способ формирования износостойкого покрытия

Формула изобретения

Способ формирования износостойкого покрытия, включающий осаждение частиц алюминия или его сплава в виде слоя требуемых размеров на предварительно подготовленную поверхности детали и микродуговое оксидирование осажденного слоя, отличающийся тем, что осаждение частиц алюминия или его сплава в виде слоя требуемых размеров на поверхности детали осуществляют металлическим ворсом вращающейся щетки, последовательно скользящей по поверхности бруска из алюминия или его сплава и поверхности детали.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии восстановления-упрочнения быстроизнашивающихся деталей машин. Оно может быть использовано для нанесения износостойких, антифрикционных и коррозионностойких покрытий на рабочую поверхность элементов трибосопряжений для повышения срока службы деталей, контактирующих с абразивосодержащими средами.

Известен способ формирования износостойких покрытий (RU № 2026890, C25D 11/02, 22. 04.1991 г.), включающий нанесение на основу подслоя из легкоплавкого сплава, затем алюминийсодержащей композиции и последующее микродуговое оксидирование в щелочном электролите. Легкоплавкий сплав, образующий с металлом основы и алюминийсодержащей композицией твердые растворы, содержит, мас.%: медь 1-7; алюминий 2-7; никель 0,5-1,5; бор 0,05-0,1 и цинк - остальное. Микродуговое оксидирование проводят на 2/3 толщины слоя алюминийсодержащей композиции. Недостатком известного способа являются низкая производительность нанесения покрытия, а также сложность технологического процесса, особенно в стадии подготовки поверхности подслоя.

Известен способ (RU № 2218454, C25D 11/02, C25D 11/16, C25D 28/00, 18.06.2001 г.), включающий формирование технологического электроизоляционного слоя из неорганических соединений на основе, погружение в электролит и микродуговое оксидирование. Недостатком известного способа является низкая производительность нанесения покрытия.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ формирования износостойкого покрытия (RU № 2234382, B05D 5/08, В05В 7/18, 28.10.2002 г.), включающий нагрев до плавления металлической проволоки из алюминия или его сплава, ее распыление основным газовым потоком с образованием струи расплавленных частиц, введение в струю установленных частиц порошка наполнителя дополнительным газовым потоком, осаждение частиц проволоки в виде слоя требуемых размеров на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку и микродуговое оксидирование напыленного слоя, причем для сохранения качества покрытия на поверхность детали предварительно устанавливают определенных размера и расположения металлические штыри.

Недостатком данного способа является низкая производительность нанесения покрытия, а также наличие достаточно сложного аппаратного оснащения, требующего высокой квалификации обслуживающего персонала.

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения: осаждение частиц алюминия или его сплава в виде слоя требуемых размеров на предварительно подготовленную поверхность детали и микродуговое оксидирование нанесенного слоя.

Металлирование поверхности детали газотермическим напылением алюминия с использованием электродуговой технологии имеет существенный недостаток: низкую производительность с одновременной потребностью уникальной аппаратуры для его осуществления, требующей высокой квалификации обслуживающего персонала. Кроме этого, перед микродуговым оксидированием требуется механическая обработка поверхности.

Задачей изобретения является увеличение производительности занесения покрытия с одновременным сохранением качества формирования износостойкого слоя покрытия.

Поставленная задача решается тем, что в способе формирования износостойкого покрытия, включающем осаждение частиц алюминия или его сплава в виде слоя требуемых размеров на предварительно подготовленную поверхности детали и микродуговое оксидирование осажденного слоя, согласно изобретению осаждение частиц алюминия или его сплава в виде слоя требуемых размеров на поверхности детали осуществляют металлическим ворсом вращающейся щетки, последовательно скользящей по поверхности бруска из алюминия или его сплава и поверхности детали.

Качество покрытия, его оксидирование напрямую зависят от качества нанесения алюминиевого слоя на поверхность детали - его полноты, плотности и, главное, схватывания с покрываемой поверхностью детали. Электродуговая технология, например, позволяет покрывающий материал "разбить" на отдельные молекулы, сообщить им достаточную кинетическую энергию, "пробить" верхний слой покрываемой поверхности и диффундироваться в нем - стать фундаментом для последующего роста наносимого слоя. Образуемый диффузионный слой по мере роста плавно переходит во внешний слой чистого алюминия, который при последующем оксидировании формируется в виде высокотемпературного окисла алюминия Аl₂О ₃.

Предлагаемый способ позволяет сохранить все ступени "качества" электродуговой технологии. Вращающаяся щетка скольжением ворса по поверхностям алюминиевого бруска и детали доводит до нужной (не ниже температуры плавления алюминия) температуры поверхности, при которой частицы алюминия закрепляются на кончиках ворса щетки и переносятся на разогретую поверхность детали. Частицы алюминия, имея достаточную кинетическую энергию, диффундируют в верхний слой детали, постепенно нарастая последующими частицами, и образуют слой, толщину которого ограничивают технологическими настройками скольжения щетки. Стоит отметить, что время нанесения покрытия предлагаемым способом сокращается по сравнению с электродуговым методом в сотни раз, причем нанесенный слой не требует механической обработки. Особенно это заметно на покрытии крупногабаритных деталей.

Сущность предлагаемого способа заключается в замене газопламенного на термомеханический метод осаждения частиц алюминия или его сплава на поверхности детали перед оксидированием. Техническим результатом способа является образование алюминиевого покрытия с диффузионным слоем, который устанавливает постепенный переход структуры материала поверхности детали в насыщенную алюминием поверхность. Отсутствие резкой границы между поверхностью детали и слоем алюминия - основа качества процесса оксидирования. Отсутствие диффундирующего слоя в процессе микродугового оксидирования определит на границе разность потенциалов с последующим образованием электродуги, которая вызовет резкое механическое отслоение осажденного слоя (эффект отделяющейся штукатурки).

Способ реализуется следующим образом.

На чертеже приведена возможная схема покрытия алюминиевого слоя на поверхность детали.

Покрываемая поверхность известными способами доводится до необходимой чистоты. Осаждение слоя алюминия или его сплава достигается размещением установки с контактом поверхности 1 детали 2 и щетки 3 с металлическим ворсом 4, введение в контакт периферии ворса щетки бруска 5 из материала покрытия, нанесение покрытия на деталь путем последовательного скольжения щетки по бруску из материала покрытия и поверхности детали. Далее проводится оксидирование осажденного слоя алюминия на поверхности детали. Для этого применяем известные установки. Параметры оксидирования - состав электролита, силу тока и т.д. выбираем исходя из требований нанесения покрытия и возможности установки.

Пример осуществления способа

На рабочей поверхности ролика d=80 мм, шириной b=40 мм поводковой арматуры сортового стана 250 формировали износостойкое покрытие.

На предварительно доведенную до чистоты R_a =2,5 цилиндрическую поверхность ролика на установке проводили нанесение покрытия щеткой диаметром 220 мм при скорости вращения ее 500 об/мин, диаметре ворса 0,15 мм. Скольжение ворса щетки по поверхности ролика 0,5 м/с, а по поверхности алюминиевого бруска 1,2 м/с. Время нанесения покрытия - 6 мин с учетом настройки инструментов. Для сравнения, нанесение покрытия газопламенным напылением составляет не менее 6-7 часов. Далее провели оксидирование поверхности ролика.

После установки ролика в линию действующего сортового стана 250 и непрерывной его эксплуатации в течение 5 суток проверили износ рабочей поверхности. Следов износа не обнаружено, а покрытие сохранилось полностью.