способ нанесения покрытий

Формула изобретения

Способ нанесения газотермических покрытий на детали из алюминиевых сплавов, включающий механическую подготовку поверхности и нанесение покрытия, отличающийся тем, что после механической подготовки поверхности проводят ее эпиламирование, а перед нанесением покрытия деталь нагревают до 60 - 450^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам газотермического нанесения покрытий на детали из алюминиевых сплавов.

Известен способ нанесения покрытий на металлы, заключающийся в газометрическом напылении подслоя на предварительно подогретую поверхность подложки и последующее напыление основного слоя (1). Предварительный подогрев подложки ведет к уменьшению термического напряжения в покрытии, вызванного разностью коэффициентов термического расширения покрытия и подложки. Это увеличивает прочность сцепления. Тем не менее, для целого ряда случаев такая прочность сцепления не обеспечивает требуемых эксплуатационных характеристик деталей с покрытиями. Кроме того, с ростом температуры нагрева выше определенного уровня происходит утолщение оксидной пленки на подложке, обуславливающее снижение прочности сцепления.

Наиболее близким способом к предложенному является способ, включающий предварительную механическую обработку поверхности изделий с ультразвуковым воздействием и нанесение покрытия (2). Недостатком способа-прототипа является то, что для повышения прочности сцепления покрытия с основой, требуется практически одновременное выполнение операций предварительной механической обработки с ультразвуковым воздействием и нанесения покрытия согласно описанию интервал составляет 0,5 секунд. При увеличении интервала вновь начинает расти оксидная пленка, разрушенная под воздействием ультразвуковых колебаний. В результате прочность сцепления может упасть даже ниже уровня, обеспечиваемого способом-аналогом (1) по некоторым режимам.

При одновременном выполнении операций мехобработки и нанесения покрытия напыляемые частицы за счет излучения будут нагревать инструмент для мехобработки и налипать на него, что приведет к его нагреву и изменению геометрии. Это вызовет изменение параметров ультразвукового воздействия и снижение точности мехобработки, что приведет к снижению прочности сцепления.

Задачей изобретения является повышение качества напыляемых покрытий за счет увеличения прочности сцепления покрытия с основной.

Для решения указанной задачи в известном способе нанесения покрытий, включающем предварительную механическую обработку поверхности и нанесение покрытия, после предварительной механической обработки поверхности выполняют ее эпиламирование, а перед нанесением покрытия производят нагрев детали, подвергающейся напылению, до температуры 60.450 градусов Цельсия.

В отличие от прототипа механическая подготовка поверхности и напыление выполняются последовательно с включением промежуточной операции эпиламирования, что упрощает процесс предварительной подготовки поверхности за счет появления указанного интервала. При этом в течение промежутка времени между механической обработкой и эпиламированием будет идти нежелательный процесс нарастания оксидной пленки на поверхности вследствие высокого химического сродства алюминия к кислороду, что вызывает снижение прочности сцепления покрытия с основой. Для компенсации этого в предлагаемом способе вводится дополнительная, в сравнении с прототипом, операция предварительного нагрева, увеличивающая прочность сцепления за счет снижения термического напряжения в покрытии. Отметим также, что эпилам представляет собой раствор перфорполиэфирной кислоты. При повышении температуры улучшается смачиваемость и проникновение фторсодержащего соединения в поры и другие дефекты оксидной пленки, что способствует ее механическому разрушению. Кроме того, увеличивается флюсующая активность фторсодержащей пленки, что также способствует разрушению оксидов алюминия. Указанные факторы также приводят к повышению прочности сцепления.

В качестве верхнего предела нагрева можно выбрать 450 градусов Цельсия - температуру разложения эпилама. При этом предел нагрева для каждого класса сплавов необходимо выбирать отдельно. Так, например, для алюминиевых деформируемых сплавов целесообразно в качестве верхнего предела нагрева использовать температуру разупрочнения алюминиевых сплавов, вызванного процессом старения до образования стабильных фаз. Обычно термическое разупрочнение алюминиевых деформируемых сплавов начинается при температурах, составляющих 0,24.0,3 от температуры плавления, то есть 160.200 градусов Цельсия, в зависимости от содержания легирующих элементов. Отметим также, что перегрев выше температуры старения высоколегированных алюминиевых сплавов приводит к падению стойкости против межкристаллитной коррозии, связанной с выпадением по границам зерен нерастворимых дисперсных частиц второй фазы, образовавшейся при распаде твердого раствора. Для литейных алюминиевых сплавов целесообразно нагревать детали не выше 315 градусов Цельсия при дальнейшем нагреве начинают вскрываться внутренние дефекты (поры, раковины), что приводит к короблению и вспучиванию отливок. За нижний предел принята на основании опытных данных (смотри пример конкретного выполнения) температура нагрева в 60 градусов Цельсия, при которой начинается заметный рост прочности сцепления покрытия с основной в сравнении с прототипом.

После механической обработки до эпиламирования неизбежно наличие какого-то временного интервала, если эти операции не совмещены. Этот интервал необходимо, с одной стороны, свести к минимуму для избежания чрезмерного роста оксидной пленки. С другой стороны, этот интервал должен быть достаточен технологически для выполнения операции эпиламирования. Проведенные опыты показали, что при интервале до 15 секунд между операциями мехобработки и эпиламирования для алюминиевого сплава В93, содержащего 1,6% магния, положительный эффект предложенного способа не исчезает. Напыление крупных деталей из сплава В93, например дисков диаметром 670 мм, показало, что интервала в 5.10 секунд достаточно для подготовки и выполнения операции эпиламирования по предлагаемому способу.

В зависимости от содержания легирующих элементов скорость роста оксидной пленки может как увеличиваться, так и уменьшается. Так, легирование алюминиевого сплава магнием способствует резкому увеличению его окисляемости. Например, при содержании в алюминиевом сплаве 0,7% магния окисляемость увеличивается в 9,5 раза, а введение 0,7% бериллия в сплав алюминия с 10% магния снижает окисляемость сплава в 160 раз. Опыт показывает, что выбор интервала времени между механической обработкой и эпиламированием, при котором идет окисление поверхности без наличия защитной пленки эпилама, и когда защитный эффект от эпиламирования имеет место, определяется технологически для конкретного сплава, по критерию "снижение прочности сцепления".

Пример конкретного выполнения.

Предлагаемый способ нанесения покрытия проверялся на призматических образцах размером 10х10х40 мм, изготовленных из алюминиевого сплава В93. Покрытие наносилось по предлагаемому способу, по способу-прототипу и по способу-аналогу. На образцы наносился подслой толщиной 0,1.0,15 мм из нихрома Х20Н80, проволока диаметром 1,6 мм, методом электродуговой металлизации на следующих режимах: ток 200 A, напряжение 32B. Затем напылялось основное покрытие толщиной 2 мм из стали 51ХФА, проволока диаметром 1,8 мм, на следующих режимах: ток 200 A, напряжение 32 B. При нанесении покрытия по способу-аналогу механическую подготовку осуществляли с помощью абразивной ленты. Перед напылением образцы нагревали до температур 60, 100, 200 градусов Цельсия. При нанесении покрытия по способу-прототипу интервал между механической подготовкой и нанесением покрытия составлял 15 секунд. При нанесении покрытия по предлагаемому способу после механической подготовки с помощью абразивной ленты поверхности через 15 секунд были покрыты раствором эпилама БСФК-180-05 окунанием. Перед напылением образцы по предлагаемому способу нагревались до температур 60, 100, 200 градусов Цельсия. После нанесения покрытия определялась прочность сцепления "на срез" в специальном приспособлении. Каждое значение определялось по результатам испытаний 7 образцов. Полученные данные приведены в таблице.

Анализ полученных данных показывает увеличение прочности сцепления по предлагаемому способу в сравнении с прототипом в 2.4 раза. Из таблицы видно, что при нагреве до 200 градусов Цельсия по способу-аналогу начинается снижение прочности сцепления, связанное с чрезмерным ростом оксидной пленки. При нагреве до этой температуры по предлагаемому способу снижения прочности сцепления не происходит, что свидетельствует о надежности защитной пленки из эпиламина в заявляемом интервале температур.

Использование предложенного технического решения при напылении газотермических покрытий обеспечивает увеличение прочности сцепления в сравнении с имеющимися способами для алюминиевых сплавов, в 2.4 раза. Это повышает качество покрытия и позволяет расширить область применения деталей с газотермическими покрытиями.