Способ нанесения трехслойных антифрикционных покрытий на внутренние поверхности деталей

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ТРЕХСЛОЙНЫХ АНТИФРИКЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ВНУТРЕННИЕ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Кашицин Леонид Павлович Худолей Андрей Леонидович Латыш Юрий Владимирович Клименко Сергей Ефимович Сосновский Игорь Александрович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(57) Способ нанесения трехслойных антифрикционных покрытий на внутренние поверхности деталей, включающий помещение образующего первый слой материала в виде шихты в полость детали, формирование первого слоя покрытия путем вращения детали вокруг ее оси с одновременным нагревом до температуры припекания шихты, отличающийся тем, что после помещения шихты во внутреннюю полость детали с обоих ее торцов устанавливают крышки, в каждой из которых выполнена полость в виде конуса, направленного в сторону полости детали для размещения материала, образующего второй или третий слой покрытия на внутренней поверхности детали, и установлена антипригарная прокладка с отверстиями,причем с одного торца отверстия в прокладке выполнены на уровне поверхности первого слоя, а с другого - на уровне поверхности второго слоя, после формирования первого слоя покрытия деталь смещают с позиции нагрева, не прекращая при этом ее вращения, и формируют второй слой, нагревая крышку с материалом второго слоя до температуры его плавления, после этого деталь смещают с позиции нагрева первой крышки, не прекращая вращения,и формируют третий слой, нагревая вторую крышку с материалом третьего слоя до температуры его плавления, причем температура плавления каждого последующего слоя меньше температуры плавления предыдущего слоя на 50-100 С.(56)2099 1, 1998.1597251 1, 1990.1606261 1, 1990.1483328 1, 1977.3761257 1, 1973.4904537 , 1990. Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам нанесения трехслойных антифрикционных покрытий на внутренние поверхности деталей, и может быть использовано для изготовления и восстановления деталей машин, в частности вкладышей подшипников скольжения и т.д. Известно, что трехслойные подшипники обладают лучшими эксплуатационными свойствами большей нагрузочной способностью, малошумностью, повышенной усталостной прочностью контактных рабочих поверхностей и т.д. Существует способ нанесения трехслойных покрытий для получения трехслойных подшипников скольжения методом проката (Пат. США 4904537, МПК 4 22 В 7/00). Способ заключается в следующем поверхность стальной полосы подготавливают для нанесения металлического покрытия, предпочтительно никелевого, затем наносят посредством прокатки предварительно смешанный свинцово-бронзовый порошок поверх металлического покрытия, после чего ленту уплотняют роликом, повторно нагревают и спекают, затем методом сворачивания преобразуют трехслойную ленту в трубчатую заготовку. Недостатком способа является наличие соединительной зоны (шва), образующейся при сворачивании подшипника из полосы. В качестве ближайшего аналога служит способ получения многослойных антифрикционных изделий методом индукционного центробежного припекания (Пат.2099,МПК 6 В 22 7/02, В 22 7/04), согласно которому в полость детали помещают шихту,осуществляют осевое вращение детали с одновременным нагревом ее токами высокой частоты до температуры спекания шихты, спекают шихту, производят охлаждение детали и последующую механическую обработку полученного слоя, затем после механической обработки слоя в полость втулки помещают монолитную или спеченную дополнительную втулку, предварительно пропитанную легкоплавким материалом, нагревают сборку до температуры плавления последнего при одновременном вращении, охлаждают и проводят окончательную механическую обработку. Использование этого способа на практике позволяет получать бесшовные заготовки. Однако существенным недостатком способа является невозможность получения трехслойного антифрикционного покрытия на внутренней поверхности детали за одну операцию индукционного нагрева и вращения заготовки. Например, для получения трехслойного изделия описанным способом необходимо повторять операцию нагрева и вращения заготовки дважды. Задачей предлагаемого изобретения является разработка способа нанесения трехслойных антифрикционных покрытий за одну операцию нагрева и вращения заготовки, что позволит получать трехслойные бесшовные подшипники скольжения. Для решения поставленной задачи в известном способе нанесения трехслойных антифрикционных покрытий на внутренние поверхности деталей, включающем помещение шихты в полость детали, вращение детали вокруг ее оси с одновременным нагревом до температуры припекания шихты, согласно изобретению, после помещения шихты во внутреннюю полость детали с обоих ее торцов устанавливают крышки, в каждой из которых выполнена полость в виде конуса, направленного в сторону полости детали для размещения материала, образующего второй или третий слой покрытия на внутренней 2 5769 1 поверхности детали, и установлена антипригарная прокладка с отверстиями, причем с одного торца отверстия в прокладке выполнены на уровне поверхности первого слоя, а с другого - на уровне поверхности второго слоя, после формирования первого слоя покрытия деталь смещают с позиции нагрева, не прекращая при этом ее вращение, и формируют второй слой, нагревая крышку с материалом второго слоя до температуры его плавления,после этого деталь смещают с позиции нагрева первой крышки, не прекращая вращения, и формируют третий слой, нагревая вторую крышку с материалом третьего слоя до температуры его плавления, причем температура плавления каждого последующего слоя меньше температуры плавления предыдущего слоя на 50-100 С. Размер кусков материала не должен быть меньше 1,1 диаметра отверстий в антипригарных прокладках и не больше 0,9 наименьшего диаметра конусных полостей крышек. На фиг. 1, 2, 3 представлена схема реализации способа. На фиг. 1 представлена схема нанесения первого порошкового слоя на внутреннюю поверхность заготовки с размещением детали на позиции нагрева. На фиг. 2 представлена схема нанесения второго слоя на поверхность первого с размещением одной крышки на позиции нагрева. На фиг. 3 представлена схема нанесения третьего слоя на поверхность второго с размещением другой крышки на позиции нагрева. Способ осуществляется следующим образом. Во внутреннюю полость детали 1 помещают материал первого слоя 2, во внутреннюю полость крышки 3 помещают материал 4 другого слоя в виде монолитных кусков, во внутреннюю полость крышки 5 помещают материал 6 третьего слоя в виде монолитных кусков, после чего в крышках 3 и 5 устанавливают антипригарные прокладки 7 и 8 (с отверстиями) соответственно, а затем с обоих торцов деталь 1 закрывают крышками 3 и 5 и устанавливают в центрах центробежной установки. Деталь 1 приводят в осевое вращение, одновременно ее нагревают индуктором ТВЧ 9 до температуры нанесения первого слоя. При этом под действием центробежных сил материал равномерно распределяется по внутренней поверхности детали 1, спекается либо расплавляется. Далее, не отключая нагрева и осевого вращения детали 1, последнюю смещают с позиции нагрева поверхности детали (фиг. 1) в позицию нагрева крышки с материалом второго слоя (фиг. 2). Крышку разогревают до температуры плавления материала второго слоя. По мере плавления материала второго слоя расплав под действием центробежных сил проникает в полость детали 1 через отверстия в антипригарной прокладке 7, расположенные на уровне диаметра первого слоя, и равномерно распределяется по покрытию 2. После этого, не отключая нагрева и осевого вращения детали 1, ее смещают в позицию нагрева крышки с материалом третьего слоя (фиг. 3). Крышку разогревают до температуры плавления материала третьего слоя. По мере плавления материала третьего слоя расплав под действием центробежных сил проникает в полость детали 1 через отверстия в антипригарной прокладке 8, расположенные на уровне диаметра второго слоя, и равномерно распределяется по слою 4. Затем нагрев прекращают и производят охлаждение детали 1, при этом на внутренней поверхности детали 1 образуется компактное трехслойное покрытие. Таким образом, нанесение трехслойных покрытий за одну операцию нагрева и вращения заготовки достигают путем нанесения второго слоя сразу после нанесения первого слоя и нанесения третьего слоя сразу после нанесения второго слоя при помощи смещения детали с позиции нагрева ее поверхности в позицию нагрева первой, а затем и второй крышки. Пример реализации способа. Изготавливали трехслойный подшипник скольжения масленного насоса термопластоавтомата(Япония), для чего на внутреннюю цилиндрическую поверхность заготовки наносили двухслойное антифрикционное покрытие из бронзы Бр. ОФ 10-1 и баббита Б 88. Наружный диаметр заготовки составлял 70 мм,внутренний - 45 мм, длина 145 мм. Во внутреннюю полость заготовки помещали шихту(смесь бронзового порошка с бурой), с торцов заготовку закрывали крышками, причем один из торцов детали закрывали крышкой, которая имела внутреннюю полость для раз 3 5769 1 мещения баббита в форме монолитных кусков. После этого сборку закрепляли на центробежной установке. Затем заготовку приводили в осевое вращение со скоростью 1500 об/мин и одновременно нагревали до температуры 850 С индуктором ТВЧ установки ЛПЗ-2-67 М, поддерживая температуру на этом уровне в течение 3 минут. Далее, не отключая вращения и нагрева, смещали заготовку с позиции нагрева поверхности детали в позицию нагрева крышки с материалом второго покрытия. Нагревали поверхность крышки до температуры 400 С, поддерживая температуру на этом уровне в течение 2 минут. Далее выключали нагрев и продолжали вращение втулки в течение 3,5 минут. По истечении этого времени вращение прекращали и снимали заготовку с установки, осуществляя ее последующее охлаждение до комнатной температуры в статическом состоянии. Предлагаемый способ нанесения трехслойных антифрикционных покрытий позволяет эффективно получать трехслойные бесшовные изделия за одну операцию нагрева и вращения заготовки. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4