Пружина

(12) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(71) Заявитель Институт надежности машин Национальной академии наук Беларуси(73) Патентообладатель Институт надежности машин Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Пружина, содержащая металлическую основу, на которой сформировано защитное покрытие, отличающаяся тем, что на концах пружины сформировано защитное покрытие из самофлюсующегося сплава, а остальная часть имеет защитное покрытие из пиролитического карбида хрома, при этом покрытие из пиролитического карбида хрома перекрывает покрытие из самофлюсующегося сплава. 2. Пружина по п. 1, отличающаяся тем, что покрытие из самофлюсующегося сплава на концах пружины имеет толщину 0,1-1,5 мм. 3. Пружина по любому из пп. 1, 2, отличающаяся тем, что защитное покрытие из пиролитического карбида хрома имеет толщину 12-50 мкм.(56) 1. Защитное покрытие из пиролитического хрома технология, свойства, результаты испытаний.Дмитровград, 1994. - С. 38. 2. Патент США 5516085, МПК 16 1/06, 1997 (прототип). Фиг. 1 Полезная модель относится к деталям машин и может быть использована в конструкциях пружин, демпферных механизмов и других упорных устройствах, применяемых в машиностроительной, металлообрабатывающей, станкостроительной, авиационной, приборостроительной промышленности и других. 253 Известны упорные устройства с деталями, имеющими защитное покрытие из пиролитического хрома 1. В данном техническом решении для защиты от коррозии слой карбида хрома наносится на деталь методом пиролиза. Существенным недостатком деталей с покрытием из карбида хрома, сформированного методом пиролиза, является наличие небольших участков без покрытия. Это связано с особенностями метода формирования покрытия при нанесении покрытия обрабатываемая деталь крепится в приспособлении, нагревается и на ее открытую поверхность осаживается карбид хрома. При этом места крепления детали не подвергаются обработке. На этих участках после завершения процесса покрытие отсутствует и в условиях повышенной химической агрессивности внешней среды возникает коррозия. Кроме того, при малых толщинах покрытия (менее 1012 мкм) оно содержит поры, обусловливающие возникновение коррозии в средах повышенной агрессивности, например кипящей уксусной кислоте. При относительно большой толщине покрытия (свыше 50 мкм) слой пиролитического карбида хрома становится хрупким и в условиях циклического нагружения пружины в нем образуются микротрещины, что приводит к коррозии металлического основания детали и ее разрушению. Из известных аналогов наиболее близким техническим решением к предлагаемой полезной модели является конструкция пружины, содержащая металлическую основу, на которую нанесено покрытие из полимера(пластика или эластомера) 2. Существенным недостатком этой конструкции является низкая коррозионная стойкость концов пружины,контактирующих с опорной поверхностью. При повышенных температурах (более 200 С) рабочей среды защитное покрытие из полимера (например, фторопласта), имеющего допустимую рабочую температуру 300-350 С, размягчается, продавливается из-за низкой удельной нагрузочной способности и защищаемая им поверхность начинает интенсивно разрушаться. Задачей полезной модели является создание конструкции пружины, обеспечивающей высокую коррозионную стойкость при работе в условиях циклического нагружения, повышенных температур рабочей среды и значительных удельных нагрузках на крайних витках. Для решения поставленной задачи в пружине, содержащей металлическую основу, на которой сформировано, защитное покрытие, согласно полезной модели, на концах пружины сформировано защитное покрытие из самофлюсующегося сплава, а остальная часть имеет защитное покрытие из пиролитического карбида хрома, при этом покрытие из пиролитического карбида хрома перекрывает покрытие из самофлюсующегося сплава. Покрытие из самофлюсующегося сплава на концах пружины имеет толщину 0,1-1,5 мм. Защитное покрытие из пиролитического карбида хрома имеет толщину 12-50 мкм. Высокая коррозионная стойкость пружины и удельная нагрузочная способность обеспечены за счет того,что защитное покрытие выполнено на концах пружины из самофлюсующегося сплава, а в остальной части из пиролитического карбида хрома, обладающего не только высокими противокоррозионными свойствами, но и повышенной нагрузочной способностью. Оно выдерживает температуру окружающей рабочей среды 300 С и более и при толщинах 1250 мкм не растрескивается при работе в режиме циклического нагружения. Указанный диапазон толщины установлен исходя из того, что, как показали исследования, при толщине защитного покрытия менее 12 мкм в нем присутствует пористость и не обеспечивается достаточно эффективная защита от коррозии в условиях работы в средах повышенной агрессивности, что приводит к разрушению основы пружины и отслоению покрытия. При толщине покрытия пиролитического карбида хрома свыше 50 мкм за счет присущей слою пиролитического карбида хрома хрупкости он не выдерживает циклических нагрузок при работе пружины и в результате их воздействия растрескивается и отслаивается, что приводит к коррозии основного металла. Высокая коррозионная стойкость на концах пружины обеспечена за счет того, что на концах пружины выполнено защитное покрытие из самофлюсующегося сплава толщиной 0,1-1,5 мм. При нанесении пиролитического карбида хрома концы пружины с покрытием из самофлюсующегося сплава используются для крепления пружины. Таким образом покрытие из самофлюсующихся сплавов на концах пружины позволяет устранить участки, не имеющие защитного слоя, и обеспечить наличие антикоррозийного покрытия на всей поверхности пружины. Слой самофлюсующегося сплава толщиной менее 0,1 мм за счет присущей пористости не обеспечивает достаточной защиты от коррозии концов пружины. В тоже время при нанесении газопламенным методом слоя самофлюсующегося сплава толщиной более 1,5 мм происходит значительный перегрев и потеря упругих свойств витками, прилегающими к концам пружин. На опытных образцах пружин с длиной спирали 33 см (в развернутом виде) и диаметром металлической основы пружины 4 мм установлено, что наиболее эффективная и высокая степень защиты от коррозии на концах пружины достигается при длине покрытия из самофлюсующегося сплава 8-15 мм. При меньшей 8 мм длине резко усложняется крепление и подвод тока к пружине для ее разогрева перед осаждением пиролитического карбида хрома. При увеличении длины покрытия из самофлюсующегося сплава свыше 15 мм снижаются его прочностные характеристики при циклическом нагружении. Кроме того, высокая надежность покрытия в целом обеспечивается при формировании покрытий из самофлюсующегося сплава и пиролитического хрома со взаимным перекрытием на длине 3-7 мм. 2 253 Создание перекрытия с равномерным слоем пиролитического карбида хрома слоя самофлюсующегося сплава длиной свыше 7 мм усложняется крепление и подвод тока к пружине, при перекрытии менее 3 мм снижается надежность антикоррозийной защиты. На чертеже представлена пружина. На фиг. 1 пружина изображена целиком с защитным покрытием из слоя самофлюсующегося сплава 2 по концам пружины и слоя пиролитического карбида хрома 3. На фиг. 2 пружина изображена в разрезе А-А с конца пружины, на котором пружина содержит металлическую основу 1, защитное покрытие, выполненное из слоя самофлюсующегося сплава 2 и слоя пиролитического карбида хрома 3. В процессе циклического нагружения пружины в агрессивной рабочей среде, например концентрированной уксусной кислоте при 300 С, ее металлическое основание 1 полностью защищено слоем пиролитического карбида хрома 3 на длине пружины и слоем слоя самофлюсующегося сплава 2 на концах пружины. Созданное взаимное перекрытие слоев из самофлюсующегося сплава 2 и пиролитического карбида хрома 3 обеспечивает защиту на концах пружины. Полученная пружина имеет высокую коррозионную стойкость в условиях повышенных температур рабочей среды и удельных нагрузок, что может быть эффективно использовано в нефтехимической, легкой промышленности и других отраслях. Результаты коррозионных испытаний пружины Условия испытаний Потеря массы, Скорость растворения, мг/см 2 сут Пружина Прототип Агрессивная среда Т,Время, ч 1 2 3 4 5 6 Экстракционная фосфорная кислота,Н 3 Р 4 - 43,89 0,019-0,068 Фтор - 1,5 300 80 0-0,001 0,0-0,007 и более Экстракционная фосфорная кислота,Н 3 Р 4 - 45,32 0,021-0,088 Фтор - 1,43 295 1230 0,003-0,012 0,009-0,016 и более Среда состава, г/л 310 246 2 - 0,006 2 - 0,002 Не растворяет 0,012-0,067- 0,15 290 1572 0 ся и более Электрощелок состава, г/л 210 2145 Не растворяет 0,014-0,061 НаС 3 - 0,5 285 1345 0 ся и более Концентрированная уксусная киНе выдерживает,слота (под давлением) 400 65 0,01-0,04 0,012-0,043 растворяется Концентрированная уксусная киСвыше Не выдерживает,слота (под давлением) 400 55 0,02-0,08 0,02-0,065 растворяется Фиг. 2 Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66. 3