Способ нанесения диффузионных покрытий на металлические порошки, преимущественно для наплавки

22 9/16 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ДИФФУЗИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПОРОШКИ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ НАПЛАВКИ(71) Заявитель Полоцкий государственный университет(73) Патентообладатель Полоцкий государственный университет(57) Способ нанесения диффузионных покрытий на металлические порошки, преимущественно для наплавки,включающий перемешивание обрабатываемого порошка с насыщающей порошковой средой, нагрев полученной смеси до температуры диффузионного взаимодействия с последующей изотермической выдержкой и охлаждением в контейнере, отличающийся тем, что обрабатываемый металлический порошок и насыщающую среду перемешивают при массовом соотношении компонентов 1(0,15-0,5), контейнер заполняют на 6580 , а нагрев, изотермическую выдержку и охлаждение осуществляют при вращении контейнера с частотой(3-9,5)1/2,где- частота вращения контейнера, мин-1, - внутренний радиус контейнера, м,при этом изотермическую выдержку проводят в течение 0,3-2 ч.(56) 1.1614898 1, МПК 5 22 1/02, 1990. 2. Пантелеенко Ф.И., Любецкий С.Н. Самофлюсующиеся порошки и износостойкие покрытия из них. Мн. БелНИИНТИ, 1991. - . 27 (прототип). Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам химико-термической обработки порошка, преимущественно применяемого для наплавки и напыления. Известен способ нанесения диффузионных покрытий на металлические порошки, включающий вакуумирование смеси порошка металла, легирующей добавки и активатора, нагрев, изотермическую выдержку и охлаждение, при этом нагрев, изотермическую выдержку и охлаждение осуществляют при наложении вибрации 1. Борирование металлического порошка известным способом не позволяет получать диффузионные слои с устойчивым количеством боридных фаз во всем диапазоне заявляемых режимов обработки (табл. 2) 1. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и положительному эффекту является способ обработки порошка, преимущественно для напыления и наплавки, включающий перемешивание обрабатываемого порошка с насыщающей средой при соотношении 1(2,84), нагрев до температуры диффузионного взаимодействия, выдержку в течение 1-10 ч и охлаждение при снижении температуры в интервале от точки Кюри до 0 С в контейнере, герметизируемом плавким затвором 2. Металлические порошки, обработанные этим способом, обладают необходимым содержанием бора, о чем свидетельствует их хорошая флюсуемость и высокая твердость наплавленных слоев, но характеризуются 3207 1 при этом неравномерным диффузионным покрытием и низкими технологическими свойствами. Серьезным недостатком анализируемого способа является низкая производительность обработки порошка, обусловленная следующими причинами. Во-первых, низкой скоростью роста боридного слоя в статической насыщающей среде (4-10 мкм/ч). Во-вторых, малой объемной долей обрабатываемого порошка в рабочем объеме контейнера, обусловленной необходимостью предотвращения спекания смеси (не более 12,5 ).Отметим также, что большое количество насыщающей смеси, имеющей низкую теплопроводность по сравнению с металлическим порошком увеличивает время прогрева контейнера, снижая тем самым эффективность способа. Задачей данного изобретения является разработка способа нанесения диффузионных покрытий на металлические порошки, преимущественно для наплавки, позволяющего получать порошки с более качественными, т. е. более равномерными покрытиями с преобладанием низкобористой легкоплавкой фазы 2 и лучшей технологичностью, а также повысить производительность процесса химико-термической обработки. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Исходный металлический порошок перемешивают с насыщающей средой при массовом соотношении компонентов 1(0,150,5) по массе, контейнер заполняют на 65-80 . Контейнер помещают в печь. Нагрев, изотермическую выдержку в течение 0,3-2 ч при температуре диффузионного взаимодействия и охлаждение до 0 С осуществляют при вращении контейнера с частотой(39,5)1/2,где- частота вращения контейнера, мин-1- внутренний радиус контейнера, м. Отличительными признаками заявляемого способа от прототипа являются условия выполнения способа,а именно обрабатываемый металлический порошок и насыщающую среду перемешивают при соотношении компонентов соответственно 1(0.150.5) по массе, с заполнением контейнера этой смесью на 65-80 , нагрев, изотермическую выдержку, охлаждение осуществляют при вращении контейнера с частотой(3 - 9,5)1/2. Изотермическую выдержку проводят в течение 0,3-2 ч. Выбор времени изотермической выдержки обусловлен тем, что при выдержке в печи более 2 ч происходит преимущественно сквозное борирование порошка, что негативно влияет на его технологические свойства (насыпную плотность, текучесть и наплавляемость), а выдержка менее 20-ти минут приводит к неравномерному насыщению исходного порошка легирующими элементами (неравномерный прогрев контейнера из-за короткой выдержки) и ухудшению наплавляемости. Оптимальный интервал частот вращения контейнера в печи выбирался согласно разработанной математической модели поведения частиц во вращающемся контейнере. Выбор соотношения компонентов смеси и степени заполнения контейнера обусловлен тем, что при большей доле насыщающей среды и меньшей степени заполнения контейнера снижается производительность процесса обработки (снижение доли обрабатываемого порошка в рабочем объеме контейнера менее 25). При меньшей доле насыщающей среды и большей степени заполнения контейнера снижается качество получаемых диффузионных покрытий и технологических свойств порошка. Практически способ осуществляется следующим образом. В качестве насыщаемого порошка использовали порошок ПР-сталь 45 (ТУ 14-13551-84) фракцией 40-160 мкм. Насыщающая среда состояла из 99 технического карбида бора В 4 С (ТУ 2036-705-77) и 1 активатора (фтористого натрия) для борирования, из карбида кремния(ТУ 036-902-79) и активатора для силицирования, из карбюризатора и активатора для цементации. Ингредиенты смеси перемешивали в течение 20 мин в смесителе конического типа в соотношении 1(0,15-0,5). Полученной смесью заполняли контейнер на 65-80 . Нагрев и изотермическую выдержку осуществляли в лабораторной печи СНОЛ-1.6.2.0.0.8/9-М 1 при температуре 920 С в течение 1 ч, охлаждали контейнер на воздухе. При этом контейнер вращали с частотой 60 мин-1. Затем контейнер вскрывали на воздухе и производили магнитную сепарацию. Борирование Цементация Силицирование Борирование Цементация Силицирование Борирование Цементация Силицирование Объемная доля обрабаСтепень заполнения тываемого порошка в объема контейнера,контейнере,Степень заполнения объема контейнера,Частичное спекание смеси, неравномерные покрытия на порошке Частичное спекание смеси, неравномерные покрытия на порошке Частичное спекание смеси, неравномерные покрытия на порошке Смесь не спеклась, равномерные диффузионные покрытия Частичное спекание смеси, неравномерные покрытия на порошке Толщина Время изо- Содержание НаплавляеОбъемная доля Фазовый состав диффузион- СреднеквадраСтепень заобрабатываемого терми-ческой бора в обра- диффузионнотичное отклонение мость обраного покрытия,полнения ботанного толщины покрыобъема кон- порошка в контей- выдержки, ч ботанном по- го покрытия, е 2 е 2 (С,В) мкм рошке,порошка нере,тия,тейнера,80 80 1 2,92 20,84 7,50 60,68 31,82 33,50 0,9 65 40 1 3,90 28,52 11,94 54,76 33,30 25,64 0,9 80 40 1 4,36 31.27 15,70 50,54 33,76 21,20 0,9 65 25 1 5,79 39,02 24,19 40,40 35,41 19,80 0,8 100 12,5 1 2,00 8,9 20,56 50,33 29,11 58,9 0,8 100 12,5 2,3 2,76 12,10 32,65 33,61 33,74 53,4 0,8 100 12,5 4 4,56 20,00 41,11 23,13 35,76 48,7 0.7 Объемная доля обрабатываемого порошка в контейнере,Соотношение компонентов по массе 3207 1 Кроме того, осуществляли борирование металлических порошков способом, взятым за прототип. Свойства диффузионно-легированных порошков исследовали по известным методикам. Результаты экспериментов и исследований приведены в табл. 1-3. В табл. 1 приведены результаты сравнительных испытаний заявляемого способа и прототипа. В табл. 2 представлены результаты экспериментов, обосновывающих выбор диапазона частот вращения контейнера. В табл. 3 приведены результаты экспериментов, подтверждающих возможность применения заявляемого способа для различных видов ХТО на примерах борирования, силицирования и цементации. Из данных, приведенных в табл. 1 следует, что заявляемый способ нанесения диффузионных покрытий на металлические порошки, преимущественно для на наплавки, позволяет значительно улучшить качество диффузионного покрытия и технологические свойства обрабатываемого порошка, среднеквадратичное отклонение толщины слоя уменьшается на 1539 . Содержание низкобористой фазы для эквивалентных содержаний бора увеличивается на 10-37 , повышение технологичности подтверждается улучшением наплавляемости обработанного порошка. Кроме того, повышается производительность процесса обработки за счет увеличения скорости роста диффузионных слоев в 47 раз и повышения объемной доли обрабатываемого порошка в рабочем объеме контейнера в 26,5 раз. Таким образом, использование заявляемого способа в промышленности позволит повысить производительность обработки, улучшить качество и технологичность получаемого порошка. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.