния с титаном в соотношении 38..42 мас. % SiC и 58..62 мас. % Ti снижает упругое последействие из-за более низкого модуля упругости, что приводит к уменьшению внутренних напряжений в слое смеси порошков карбида хрома с титаном в соотношении 78 мас. % Cr3C2 и 22 мас. % Ti и в слое титанового порошка.

Вводя промежуточный слой из смеси порошков карбида кремния с титаном в соотношении больше 42 мас. % SiC и соответственно менее 58 мас. % Ti уменьшается коэффициент линейного расширения менее 6,3×10°С-1, что приводит к увеличению напряжений между слоем из карбида хрома с титановой связкой. Уменьшая содержания в смеси порошков карбида кремния SiC менее 38 мас. % и соответственно увеличение содержания титанового порошка более 62 мас. % Ti увеличивает коэффициент линейного расширения выше 6,3×10°С-1, что приводит к снижению способности материала к релаксации термических напряжений.

Введение промежуточного слоя с высоким коэффициентом температурного расширения из смеси порошков карбида кремния с титаном в соотношении 38..42 мас. % SiC и 58..62 мас. % Ti толщиной 2,5-3,5 мм обеспечивает высокое сцепление из-за снижения температурного расширения смеси порошков карбида хрома с титаном в соотношении 78 мас. % Cr3C2 и 22 мас. % Ti и титаном.

Увеличение толщины слоя из смеси порошков карбида кремния с титаном в соотношении 38..42 мас. % SiC и 58..62 мас. % Ti свыше 3,5 мм, приводит к недостаточному разогреву всего покрытия из-за высокой теплопроводности, что приводит к недостаточной спресованности порошковых смесей и как следствие низкой прочности соединения покрытий (таблица 1). Кроме того, увеличение толщины промежуточного слоя свыше значения, равного 3,5 мм, приведет к снижению толщины слоя из смеси порошков карбида кремния и титана в соотношении 78 мас. % Cr3C2 и 22 мас. % Ti, а следовательно, и к снижению толщины рабочего слоя из антифрикционного твердого сплава после взрывного прессования, что негативно скажется на ресурсе работы узла трения.

Уменьшение торщины промежуточного слоя менее 2,5 мм так же приводит к негативным последствиям в виде снижения прочности соединения покрытия вследствие не возможности перераспределения и релаксации термических напряжений.

Опытные данные по влиянию толщины слоя получены на средних значениях из смеси порошков карбида кремния с титаном в соотношении 40 мас. % SiC и 60 мас. % Ti на прочность соединения покрытия приведены в таблице 1.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема нанесения покрытия из порошкового твердого сплава взрывным прессованием нормально падающей детонационной волной, на фиг. 2 - микроструктура и распределение полученного твердого сплава.

Предлагаемый способ нанесения покрытия осуществляется в следующей последовательности (фиг. 1). Во взрывной камере (или на полигоне) на сформированную подушку 1 из утрамбованного влажного песка устанавливают металлическую подложку 2 (заготовку узла трения). На поверхность подложки устанавливают картонный контейнер высотой h=7 мм, внутрь которого методом свободной засыпки наносят слой из титанового порошка 3, толщиной h1=1 мм. Далее наносят промежуточную прослойку из смеси порошков карбида кремния с титаном в соотношении 38..42 мас. % SiC и 58..62 мас. % Ti 4 толщиной h2=2,5-3,5 мм. Затем наносят слой из смеси порошков карбида хрома и титана в соотношении 78 мас. % Cr3C2 и 22 мас. % Ti толщиной h3 5. Далее на порошковый материал устанавливают металлическую пластину 6 с контейнером для ВВ 7 и отрезками детонирующего шнура 8 равной длины связанных с электродетонатором 9. Затем монтируют электрическую цепь, подключая ее к взрывной машинке. После инициирования заряда ВВ нормально падающая детонационная волна со скоростью D=4200 м/с, воздействуя через промежуточную пластину на порошок, вызывает появление в нем ударной волны, двигающейся по направлению к основанию, которая уплотняет порошковый материал до практически беспористого состояния (остаточная пористость не более 1%) и создает условия, оптимальные (максимальное давление прессования 13-15 ГПа; температура разогрева порошковой смеси до Т=0,4 Тпл, где Тпл - температура плавления карбида, К) для соединения компонентов между собой и со стальной заготовкой.

Пример №1

Предлагаемый способ нанесения покрытия из антифрикционного твердого сплава на металлическую подложку взрывным прессованием смесей порошков карбида кремни с титаном и карбида вольфрама с титаном опробовали при изготовлении образцов уплотнителей из антифрикционного покрытия. Способ осуществляли на полигоне согласно схеме, приведенной на фиг. 1. На поверхность металлической подложки, после зачистки от окислов и удаления жировых загрязнений устанавливали картонный контейнер высотой 7 мм, в который последовательно насыпали слои порошкового материала. Использовали порошок чистого карбида кремния SiC (ГОСТ Р 52381-2005), дисперсность 6-10 мкм, порошок титана ПТОМ-1 (ТУ 14-22-57-92), дисперсность 10-15 мкм, порошок чистого карбида хрома Cr3C2 КХНП-1 (ТУ 14-22-28-90) дисперсность 3-10 мкм и порошок титана ПТС (ТУ 14-22-57-92) дисперсность 50-150 мкм Исходные порошки подвергали просеву через сито, а затем смешивали в необходимых для получения заданного состава смеси пропорциях. С целью достижения однородности порошковой смеси применяли сухое перемешивание без размольных тел в барабанном смесителе типа «пьяная бочка». Насыпную плотность порошковых смесей (таблица 2) определяли экспериментально путем взвешивания мерной чашки известного объема.

Сначала на поверхность подложки путем свободной засыпки наносили слой, состоящий из титанового порошка толщиной h1=1,0 мм, далее промежуточный слой из смеси порошков порошков карбида кремния с титаном в соотношении 40 мас. % SiC и 60 мас. % Ti толщиной h2=3 мм. Затем наносили смесь порошков карбида кремния и титана в соотношении 78 мас. % Cr3C2 и 22 мас. % Ti, толщиной h3=3 мм. Далее на порошковый материал устанавливали металлическую пластину из Ст. 3 толщиной 0,75 мм с контейнером для ВВ (аммонит 6 ЖВ ГОСТ 21984-76). В контейнер с ВВ устанавливали отрезки детонирующего шнура равной длины (300 мм), которые свободным концом связывали с электродетонатором. После взрывного прессования нормально падающей детонационной волной получили заготовку для торцевого уплотнителя насосов ЦНС с покрытием из антифрикционного твердого слава из смеси порошков карбида кремния и титана в соотношении 78 мас. % Cr3C2 и 22 мас. % Ti. Как видно из фиг. 2, получившееся покрытие имеет равномерное распределение частиц карбида хрома Cr3C2 в титановой матрице с остаточной пористостью около 1%, а так же равномерное распределение частиц карбида кремния SiC в титановой матрице с остаточной пористостью около 1% которое не отслаивается при последующей токарной обработке и испытаниях в условиях эксплуатации. После вырезки образцов для механических испытаний прочность соединения покрытия составила 190 МПа, что выше, чем у прототипа.

Пример №2

Способ получения покрытия совпадает с примером №1, но в качестве промежуточной прослойки взята смесь порошков карбида кремния с титаном в соотношении 38 мас. % SiC и 62 мас. % Ti толщиной 3 мм. После вырезки образцов для механических испытаний получили прочность соединения покрытия на срез 185 МПа. Данный показатель прочности значительно выше показателей прочности прототипа, и попадает в диапазон значений полученных при изменении насыпной толщины слоя 2,5-3,5 мм.

Пример №3

Способ получения покрытия совпадает с примером №1, но в качестве промежуточной прослойки взята смесь порошков карбида кремния с титаном в соотношении 42 мас. % SiC и 58 мас. % Ti толщиной 3 мм. После вырезки образцов для механических испытаний получили прочность соединения покрытия 185 МПа. Данный показатель прочности значительно выше показателей прочности прототипа, и попадает в диапазон значений полученных при изменении насыпной толщины слоя 2,5-3,5 мм.

При использовании в качестве промежуточной прослойки смесь порошков карбида кремния в соотношении менее 38 мас. % SiC и соответственно более 62 мас. % Ti или больше 42 мас. % SiC и соответственно менее 58 мас. % Ti толщиной 3 мм, получаем прочность соединения покрытия в пределах 140-150 МПа.

Таким образом, приведенный способ позволяет получить высокую прочность соединения покрытия со стальным основанием при использовании карбида кремния с титаном является 38..42 мас. % SiC и 58..62 мас. % Ti и толщина слоя h2=2,5-3,5 мм.

Способ нанесения покрытия из антифрикционного твердого сплава на металлическую подложку, включающий последовательное нанесение на поверхность металлической подложки порошковых материалов, состоящих из слоя титанового порошка и смеси порошков карбида хрома с титаном в соотношении 78 мас. % CrC и 22 мас. % Ti, и взрывное прессование смесей порошков, отличающийся тем, что между слоем из титанового порошка и слоем из смеси порошков карбида хрома CrC и Ti размещают промежуточный слой из смеси порошков карбида кремния с титаном в соотношении 38…42 мас. % SiC и 58…62 мас. % Ti, при этом толщина слоя из смеси порошков карбида кремния и титана составляет 2,5-3,5 мм.
Способ нанесения покрытия из антифрикционного твердого сплава методом взрывного прессования
Способ нанесения покрытия из антифрикционного твердого сплава методом взрывного прессования
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 362.
13.01.2017
№217.015.8863

Туннель для автодорог, железных дорог и метрополитенов

Изобретение относится к горному и подземному строительству, в частности к конструкциям туннелей для автодорог, железных дорог и метрополитенов. Туннель для автодорог, железных дорог и метрополитенов с защитной обделкой, имеющий поперечное сечение в виде фигуры постоянной ширины. Поперечное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602533
Дата охранного документа: 20.11.2016
13.01.2017
№217.015.9187

Производные 2-(адамант-2-ил)этиламина, обладающие потенциальной противовирусной активностью

Изобретение относится к новым адамантансодержащим аминам нижеуказанной общей формулы, конкретно к 2-(адамант-2-ил)пентан-1-амину и 2-(адамант-2-ил)фенилэтил-1-амину, Новые соединения проявляют антивирусную активность. В общей формуле R=СН, СН. 1 табл., 2 пр.
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002605698
Дата охранного документа: 27.12.2016
25.08.2017
№217.015.a63b

Продольная галерея-потерна бетонной плотины

Изобретение относится к гидротехническому строительству, в частности к конструкциям продольных галерей-потерн бетонных плотин. Продольная галерея-потерна 5 бетонной плотины 1 выполнена в поперечном сечении в виде треугольника Рело. Причем один из углов треугольника Рело направлен в верхнюю...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608066
Дата охранного документа: 12.01.2017
25.08.2017
№217.015.a9ef

Грунтовая плотина, возводимая на слабых основаниях в районах с повышенной сейсмичностью

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано при возведении грунтовых сооружений на слабых основаниях в районах с повышенной сейсмичностью. Грунтовая плотина, возводимая на слабых основаниях в районах с повышенной сейсмичностью, включает криволинейную с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611805
Дата охранного документа: 01.03.2017
25.08.2017
№217.015.aa09

Напорный туннель округлой формы для гидроэлектростанций

Изобретение относится к гидротехническому строительству и предназначено для напорных туннелей гидроэлектростанций с обделкой. Напорный туннель округлой формы для гидроэлектростанций включает выработку 3 с углами и со сводом во вмещающей туннель породе и бетонную обделку 2 с расположенными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611718
Дата охранного документа: 28.02.2017
25.08.2017
№217.015.aa6f

Дренажная труба

Изобретение относится к мелиорации, а именно к дренажным трубам. Дренажная труба с перфорационными отверстиями 3 в поперечном сечении выполнена в виде треугольника Рело и имеет донную часть 1 и боковые части 2. Один из углов 4 треугольника Рело расположен в верхней сводной части трубы....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611803
Дата охранного документа: 01.03.2017
25.08.2017
№217.015.aa9d

Кротодренажное устройство

Изобретение относится к гидромелиоративной технике и используется при создании кротодрен. Устройство включает вертикальный нож, горизонтальный нож с симметрично расположенными относительно вертикального ножа открылками с прикрепленными к каждому из них дренером с поперечным сечением в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611787
Дата охранного документа: 01.03.2017
25.08.2017
№217.015.aaa0

Рабочий орган кротодренажной машины

Изобретение относится к гидромелиоративной технике и используется при создании кротодрен. Рабочий орган кротодренажной машины включает вертикальный нож 1 с двумя Г-образными крыльями 2 и дренеры 4, прикрепленные к Г-образным крыльям 2 вертикального ножа 1 посредством расположенных сзади него...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611800
Дата охранного документа: 01.03.2017
25.08.2017
№217.015.aae8

Осушительная дренажная труба

Изобретение относится к мелиорации и может быть использовано для устройства дренажа. Осушительная дренажная труба выполнена с расположенной в ее нижней части лотковой частью и верхней части - водоприемной частью с перфорационными отверстиями. В поперечном сечении осушительная дренажная труба...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611717
Дата охранного документа: 28.02.2017
25.08.2017
№217.015.ab95

Теплозащитный материал

Изобретение относится к теплозащитным материалам на основе этиленпропилендиеновых каучуков, которые могут использоваться в авиа- и ракетостроении. Теплозащитный материал на основе этиленпропилендиенового каучука содержит серу, оксид цинка, стеарин, технический углерод,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002612304
Дата охранного документа: 06.03.2017
Показаны записи 1-10 из 21.
27.03.2013
№216.012.30cc

Порошковая проволока для наплавки

Изобретение может быть использовано для дуговой наплавки инструмента и деталей, работающих при больших удельных давлениях и повышенных температурах. Порошковая проволока состоит из малоуглеродистой стальной оболочки и порошкообразной шихты при следующем соотношении компонентов, мас.%: хром...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478030
Дата охранного документа: 27.03.2013
10.12.2013
№216.012.8a78

Коммутационно-разделительное устройство

Устройство относится к радиотехнике, а именно к антенно-фидерным устройствам СВЧ бортового радиооборудования самолетов. Техническим результатом является обеспечение кругового обзора пространства приемопередатчиком и тремя радиоприемными устройствами с трехантенной системой и улучшение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501130
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.01.2014
№216.012.95db

Многоцелевая самолетная антенно-фидерная система

Изобретение относится к антенной технике радиосистем навигации, посадки, управления воздушным движением. Технический результат - обеспечение устойчивой работы самолетного радиооборудования UHF частотного диапазона при круговом обзоре пространства в азимутальной плоскости, в том числе в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504057
Дата охранного документа: 10.01.2014
20.05.2014
№216.012.c4f4

Способ комбинированной сварки взрывом

Изобретение может быть использовано при изготовлении биметаллических заготовок и переходных элементов преимущественно из разнородных металлов для электротехники, электрометаллургии, машиностроения и судостроения. Метаемую пластину устанавливают над неподвижной пластиной с зазором и инициируют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516179
Дата охранного документа: 20.05.2014
27.05.2014
№216.012.c98d

Самолетная антенно-фидерная система

Изобретение относится к области радиотехники, а именно к антенной технике, предназначенной для обслуживания бортовой радиоаппаратуры ближней навигации и посадки самолетов в дециметровом диапазоне частот. Технический результат - обеспечение устойчивой работы бортовой аппаратуры ближний навигации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517363
Дата охранного документа: 27.05.2014
27.06.2014
№216.012.d73f

Неплавящийся электрод для дуговой сварки

Изобретение относится к сварочной технике, а именно к конструкциям неплавящихся электродов для дуговой сварки, используемых например, в металлургии и химическом производстве для высокотемпературной обработки материалов. Изобретение позволяет повысить производительность сварки, снизить...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520881
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.10.2015
№216.013.81ce

Установка для испытания материалов на абразивное изнашивание

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к устройствам для испытания металлов и сплавов, а также композиционных материалов и покрытий на стойкость к абразивному изнашиванию при нормальной и повышенных температурах. Установка содержит основание, на котором установлены привод...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564827
Дата охранного документа: 10.10.2015
20.11.2015
№216.013.8fbd

Самолетная многодиапазонная афар с управляемым лучом на излучении и многолучевым приемом сигнала

Изобретение относится к антенным системам направленного излучения и приема. Получаемым техническим результатом является создание АФАР со структурой построения, обеспечивающей, при размещении на самолете, одновременно круговой многолучевой прием запросных сигналов и излучение ответного сигнала в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002568413
Дата охранного документа: 20.11.2015
25.08.2017
№217.015.a696

Модификатор для сварочных материалов

Изобретение может быть использовано в составе порошковых проволок, покрытых электродов и флюсов для сварки и наплавки. Модификатор содержит нанопорошок тугоплавкого соединения, выбранного из группы, включающей карбид, нитрид, оксид, карбонитрид, оксикарбонитрид металла, в качестве инокулятора и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608011
Дата охранного документа: 11.01.2017
25.08.2017
№217.015.c2ed

Способ получения модификатора для сварочных материалов

Изобретение относится к сварочным и наплавочным материалам и может быть использовано для получения наплавленного металла и сварных швов на низко-, средне- и высоколегированных сталях и сплавах. В качестве порошков тугоплавкого химического соединения используют тугоплавкие химические соединения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618041
Дата охранного документа: 02.05.2017
+ добавить свой РИД