способ микродугового оксидирования присадочных прутков из титанового сплава для антифрикционной наплавки

Формула изобретения

Способ микродугового оксидирования присадочных прутков для антифрикционной наплавки, отличающийся тем, что используют присадочные прутки из сварочной титановой проволоки марки ВТ6св, а микродуговое оксидирование выполняют в водном электролите вначале с раствором NaAlO₂ с концентрацией 14÷16 г/л, рН 11,5÷12 при напряжении 280÷300 В и температуре 20÷24°С в течение 15±1 мин, а затем - в водном электролите с раствором Na₃PO₄ с концентрацией 13÷15 г/л, рН 10,5÷11 при напряжении 290÷310 В и температуре 16÷20°С в течение 18±1 мин.

Описание изобретения к патенту

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 ГОСТ27265-87, 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. Необходимо отметить, что по этой технологии в настоящее время приготавливается практически весь наплавочный материал.

Недостатки указанного метода приготовления сварочной проволоки для наплавки не ограничены только отмеченными технологическими особенностями, приводящими к большой трудоемкости подготовки проволоки. Большим недостатком наплавок, выполненных термически оксидированной сварочной проволокой, является разброс по твердости наплавленного слоя, что связано с неравномерным распределением кислорода. Значения твердости по объему наплавленного слоя колеблются в пределах 350-430 кгс/мм². Такие колебания твердости, а следовательно, нестабильность показателей антифрикционных свойств наплавленного слоя приводят к вынужденному ограничению ресурсных характеристик изделий, работающих в условиях циклических нагрузок (арматура, судовые механизмы).

В связи с отмеченным в настоящем изобретении предлагается заменить термическое оксидирование сварочной проволоки для наплавки на метод микродугового оксидирования, который в большой степени свободен от указанных выше недостатков термического оксидирования.

Кроме того, для титановой арматуры, работающей длительное время при жестких режимах циклического нагружения с высокими удельными давлениями, твердости 350-430 кгс/мм² уже недостаточно для обеспечения заданного ресурса работы и необходимо создание новых наплавочных материалов, позволяющих увеличить твердость наплавленного металла до 450-480 кгс/мм². Этого можно достичь применением титановой проволоки марки ВТ6св по ГОСТ27265-87. Эта проволока имеет более высокую твердость, пластичность и отсутствие закатов, препятствующих качеству МДО, по сравнению с проволоками марок ПТ-7М и 2В. Применение в качестве электролита алюмината натрия позволит дополнительно легировать наплавочный материал алюминием, что позволит дополнительно повысить твердость наплавленного металла.

Наиболее близким техническим решением и принятым за прототип является «Способ микродугового оксидирования титановой проволоки для антифрикционной наплавки», включающий электролитический процесс, протекающий в водном растворе жидкого стекла Na ₂SiO₃ с концентрацией 20,0±2,0 г/л при напряжении 320÷340 В в течение 15±2 мин при температуре 20±1°С, предложенный ФГУП «ЦНИИ КМ «Прометей» (патент № 2391449 от 10.06.2010 г.).

Недостатком данного метода является то, что при выполнении наплавки твердость наплавленного металла не превышает 400÷430 кгс/мм².

Техническим результатом изобретения является разработка способа микродугового оксидирования титанового сплава для антифрикционных наплавок, позволяющего обеспечить повышение твердости наплавленного металла до 450÷480 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 вначале с раствором 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 электролите с раствором 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.

Применение в качестве электролита раствора NaAlO₂ с концентрацией (15±1) г/л позволяет дополнительно легировать наплавочный материал алюминием, а применение раствора Na ₃PO₄ с концентрацией (14±1) г/л позволит получить окисную пленку необходимой толщины и насытить поверхность наплавочного металла кислородом. Выполнение микродугового оксидирования проволоки марки ВТ6св в два этапа позволит получить твердость металла, наплавленного с применением этого наплавочного материала на уровне 450÷480 кгс/мм².

Пример конкретного выполнения.

В лабораторных условиях была взята сварочная проволока из титанового сплава марки ВТ6св по ГОСТ 27265-87 (Ti-основа, Al-4%, V-3%) и приготовлены электролиты: раствор алюмината натрия NaAlO₂ с концентрацией 14,0 г/л, 15,0 г/л и 16,0 г/л и раствор фосфата натрия Na₃ PO₄ с концентрацией 14,0 г/л, 15,0 г/л и 16,0 г/л. После чего было проведено нанесение покрытий сначала в растворе NaAlO₂ при напряжении 280В, 290В и 300В в течение 14 мин, 15 мин и 16 мин при температуре 20°С, 22°С и 24°С, а затем в растворе Na₃PO₄ при напряжении 290В, 300В и 310В в течение 17 мин, 18 мин и 19 мин при температуре 16°С, 18°С и 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 450÷480 кгс/мм² .

Важным фактором, что было отмечено при исследовании наплавки, выполненной проволокой с МДО, явилось полное отсутствие пор и трещин в наплавке, даже без термообработки наплавленных деталей. Это очень важно, так как поры и трещины в наплавке крайне отрицательно влияют на работоспособность наплавки и ее устранение требует очень трудоемких ремонтных работ.

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.