Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к области восстановления или ремонта изделий, содержащих металлические дефектные поверхности, преимущественно изготавливаемых из термически упрочняемых алюминиевых сплавов.

Из патентной литературы известен способ восстановления изделий путем запаивания дефектов поверхностей в виде микротрещин, включающий перекрытие дефектного места - микротрещины пластической деформацией краев кромок микротрещин при температуре выше температуры пайки и пайку этого дефектного места легкоплавким припоем (см., например, а.с. СССР N 1399036, кл. B 23 K 1/12 от 05.12.86 г.).

Известен способ запаивания микротечей, включающий предварительное перекрытие микротечи заполнением ее полости пластическим материалом путем запрессовки и пайку дефектного места легкоплавким припоем (см., например, а.с. СССР N 556003, кл. B 23 K 1/12, B 23 K 31/02 от 30.07.75 г.).

Известен способ ремонта сваркой, преимущественно изделий с полостью, имеющих дефекты в виде отверстий или трещин, включающий подготовку изделия под сварку, в процессе которой дефект высверливают и в отверстие вставляют заглушку, полость заливают расплавленным металлом с учетом температуры и плотности материала и производят собственно сварку (см., например, а.с. N 1498598, кл. B 23 P 6/00 от 07.08.89 г.).

Известен способ устранения дефектов изделий путем плазменной наплавки на дефектное место порошкообразным присадочным материалом, при котором поток порошка подают в плазменную дугу через бункер с конической полостью под действием собственного веса при соответствующей ориентации направления подачи порошка и плазмотрона (см., например, патент РФ N 1631849, кл. B 23 K 9/04 от 11.06.87 г.).

Известен способ восстановления деталей машин, заключающийся в нанесении на восстанавливаемую поверхность детали материала, в частности карбида тугоплавких металлов заданной величины и сплошности электроискровым легированием, и последующей электромеханической обработке (см., например, а.с. СССР 1532264, кл. B 23 P 6/00 от 30.12.89 г.).

Известен способ восстановления изделий методом напыления порошковых материалов на дефектное место изделий (см., например, а.с. СССР N 1680479, кл. B 23 P 6/00 от 30.09.91 г.) - прототип.

Общими недостатками указанных выше способов являются затруднение восстановления или ремонта поверхностей в труднодоступны местах и необходимость очень сложного оборудования, а нагрев дефектной поверхности ведет к изменению структуры материала, механических, коррозионных и других свойств.

Задачей данного изобретения является создание способа восстановления изделий, преимущественно изготавливаемых из термически упрочненных алюминиевых сплавов, имеющих обнаруженные или предполагаемые дефекты поверхности, с достижением технического результата в виде возможности восстановления или ремонта практически в любом месте поверхности и любой формы без использования специального сложного оборудования, без значительного тепловложения в дефектном месте изделия, как это имеет место при подварке или плазменном напылении. Кроме того, технический результат заключается в расширении арсенала технических средств данного назначения.

Поставленная задача решается тем, что в способе восстановления изделий, включающем напыление на дефектное место изделия порошкового материала, в качестве порошкового материала используют смесь порошков алюминия с размером частиц 10-50 мкм и карбида кремния с размером частиц 30-50 мкм в соотношении 20-40 мас.% карбида кремния, остальное - алюминий, напыление смеси порошков производят путем ее ускорения в сверхзвуковом сопле, а для разгона смеси порошков используют сжатый воздух, предварительно нагретый до температуры 120-180^oC.

Предложенный способ далее поясняется более подробно. Так, сразу следует отметить, что устранение дефектов на поверхности изделий, изготовленных из термически упрочняемых алюминиевых сплавов, требует особо деликатного подхода. Это необходимо для того, чтобы избежать ухудшения прочностных характеристик изделий и обеспечить при этом устранение обнаруженных и/или предполагаемых дефектов. Известно, что разупрочнение термически упрочняемых алюминиевых сплавов не происходит, если температура подложки (изделия) из этого сплава в точке дефекта (напыления) не поднимается выше 100^oC. Многократные эксперименты показали, что это условие можно обеспечить, если напыление на микротечь производить порошковым материалом, ускоренным в сверхзвуковом сопле, при этом температура сжатого воздуха, используемого для ускорения порошка в сверхзвуковом сопле, не должна быть выше 180^oC. Чем ниже температура сжатого воздуха, тем ниже будет температура подложки, на которую осуществляется напыление. Однако при таком способе напыления коэффициент использования рабочего порошка по мере снижения температуры уменьшается.

Качество обработки изделия с целью устранения дефектов поверхности его стенок определяется также и размером частиц в напыляемой порошковой смеси. Эксперименты показали, что оптимальный размер частиц рабочего порошка алюминия для устранения обнаруженных и/или предполагаемых дефектов путем напыления смеси порошков, ускоренной в сверхзвуковом сопле, потоком воздуха должен быть в пределах 10-50 мкм. Если размер частиц превышает 50 мкм, то прочность сцепления, а заодно и коэффициент использования рабочего порошка уменьшается, т.к. по мере увеличения размера частиц алюминия уменьшается вероятность их закрепления на поверхности изделия и увеличивается эрозия поверхности изделия частицами карбида кремния. Частицы порошка алюминия с размером меньше 10 мкм сильно тормозятся в приповерхностном слое, теряют скорость и, следовательно, не закрепляются на поверхности, а уносятся потоком воздуха. Поэтому покрытие не формируется.

Наличие в рабочем порошке частиц карбида кремния обусловлено тем, что эти частицы при столкновении с поверхностью подложки внедряются в нее и, тем самым, обеспечивают высокую прочность сцепления покрытия с подложкой в целом. Экспериментами также установлено, что при размере частиц в пределах 30-50 мкм происходит значительно быстрее "залечивание" дефектных мест и уменьшается на 20-30% время напыления, по сравнению с частицами менее 30 мкм, что можно объяснить высокой кинетической энергией у частиц размером 30-50 мкм и большей способностью этих частиц зачеканить микротечи и внедриться в материал изделия. Однако частицы карбида кремния в процессе напыления одновременно производят и эрозионное воздействие на напыляемое покрытие. При слишком большом их содержании в рабочей порошковой смеси скорость осаждения частиц алюминия может сравняться со скоростью эрозии покрытия частицами карбида кремния и, таким образом, покрытие не будет образовываться вообще. Оптимальное соотношение компонентов в рабочей смеси, как было установлено в процессе проведения экспериментов, составляет 20-40% по весу карбида кремния, остальное алюминий.

Примеры конкретного использования
1. Ремонту или восстановлению подвергалась емкость из термически упрочненного алюминиевого сплава 1201Т1, в стенке которой была обнаружена микротечь. Поперечный размер микротечи составлял 50-100 мкм. Для ее устранения на поверхность стенки емкости в зоне расположения микротечи производилось напыление покрытия. Покрытие формировалось путем нанесения на поверхность порошковой смеси, ускоренной в сверхзвуковом сопле при рабочем давлении сжатого воздуха 0,5 МПа и температуре 160^oC. В качестве рабочего состава использовалась механическая смесь порошка алюминия с размером частиц от 10 до 50 мкм и порошка карбида кремния с размером частиц 30-50 мкм. Содержание карбида кремния в рабочей смеси составляло 30 мас.%. Общая площадь нанесенного покрытия 5 см², толщина покрытия в точке, где находилась микротечь, - 1,5 мм. После указанного ремонта поверхности емкость была испытана на герметичность, результаты испытаний показали полное отсутствие негерметичности.

2. Ремонту или восстановлению было подвергнуто днище емкости, изготовленное из термически упрочненного алюминиевого сплава 1201Т1. Днище емкости еще не было соединено с боковыми стенками. На участке днища размером 2 см² имелась вмятина, образовавшаяся от случайного удара тяжелым предметом. В этом месте после сборки емкости в целом могли проявиться микротрещины и/или микротечи. Для устранения такой возможности на область вышеуказанного дефекта было нанесено алюминиевое покрытие толщиной 2 мм (в зоне предполагаемого дефекта) и общей площадью 20 см². покрытие наносилось путем напыления порошковой смеси, ускоренной в сверхзвуковом сопле при рабочем давлении сжатого воздуха 0,5 МПа и температуре 180^oC. В качестве рабочего порошка использовалась механическая смесь порошка алюминия с размером частиц менее 50 мкм, но более 10 мкм и порошка карбида кремния с размером частиц 30-50 мкм. Содержание карбида кремния в рабочей смеси составляло 30 мас.%. Температуры стенки емкости в зоне напыления не поднималась выше 95^oC. После сборки емкости она была испытана на герметичность воздушно-гелиевой смесью методом "щупа" при избыточном давлении 150 ати.

Негерметичности по месту напыления при чувствительности схемы испытаний 1•10^-5 л мкм рт.ст./с не выявлено.