Порошок для высокоскоростного газопламенного напыления покрытий

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОРОШОК ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Манойло Евгений Данилович Онащенко Филипп Евгеньевич Корженевский Александр Павлович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(57) Порошок для высокоскоростного газопламенного напыления покрытия, содержащий частицы алюминиевой бронзы, отличающийся тем, что содержит частицы алюминиевой бронзы размером 1040 мкм и дополнительно содержит частицы ультрадисперсных алмазов размером 46 нм при следующем соотношении компонентов, мас. алюминиевая бронза 95,0-99,8 ультрадисперсные алмазы 0,2-5,0. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к составам порошков, 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 валов, на которые в процессе эксплуатации одновременно воздействуют высокие знакопеременные нагрузки, относительные скорости скольжения и вибрации. Как правило, наносимый слой покрытия 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, твердость и пористость. Прочность на разрыв газопламенного покрытия из порошка указанной алюминиевой бронзы составляет около 14178 1 2011.04.30 170 МПа, твердость - 235 НВ и пористость - 4,06,32. Срок службы стальных валов с таким покрытием составляет 60-80 от нового вала, что связано с недостаточной твердостью и прочностью покрытия 3. Известна также порошковая смесь, применяемая для получения износостойких покрытий методом высокоскоростного газопламенного напыления, состоящая из 60 алюминиевой бронзы и 40 композита (32-)25. Твердость покрытия,напыленного методом высокоскоростного газопламенного напыления, определенная на приборе Роквелла, составила около 22 э, пористость - 6-8 , прочность на разрыв 160-170 МПа. Анализ микроструктуры покрытия показал, что твердофазные включения в нем распределены равномерно, при этом между частицами практически отсутствуют границы, что свидетельствует о прочных связях между ними 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 порошка для высокоскоростного газопламенного напыления покрытий, состоящего из частиц алюминиевой бронзы и ультрадисперсных алмазов, который позволяет получить при напылении более высокие параметры прочности покрытий и достаточную долговечность их в условиях воздействия знакопеременных нагрузок и пульсаций. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в получении порошка для высокоскоростного газопламенного напыления покрытий с высокой твердостью, прочностью на разрыв и незначительной пористостью. Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что порошок для высокоскоростного газопламенного напыления покрытий, содержащий частицы алюминиевой бронзы, для получения вышеуказанного технического результата содержит частицы алюминиевой бронзы размером 10-40 мкм и дополнительно содержит частицы ультрадисперсных алмазов размером 4-6 нм при следующем соотношении компонентов, мас.алюминиевая бронза - 95,0-99,8 и ультрадисперсные алмазы - 0,2-5,0. Предлагаемый состав порошка при оптимальных режимах высокоскоростного газопламенного напыления (скорость соударения частиц с подложкой 180-320 м/с) обеспечивает формирование высокопрочного, плотного и твердого покрытия значительной толщины (до 2,5 мм). В процессе высокоскоростного газопламенного напыления частицы алюминиевой бронзы, температура плавления которых равна 1050-1100 С, находятся в высокопластичном или жидком состоянии, а частицы ультрадисперсных алмазов в связи с высокой теплоемкостью получают от высокотемпературной струи значительный запас тепловой энергии. В момент контакта с подложкой частицы алюминиевой бронзы хорошо растекаются, а частицы ультрадисперсных алмазов, благодаря своим малым размерам кристаллов 4-6 нм и высокой удельной поверхности 300 м 2/г, активно взаимодействуют с алюминиевой бронзой, образуя множество центров кристаллизации. Так как подложка в момент контакта с напыляемыми частицами находится в твердом состоянии, то избыточная тепловая энергия от частиц ультрадисперсных алмазов передается к ней и частицам алюминиевой бронзы. Благодаря усилению процессов взаимодействия, образованию прочных связей между частицами смеси и подложкой формируется более плотное и прочное покрытие. В процессе высокоскоростного газопламенного напыления порошка алюминиевой бронзы и частиц ультрадисперсных алмазов формируется высокоплотное (2,5-3,2 пор),твердое ( 25-30) покрытие с прочностью на растяжение до 310 МПа. Такое покрытие 14178 1 2011.04.30 обладает повышенной долговечностью при работе в условиях повышенных знакопеременных нагрузок и контактных давлений трущихся пар. Пример. Для испытаний было подготовлено 5 вариантов порошков 1-5 указанного состава(см. табл. 1). Предварительно порошки алюминиевой бронзы с размерами частиц 10-40 мкм и ультрадисперсных алмазов 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. Таблица 1 Состав смеси, мас.Алюминиевая бронза Ультрадисперсные алмазы 1 99,8 0,2 2 98 2 3 97 3 4 96 4 5 95 5 Покрытия наносили на чугунную подложку (ВЧ), 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 2, 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 горючий газ - метилацетиленовая фракция (МАФ)- 2,5 сжатый воздух - 5,0 расход газов, м 3/ час кислород - 7,0 метилацетиленовая фракция (МАФ) - 2,0 сжатый воздух - 20,0 дистанция напыления - 180 мм, скорость перемещения сопла газопламенной горелки - 300 мм/мин. Указанные режимы работы аппарата обеспечивали скорость полета частиц, с размерами 10-71 мкм более 230 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 10501150 С. Полученные покрытия имели уровень свойств, приведенный в табл. 2. Таблица 2 сплава Содержание ультра сплава Пористость, П,Прочность , МПа дисперсных алмазов,Прототип 22 6-8 160-170 1 22-23 3,0-3,2 190-210 0,2 2 23-24 2,9-3,1 300-311 1 3 23-25 2,8-3,2 302-312 2 4 24-28 2,4-2,8 305-310 3 5 23-26 2,3-2,5 310-313 5 Из табл. 2 видно, что при увеличении в известном порошке содержания ультрадисперсных алмазов до 3 твердость изменяется незначительно, прочность покрытий растет и пористость уменьшается. При дальнейшем увеличении в смеси количества ультрадисТвердость,14178 1 2011.04.30 персных алмазов твердость, пористость и прочность покрытий практически остаются постоянными. В результате применения для высокоскоростного газопламенного напыления покрытий заявляемого порошка частиц алюминиевой бронзы размером 10-40 мкм с ультрадисперсными алмазами размером 4-6 нм при следующем соотношении компонентов (мас. ) частицы алюминиевой бронзы - 95-99,8 и ультрадисперсных алмазов - 0,2-5 - формируется высокоплотное (2,5-3,2 пор), твердое ( 25-30) покрытие с прочностью на растяжение до 310 МПа. Такое покрытие обладает повышенной долговечностью при работе в условиях повышенных знакопеременных нагрузок и контактных давлений трущихся пар. 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 2330 РБ, МПК 05 7/20, 1998. 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 А.М. 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