Порошковая смесь на основе алюминиевой бронзы для высокоскоростного газопламенного напыления покрытий

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОРОШКОВАЯ СМЕСЬ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЕВОЙ БРОНЗЫ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Манойло Евгений Данилович Онащенко Филипп Евгеньевич Солоневич Анатолий Николаевич Солоневич Николай Николаевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(56) ВИТЯЗЬ П.А. и др. Порошковая металлургия. // Республиканский межведомственный сборник научных трудов.1995.- Вып. 18. - С. 27-32.1487495 1, 2005.2085613 1, 1997.60103169 , 1985.2269392 , 1994.2016914 1, 1994.(57) Порошковая смесь на основе алюминиевой бронзы для высокоскоростного газопламенного напыления покрытия, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошок твердого сплава - при следующем соотношении компонентов, мас.порошок алюминиевой бронзы 55-80 порошок твердого сплава 20-45,при этом размеры частиц порошковой смеси составляют 10-71 мкм. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам порошковых смесей, применяемых для получения защитных покрытий методами газотермического напыления. Известен порошок алюминиевой бронзы (БрАЖНФ), предназначенный для газотермического нанесения покрытий, содержащий (мас. ) алюминий 512, железо 14, никель 612, фосфор 0,25, остальное - медь 1. Он получен путем распыления расплава потоком сжатого газа (азота). Для газопламенного напыления покрытий, как правило, используются частицы с размерами до 100 мкм. Данный порошок, например, используется для газопламенного напыления при восстановлении и упрочнении высоконагруженных деталей узлов - шеек стальных коленчатых валов, на которые в процессе эксплуатации одновременно воздействуют высокие знакопеременные нагрузки, относительные скорости скольжения и вибрации. Как правило, наносимый слой покрытия на шейки находится в пределах 0,61,2 мм. Основными параметрами, определяющими ресурс работы покрытий высоконагруженных деталей узлов трения, при прочих равных условиях, являются прочность на разрыв и пористость. Прочность на разрыв газопламенного покрытия из порошка указанной алюминиевой 11957 1 2009.06.30 бронзы составляет около 170 МПа, твердость - 235 НВ и пористость - 4,06,32. Срок службы шеек стальных коленчатых валов с таким покрытием составил 30-40 от нового,что не соответствует рекомендациям, в которых значение пористости покрытия для коленчатого вала должно составлять 233. Наиболее близкой к заявляемой порошковой смеси из известных, применяемых для получения износостойких покрытий методом высокоскоростного газопламенного напыления,по составу компонентов, является порошковая смесь, состоящая из 60 алюминиевой бронзы и 40 композита (С 3 С 2-ТС)25. Анализ микроструктуры такого покрытия показал, что твердофазные включения в нем распределены равномерно, при этом между частицами практически отсутствуют границы. Это свидетельствует о прочных связях между ними. Твердость покрытия составила 22 НСэ, пористость - 6-8 , прочность на разрыв - 160-170 МПа 4. Однако в связи с повышенной пористостью и недостаточной прочностью на разрыв,нанесенное методом высокоскоростного газопламенного напыления покрытие из данной механической смеси, в процессе трения в условиях действия интенсивных нагрузок, разрушается из-за выкрашивания микрообъемов композита и, как следствие, наступает преждевременный износ деталей узла трения. Задачей изобретения является создание порошковой смеси на основе алюминиевой бронзы для высокоскоростного газопламенного напыления покрытий, которые обладали бы высокой прочностью и стойкостью в условиях воздействия интенсивных знакопеременных нагрузок и пульсаций. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в получении порошка на основе алюминиевой бронзы для высокоскоростного газопламенного напыления покрытий с высокой прочностью на разрыв, твердостью и минимальной пористостью. Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что порошковая смесь на основе алюминиевой бронзы для высокоскоростного газопламенного напыления покрытий, для получения вышеуказанного технического результата, дополнительно содержит порошок твердого сплава -Со, при следующем соотношении компонентов (мас. ) порошок алюминиевой бронзы - 55-80, порошок твердого сплава -Со - 20-45, при этом размеры частиц порошков находятся в интервале 10-71 мкм. Предлагаемый состав порошковой смеси с размерами частиц 10-71 мкм при оптимальных режимах высокоскоростного газопламенного напыления (скорость соударения частиц с основой более 200 м/с) обеспечивает формирование высокоплотного, прочного и твердого покрытия значительной толщины (до 3,0 мм). В процессе высокоскоростного газопламенного напыления в связи с высокой температурой плавления карбида вольфрама - 2785-2795 С и теплоемкостью - 8,53 кал/(мольград) частицы сплава -Со получают от высокотемпературной струи значительный запас тепловой энергии. К моменту контакта с подложкой, Со, температура плавления которого равна 1495 С, находится в высокопластичном или жидком состоянии. Так как подложка в момент контакта с напыляемыми частицами находится в твердом состоянии, то избыточная тепловая энергия от частиц -Со передается к ней и частицам алюминиевой бронзы,увеличивая время нахождения их в жидком состоянии. Это способствует развитию диффузионных процессов взаимодействия, образованию прочных связей между частицами смеси и подложкой, формированию более плотного и прочного покрытия. Благодаря высокой твердости частиц сплава -Со - более 65 обеспечивается увеличение твердости всего слоя покрытия. В процессе высокоскоростного газопламенного напыления порошковой смеси на основе алюминиевой бронзы и частиц сплава -Со формируется высокоплотное, с минимальной остаточной пористостью (1,5-3,5 ), твердое ( 35-45) покрытие с прочностью на растяжение до 370 МПа. Такое покрытие обладает повышенной долговечностью в условиях 2 11957 1 2009.06.30 знакопеременных нагрузок, при высоких контактных давлениях и относительных скоростях скольжения трущихся пар. Пример Для получения порошковых смесей были подготовлены 5 вариантов порошковой шихты 1-5 указанного состава (см. табл. 1). При подготовке смесей 1-5 порошки алюминиевой бронзы и сплава -Со обрабатывались в двухбаночном смесителе в присутствии шаров из сплава ВК 6 диаметром 10 мм. Отношение массы шаров к массе размалываемого материала - 71, время обработки - 25-30 мин. Для дальнейших испытаний выделялись гомогенные фракции порошковой смеси с размерами частиц 10-71 мкм. Таблица 1 Состав смеси, мас. Покрытия наносили на чугунную подложку, подвергнутую струйно-абразивной обработке (САО) чугунной колотой дробью ДЧК (ГОСТ 11964-81) при следующих режимах размер частиц дроби 0,5-0,8 мм, дистанция от сопла аппарата до обрабатываемой поверхности - 60 мм, угол атаки абразива (угол соударения с поверхностью) - 90, давление воздуха - 5-6 кГс/см, время обработки - 3-5 с. Совокупность режимов САО обеспечивала следующие параметры контактной поверхности подложки высота микронеровностей 12-15 мкм. Высокоскоростное газопламенное напыление порошков сплавов 1-5 производили аппаратом ТЕНА - Ппм производства ОДО ТЕНА, РБ при следующих режимах работы давление газов, кгс/см 2 кислород - 8,0 метилацетиленовая фракция - 2,5 сжатый воздух 5,0 расход газов, м 3/ час кислород - 7,0 метилацетиленовая фракция - 2,0 сжатый воздух 20,0 дистанция напыления - 200 мм, скорость перемещения сопла газопламенной горелки - 300 мм/мин. Указанные режимы работы аппарата обеспечивали скорость полета частиц с размерами 10-71 мкм более 200 м/с. Скорость полета частиц определяли с помощью прибора ИССО-1. Температура нагрева частиц измерялась инфракрасным малогабаритным спектрометром ИСМ-4 с записью результатов на осциллографе Н-115 и составляла 10502250 С. Полученные покрытия имели уровень свойств, приведенный в табл. 2. Таблица 2 сплава 11957 1 2009.06.30 Из табл. 2 видно, что при увеличении в известном порошке содержания частиц сплава-Со до 35 твердость и прочность покрытий растут, а пористость уменьшается. При дальнейшем увеличении в смеси количества -Со пористость покрытия увеличивается,а прочность и твердость уменьшаются. В результате применения для высокоскоростного газопламенного напыления покрытий заявляемой порошковой смеси на основе алюминиевой бронзы и порошка твердого сплава -Со при следующем соотношении компонентов (мас. ) алюминиевая бронза 55-80, порошок твердого сплава -Со - 20-45, с размерами частиц находящимися в интервале 10-71 мкм, формируется высокоплотное, с минимальной остаточной пористостью(1,5-3,5 ), твердое ( 35-45) покрытие с прочностью на растяжение до 370 МПа. Такое покрытие обладает повышенной долговечностью в условиях знакопеременных нагрузок, при высоких контактных давлениях и относительных скоростях скольжения трущихся пар. Именно такие условия реализуются, в частности, при работе высоконагруженных деталей узлов трения шеек коленвалов ДВС, компрессоров, подшипников скольжения металлообрабатывающих станков других машин. Источники информации 1. Патент РБ 2330, МПК В 05 В 7/20 // Афцыйны бюллетень / Дзярж. пат. ведамства РБ.- 1998. -3 (18). - С. 178. 2. Ильющенко А.Ф., Манойло Е.Д., Толстяк Э.Н. Восстановление шеек чугунных коленвалов газопламенным напылением покрытий // Порошковая металлургия. - Вып. 23. 2000. - С. 69-74. 3. Петров С.В., Сааков А.Г., Бояджян Восстановление металлизацией тяжелонагруженных дизельных коленвалов // Автоматическая сварка.8. - 1999. - С. 43-46. 4. Витязь П.А., Манойло Е.Д. Исследование процесса газопламенного напыления покрытий из шнуровой бронзы // Порошковая металлургия. - Вып. 18. - 1995. - С. 27-32. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4