способ формирования минеральных покрытий поверхностей деталей из металлов и сплавов

Формула изобретения

1. Способ формирования износостойкого покрытия на поверхности деталей из металлов или сплавов, включающий нанесение на поверхность слоя, содержащего порошок минерального материала, отличающийся тем, что наносят слой порошка минерального материала дисперсностью 0,1-50 мкм, смешанного с клеем, при следующем соотношении, мас.%:

Порошок минерального материала	75-90
Клеи	Остальное

а после высыхания нанесенный слой подвергают обработке давлением путем обкатки роликом и/или обработки ультразвуком, при этом рабочую поверхность инструмента перемещают относительно детали при вращательном или поступательном движении детали.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве порошка минерального материала используют порошок серпентинита Mg ₆Si₄O₁₀(OH)₈.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют клей, содержащий вещества, не разъедающие материалы детали и покрытия и обеспечивающие сцепление получаемого состава с поверхностью детали только за счет прилипания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам обработки поверхностей, в частности к способам формирования покрытий с использованием порошковых материалов.

Известны ряд способов формирования покрытий из порошковых минеральных материалов на поверхностях деталей. При способе, указанном в SU 1601426 [1], из определенного количества природного истертого кварца и синтетического солидола образуют смесь. Подвергают ее механоактивации. Готовую смесь вводят в зону трения и проводят приработку при определенных режимах. Формирование сервовитной пленки при этом осуществляется под давлением в зоне контакта из находящегося в этой зоне контакта минерального материала. Дисперсность кварца составляет 0,1-5 мкм, а процентный состав смеси: кварц - 0,1-5% по массе.

Известен способ, описанный в RU 2043394 [2], при котором природная минеральная смесь со сложным составом в количестве 0,5-2,0 мас.% и связующее в количестве 98,0-99,5 мас.% помещают между трущимися поверхностями, получая таким образом покрытие. Связующим в этом случае выступает любая пластическая смазка, масло, вода и др. дисперсионная среда.

Известен способ геоэнергетической интенсификации массообменных процессов (и состав для геоэнергетической интенсификации массообменных процессов) [3], при котором покрытие формируется в зоне контакта двух поверхностей при введении в масла и смазки состава, заключающего в себе кварцеобразующие и кварцесодержащие горные породы дисперсностью 95% не более 15 мкм и 5% не более 30 мкм, со средней величиной энергетической стабильности 82 кДж/см, магнитной восприимчивостью кварцесодержащих пород 0,003-0,009 и кварцеобразующих пород 0,20-0,25 в количестве от 0,1 до 5 мас.%, а масла и смазки - остальное.

При таких способах получают следующие средние результаты:

- толщина покрытия - 0,005-0,04 мм;

- коэффициент использования минерального материала - 0,1-0,3.

Недостатком указанных способов является то, что состав, вводимый в зону контакта трущихся поверхностей, в открытых системах не задерживается в этой зоне и быстро удаляется из нее. Толщина образуемого покрытия является случайной величиной и невозможно обеспечить зависимость между расходом минерального материала и толщиной покрытия.

Следующим шагом в технологии формирования покрытий является способ, предложенный в RU 2210626 [4]. Способ реализуется при изготовлении деталей на станках. В этом способе первый слой покрытия наносят плазменным напылением или электроискровым легированием, что позволяет создать пористую или сильно шероховатую поверхность, на которую наносят нужный слой мелкодисперсного минерального материала и производят его последующую обработку ультразвуком. При этом наносимый слой минерального материала удерживается в открытых порах и неровностях первого слоя покрытия.

Однако и при этом методе расход минерального материала не может быть точно сопоставлен с количеством материала в покрытии и также является случайной величиной.

Таким образом, из описания приведенных аналогов видно, что по таким характеристикам, как расход минерального материала, они близки друг другу. Однако последний аналог дает снижение фактического расхода минерального материала для формирования покрытии с нужной толщиной.

В качестве прототипа выбран способ формирования покрытия по RU 2210626. В прототипе порошковый материал наносится на покрываемую поверхность после нанесения первого слоя и обрабатывается ультразвуком. При данном методе толщина покрытия может составить до 0,02 мм, а расход минерального материала до 4 раз превышает необходимый для получения покрытия заданной толщины.

Как и предыдущие аналоги, прототип имеет тот же недостаток - большой расход минерального материала, что в случае формирования покрытия на больших деталях приводит к неоправданным затратам.

В основу изобретения ставится задача обеспечить контролируемый расход минерального материала по отношению к его количеству в покрытии.

Технический результат - снижение и контроль расхода минеральных материалов и толщины покрытия, достигается при формировании покрытия на любых поверхностях, обработанных ультразвуком с низкой шероховатостью, или после плазменного напыления или электроискрового легирования, или полученных после чистовой обработки режущим инструментом.

Технический результат обеспечивается тем, что в способе формирования минеральных покрытий поверхностей деталей из металлов и сплавов при напрессовывании на поверхность детали мелкодисперсного порошка выбранного материала за счет приложения давления с одновременным пластическим деформированием поверхностных слоев путем перемещения поверхности детали относительно инструмента при вращательном или поступательном движении детали, согласно изобретению на поверхность детали наносят слой порошка кристаллических материалов, в частности минералов природного происхождения, дисперсностью 0,1-50 мкм, смешанного со специально подобранным клеем, после чего после засыхания нанесенного состава производят окончательную обработку полученного слоя давлением. При этом обеспечивается уверенное удержание нужного количества минерального материала на поверхности детали во время окончательной обработки и минимальный расход минерального материала. Клей должен в своем составе содержать вещества, аналогичные по вещественному составу применяемым вместе с ним природным минеральным материалам; не растворять материалы детали и покрытия и удерживать минеральный материал только за счет прилипания к поверхности. Ниже приведены примеры конкретной реализации.

Пример 1. Объект формирования покрытия - цилиндрическая ось из стали 45. Формирование покрытия осуществлялось из порошка серпентинита Mg₆Si₄O₁₀(OH) ₈ дисперсностью 2-40 мкм. Твердость частиц исходного материала - 310-380 HV. На поверхность детали наносился состав из 80% порошка серпентинита и 20% клея ПВА. Нанесенный слой обкатан роликом при усилии 100Н. Толщина покрытия оси - 0,04 мм. Твердость покрытия оси - 663 HV. При этом твердость поверхности оси, покрытой таким же количеством клея ПВА без минералов и обкатанной роликом, составляет 585 HV. Увеличение параметра твердости материала в покрытий - 75%. Расход минерального материала составил 1,1 по отношению к количеству минерала в покрытии.

Пример 2. Объект формирования износостойкого покрытия - цилиндрическая ось из стали 45Х (твердость 38 HRC или 367 HV). Формирование покрытия осуществлялось из порошка серпентинита Mg₆Si₄O₁₀(OH) ₈ дисперсностью 2-40 мкм. Твердость частиц исходного материала - 310-380 HV. На поверхность детали наносился состав из 85% порошка серпентинита и 15% жидкого стекла. Нанесенный слой обработан ультразвуком. Твердость покрытия оси 619 HV. При этом твердость поверхности оси, покрытой таким же количеством жидкого стекла без минералов и обработанной ультразвуком на тех же режимах, составляет 560-565 HV. Толщина покрытия 0,025 мм. Увеличение параметра твердости материала в покрытии - 63%. Расход минерального материала составил 1,07 по отношению к количеству минерала в покрытии.

Пример 3. Объект формирования износостойкого покрытия - цилиндрическая ось из стали 45Х (твердость 38 HRC или 367 HV). Формирование покрытия осуществлялось из порошка серпентинита Mg₆Si₄О₁₀(ОН) ₈ дисперсностью 2-40 мкм. Твердость частиц исходного материала - 310-380 HV. На поверхность детали наносился состав из 85% порошка серпентинита и 15% клея ХКС ТУ 6-15-856-93. Нанесенный слой обработан ультразвуком. Твердость покрытия оси 612 HV. При этом твердость поверхности оси, покрытой таким же количеством клея ХКС без минералов и обработанной ультразвуком на тех же режимах, составляет 555-565 HV. Толщина покрытия 0,025 мм. Увеличение параметра твердости материала в покрытии - 63%. Расход минерального материала составил 1,07 по отношению к количеству минерала в покрытии.

Приведенные примеры показывают, что заявленный способ позволяет существенно удешевить и упростить процесс формирования покрытия на деталях и обеспечить заданную толщину покрытия, сохраняя или улучшая при этом свойства исходных минеральных материалов, в частности и за счет изменений свойств клея под давлением.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. SU 1601426 АС. Способ формирования сервовитной пленки на трущихся поверхностях и состав для формирования сервовитной пленки на трущихся поверхностях. 23.10.90. Бюл. №39.

2. RU 2043393. Твердосмазочное покрытие. 10.09.95. Бюл. №25.

3. RU 2129461. Способ геоэнергетической интенсификации массообменных процессов. 27.04.99.

4. RU 2210626. Способ формирования антифрикционных покрытий на металлических поверхностях пар трения. 20.08.03. Бюл. №23.