способ получения покрытия на изделиях из железа или сплавов на его основе

Формула изобретения

1. Способ получения покрытия на изделиях из железа или сплавов на его основе, включающий наплавление материала покрытия на поверхность изделия путем проведения термохимической реакции взаимодействующих между собой при нагреве до температуры реакции окислов и восстановителей, образующих термитный состав, отличающийся тем, что окисел получают путем предварительного окисления поверхности изделия до образования оксидов, после чего для образования термитного состава наносят на поверхность восстановитель.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют алюминий.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в термитный состав вводят нано- или ультрадисперсные порошки тугоплавких соединений.

4. Способ п.3, отличающийся тем, что в качестве тугоплавких соединений используют карбонитриды.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в наплавляемый материал покрытия дополнительно вводят элементы, образующие в совокупности с ним слой антифрикционного сплава, а в процессе наплавления покрытия на внутреннюю поверхность изделия в виде цилиндра производят его вращение вокруг оси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при получении износостойких и антифрикционных покрытий на изделиях.

Известен способ получения покрытий на изделиях, при котором производят плазменное и газоплазменное напыление металлическими и неметаллическими материалами, например А1 ₂O₃ или ZrO₂, разогреваемыми в факеле плазмы до температуры выше точки плавления (Специальные способы литья. Справочник. Под общей редакцией акад. АН УССР В.А. Ефимова. М.: Машиностроение, 1991 г., стр.111, 113).

Известен способ получения покрытий на изделиях, принятый за наиболее близкий аналог, при котором осуществляют наплавление покрытия на поверхность изделия за счет проведения термохимической реакции взаимодействующих между собой при нагреве до температуры реакции окислов и восстановителей, образующих термитную смесь (SU 171876, кл. С 23 С 26/00, 31.07.1965 г.).

Суть процесса состоит в том, что на изделие наносят слой диффузионно-активной пасты, а затем слой энерговыделяющей пасты. Затем наружный слой воспламеняют и за счет диффузии элементов из внутреннего слоя происходит насыщение поверхности изделия бором, алюминием и др.

Данный способ малоэффективен, т.к. диффузионный процесс длителен по своей природе, а экзотермическая реакция - быстро протекающий процесс, и образующиеся диффузионные слои незначительны. Кроме того, эти слои не обладают теплозащитными свойствами, и способ не позволяет получить покрытия с антифрикционными свойствами.

Целью изобретения является устранение отмеченных недостатков, а именно увеличение толщины при улучшении свойств покрытия, расширение номенклатуры получаемых покрытий.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения покрытия на изделиях из железа или сплавов на его основе, включающем наплавление материала покрытия на поверхность изделия путем проведения термохимической реакции взаимодействующих между собой при нагреве до температуры реакции окислов и восстановителей, образующих термитный состав, окисел получают путем предварительного окисления поверхности изделия до образования оксидов, после чего для образования термитного состава наносят на поверхность восстановитель. При этом в качестве восстановителя используют алюминий, в термитный состав вводят нано- нли ультрадисперсные порошки тугоплавких соединений - карбонитриды, например TiCN, до 0,1% по массе.

В результате применяемых приемов образуется покрытие из Al₂O₃ достаточной толщины, обладающее комплексом свойств - каррозионностойкостью, износостойкостью, термосопротивлением с улучшенными механическими характеристиками за счет нано-(ультрадисперсных) порошков, которые выполняют роль “арматуры” покрытия, улучшающими адгезию и механические свойства покрытия.

Следующее отличие способа заключается в том, что в наплавляемый материал дополнительно вводят элементы, образующие в совокупности с ним слой антифрикционного сплава, а в процессе наплавления покрытия на внутреннюю поверхность изделия в виде цилиндра производят его вращение вокруг оси. Это позволяет получить биметаллические подшипники с тонким антифрикционным слоем и повышенной износостойкостью за счет измельченной структуры металла покрытия с центрами кристаллизации из ультрадисперсных карбонитридов.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1.

Поверхность стального изделия окисляют до образования закись-окиси железа и затем на окисленную поверхность методом холодного газодинамического напыления наносят тонкий слой алюминиевого порошка, в который предварительно замешиваем ультрадисперсный порошок карбонитрида титана (ТiСN) дисперсностью до 0,1 мкм в количестве 0,01-0,1% по массе. Далее известными приемами проводят реакцию

8А1+3Fе₃O₄ =4Аl₂О₃+9Fе+800 ккал,

в результате которой на поверхности стального изделия образуется покрытие из Аl₂O₃, обладающее комплексом полезных свойств.

Пример 2.

Биметаллическую втулку сталь 40Х-бронза БрА10ЖЗМц2 (корпус подшипника) получают в следующей последовательности.

Стальную втулку нагревают в индукторе до температуры 1350°С, устанавливают в специальное устройство и приводят во вращение. Затем на внутреннюю поверхность горячей втулки засыпают порошок следующего состава, %:

Окись меди 64

Химическое соединение меди и алюминия 20

Малоуглеродистый ферромарганец 16

Нанопорошок TiCN 0,05% сверх 100%

и алюминиевый порошок (рубленная проволока) в количестве, достаточном для получения бронзы БрА10ЖЗМц2.

При разогреве сыпучего материала свыше 1000°С протекает химическая реакция

СuO+2А1=Аl ₂O₃+3Cu+Q,

смесь расплавляется, образующийся внутренний слой из бронзы приваривается к стали, и окись алюминия, как более легкая, вытесняется поверх бронзы, а затем удаляется.

Использование изобретения позволяет расширить номенклатуру наплавляемых на изделия покрытий и улучшить их свойства.