Способ получения композиционного покрытия

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси Открытое акционерное общество 558 Авиационный ремонтный завод(72) Авторы Аршинов Константин Иванович Аршинов Максим Константинович Юркевич Сергей Николаевич(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт технической акустики Национальной академии наук Беларуси Открытое акционерное общество 558 Авиационный ремонтный завод(57) Способ получения композиционного покрытия, включающий ускорение в сверхзвуковом сопле потоком предварительно нагретого воздуха частиц порошкового материала и напыление на поверхность изделия покрытия из порошкового материала, состоящего из смеси металлических порошков алюминия и цинка, отличающийся тем, что напыленное алюминий-цинковое покрытие подвергают механической обработке и осуществляют анодное или микродуговое оксидирование с формированием на алюминий-цинковом покрытии дополнительного диэлектрического сетчатого слоя. Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности к способам нанесения металлических порошков для восстановления изношенных поверхностей деталей,требующих высокой механической прочности и коррозионной стойкости. Известен способ 1 получения покрытий, включающий нанесение смеси порошков алюминия и карбида кремния, ускоренной в сверхзвуковом сопле. При получении покрытий значительной толщины данный способ требует значительных вложений, так как порошки алюминия и карбида кремния дорогостоящие, кроме того,карбид кремния частично проникает в структуру обрабатываемой поверхности (подложки) и может вызвать межкристаллическую коррозию, которая приводит к растрескиванию покрытия. Наиболее близким по технической сути к изобретению является способ получения покрытий 2, включающий ускорение в сверхзвуковом сопле потоком предварительно нагретого воздуха и напыление на поверхность изделия покрытия из порошкового материала, содержащего смесь керамического, алюминиевого и цинкового порошков. 12975 1 2010.04.30 Данный способ предназначен для восстановления изношенных поверхностей различных деталей и обеспечивает получение восстановленных поверхностей с удовлетворительными прочностными свойствами. Существенным недостатком этого способа является то, что он, в силу присущих ему особенностей технологических приемов, например применения дорогостоящих керамических порошков корунда или карбида кремния, требует значительных вложений и не обеспечивает получение покрытий с повышенной механической прочностью и коррозионной стойкостью. Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание способа, позволяющего получить недорогое покрытие с повышенной механической прочностью и высокими коррозионными свойствами. Поставленная задача решается тем, что при использовании существенных признаков,характеризующих известный способ получения композиционного покрытия, который включает ускорение в сверхзвуковом сопле потоком предварительно нагретого воздуха частиц порошкового материала и напыление на поверхность изделия покрытия из порошкового материала, состоящего из смеси металлических порошков алюминия и цинка, в соответствии с изобретением, напыленное алюминий-цинковое покрытие подвергают механической обработке и осуществляют анодное или микродуговое оксидирование с формированием на алюминий-цинковом покрытии дополнительного диэлектрического сетчатого слоя. Применение предложенного способа позволяет получить недорогое покрытие с повышенной механической прочностью и высокими коррозионными свойствами. В патентуемом способе предложено двухслойное композиционное покрытие. Первый слой покрытия наносят смесью алюминиевого и цинкового порошков. После механической обработки осуществляют анодное или микродуговое оксидирование и при этом формируют второе дополнительное покрытие в виде диэлектрической сетки. При этом улучшаются прочностные характеристики покрытия, твердость и коррозионная стойкость покрытия возрастают. Сопоставительный анализ предлагаемого способа с прототипом показывает, что он отличается от известного формированием дополнительного покрытия в виде диэлектрической сетки оксида алюминия путем анодного или микродугового оксидирования, что свидетельствует о наличии признаков, отличающих заявленное решение от прототипа. В данном случае предложенная совокупность признаков позволяет существенно повысить механическую прочность и коррозионную стойкость композиционного покрытия,что свидетельствует о ее неочевидности для достижения более высокого технического результата и возможности промышленного осуществления заявляемого решения. Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Смесь металлических порошков с диаметром частиц 20 мкм на основе алюминия и цинка, взятую, например, в соотношении А 5050 об. , ускоряют с помощью высокоскоростного воздушного потока, сформированного в сверхзвуковом сопле. Предварительно сжатый воздух нагревают до температуры 600 С. Ускоренный поток частиц порошка напыляют на обрабатываемую поверхность и получают покрытие с адгезией, например, к обрабатываемой поверхности (подложке) из алюминиевого сплава Д 16 Т не менее 47 МПа и микротвердостью покрытия не менее 745 МПа. Далее полученный слой подвергают механической обработке и анодному оксидированию, в результате чего на поверхности формируется дополнительный слой оксида алюминия в виде поверхностной сетки и микротвердостью не менее 3000 МПа. Для анодного оксидирования образцов используют процесс глубокого анодного оксидирования в серной кислоте, который позволяет получать пленки оксида алюминия толщиной до 50 мкм. Подготовка поверхности для оксидирования сводится к обезжириванию и травлению в растворе каустической соды концентрацией 80120 г/л при температуре 335345 К и выдержкой не менее 23 мин. 2 12975 1 2010.04.30 При травлении алюминиевых сплавов на поверхности деталей остается черный налет легирующих компонентов - меди, железа и других примесей. Осветление деталей с удалением всех примесей производят в 1015 -ном растворе азотной кислоты. Для оксидирования применяют 20 -ный раствор серной кислоты при рабочей температуре от 263 до 267 К. Плотность тока в электролите равна 2,5 А/дм 2. Начальное напряжение между электродами составляет 2025 В и по мере роста пленки оксида алюминия напряжение повышают до 6080 В. Процесс оксидирования сопровождают непрерывным перемешиванием электролита. Для охлаждения электролита до температуры 263 К применяют холодильную установку. В результате данной последовательности технологических операций получают композиционное покрытие с мягкой основой и твердой поверхностью, которое более устойчиво к возникновению микротрещин и имеет повышенную микротвердость, износо- и коррозионную стойкость. Исследована прочность покрытия 5050 б.до и после анодного оксидирования. В качестве образцов подложек использованы заготовки из алюминиевого сплава Д 16 Т размером 8240 мм. Прочность покрытия определена как усилие на трехточечный прогиб, при котором разрушается покрытие. Покрытие, не подвергнутое анодному оксидированию, разрушается при усилии 1084,0 Н. Анодное оксидирование покрытия повышает усилие разрушения до 1772,0 Н. Из проведенных испытаний следует, что анодное оксидирование повышает механическую прочность композиционного покрытия. Экспериментально подтверждено, что заявляемый способ в сравнении с прототипом позволяет получать защитные покрытия с повышенной коррозионной стойкостью и механической прочностью и может иметь расширенную область применения. Источники информации 1. Патент 2166421, МПК С 23 С 24/04, 2001. 2. Патент 2183695, МПК С 23 С 24/04, 2002. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3