Способ получения покрытий электродуговым напылением стальной проволоки

(51)23 4/04 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ЭЛЕКТРОДУГОВЫМ НАПЫЛЕНИЕМ СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Авторы Константинов Валерий Михайлович Губанов Александр Семенович Пантелеенко Федор Иванович(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(57) Способ получения покрытий электродуговым напылением стальной проволоки, включающий подготовку подложки перед напылением, подачу проволоки в металлизатор, нанесение материала проволоки с помощью металлизатора на подложку, отличающийся тем, что предварительно проволоку подвергают диффузионному насыщению бором, количество которого зависит от содержания углерода в проволоке (С) и составляет от (1,6-С) до (3,5-2 С), мас. , и перед подачей в металлизатор ее нагревают до температуры конца ковки материала проволоки. Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам получения покрытий напылением и может найти применение при восстановлении и упрочнении быстроизнашивающихся деталей в различных отраслях машиностроения. Известны способы получения покрытий напылением путем распыления одной, двух или нескольких стальных проволок из одного или разных материалов на активированную поверхность с использованием различных способов диспергирования нагретого материала, например, газопламенное напыление, электродуговая металлизация 1. Общим недостатком всех этих способов является плохое качество получаемого покрытия и невысокая прочность сцепления покрытия с подложкой. Наиболее близким по технической сути к заявляемому является способ электродугового напыления стальной проволоки, включающий подготовку подложки перед напылением, подачу проволоки в металлизатор, нанесение материала проволоки с помощью металлизатора на подложку, причем поток напыляемых частиц образуется за счет плавления материала проволок электрической дугой и распыления его напорной струей воздуха или газа 2. При этом проволока непрерывно подается в зону плавления механизмом подачи. Однако известный способ имеет следующие недостатки. Нагретые до высокой температуры диспергированные из проволоки частицы интенсивно окисляются при движении в потоке воздуха или газа, что приводит к образованию в покрытии значительного количе 7697 1 2006.02.28 ства оксидов, пор. Наличие оксидов и пор снижает физико-механические свойства покрытия твердость, износостойкость, прочность сцепления покрытия с подложкой, а также прочность самого покрытия. Поэтому использование известного способа позволяет получать покрытия с невысокими эксплуатационными и прочностными характеристиками. Задачей предлагаемого способа является повышение качества покрытий, получаемых с помощью электродугового напыления, а именно повышение прочности сцепления покрытия с подложкой, твердости покрытия, износостойкости, а также снижение количества оксидов и пор в покрытии. Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения покрытий электродуговым напылением стальной проволоки, который включает подготовку подложки перед напылением, подачу проволоки в металлизатор, нанесение материала проволоки с помощью металлизатора на подложку, используется проволока, которую предварительно подвергают диффузионному насыщению бором. Количество вводимого бора зависит от содержания углерода в проволоке (С) и составляет от (1,6-С) до (3,5-2 С), мас. . Поставленная задача достигается также тем, что перед подачей в металлизатор проволоку нагревают до температуры конца ковки материала проволоки. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что отличительными признаками заявляемого способа являются наличие новых операций, а именно предварительное диффузионное насыщение проволоки бором нагрев проволоки перед подачей в металлизатор режим осуществления способа количество вводимого в проволоку бора, зависящее от содержания углерода в проволоке температура нагрева проволоки, которая равна температуре конца ковки материала проволоки. Диффузионное насыщение стальной проволоки бором производят путем химикотермической обработки в порошкообразных смесях или в газовых средах. Бор, диффундируя в поверхностный слой проволоки, образует бориды железа 2 и . При плавлении диффузионно-легированной проволоки в процессе электродугового напыления часть этих боридов, растворяясь в железе, образует легкоплавкую железобористую эвтектику, а часть кристаллизуется в виде отдельных ламелей, выполняя упрочняющие функции. Из-за наличия легкоплавкой железобористой эвтектики повышается жидкотекучесть расплавленного металла при соударении капель с подложкой. Это приводит к интенсивному взаимодействию отдельных капель между собой, причем оксиды железа практически не могут препятствовать этим процессам, поскольку их восстанавливает образующийся при нагреве и плавлении боридов борный ангидрид В 2 О 3. Таким образом достигается защита диспергированных частиц от окисления при их движении и соударении. В результате образуется малопористое покрытие с минимальным содержанием оксидов. Установлено, что повышается прочность сцепления покрытия с подложкой за счет улучшения смачиваемости и за счет интенсивного восстановления оксидных пленок на поверхности металла, повышается твердость, износостойкость (в зависимости от процентного содержания бора). При этом количество вводимого бора необходимо определять в зависимости от химического состава материала проволоки, а именно от содержания углерода (С) в ней. Известно, что углерод, содержащийся в стали, способствует образованию закалочных структур при ее быстром охлаждении. Поэтому в процессе формирования покрытия при соударении с подложкой расплавленных частиц металла происходит образование мартенситных структур, количество которых возрастает с увеличением содержания углерода в стали. При этом значительно повышается твердость покрытия, но снижается прочность и пластичность. Поэтому учет содержания углерода в материале проволоки необходим, чтобы не допустить чрезмерное образование хрупких фаз в процессе напыления. В предлагаемом способе содержание углерода учитывается в выражениях для определения количества,вводимого в проволоку бора. 7697 1 2006.02.28 Для получения качественных покрытий необходимо определенное минимальное количество бора и углерода в материале проволоки. Минимальное количество бора в , которое необходимо ввести в проволоку, определяют из соотношения В(1,6-С). При введении меньшего количества бора наблюдается повышенная пористость, низкая адгезия, большое количество оксидов в покрытии. В то же время при введении количества бора вбольшего, чем определяемого из соотношения В(3,5-2 С) по причине избытка хрупкой фазы в покрытии образуется большое количество трещин и сколов. Таким образом, количество бора, которое вводится в проволоку от (1,6-С) до (3,5-2 С). У диффузионно-легированной бором проволоки значительно снижается пластичность. Поэтому указанная выше цель достигается также тем, что проволоку перед подачей в металлизатор нагревают до температуры конца ковки материала проволоки. Этот технологический прием позволяет значительно повысить пластичность проволоки и обеспечивает непрерывность подачи ее. Предлагаемый способ получения покрытий с помощью электродуговой металлизации был реализован в лаборатории повышения эксплуатационной стойкости деталей машин в Полоцком государственном университете. Напыление ведут электродуговым металлизатором марки ЭМ-9 при токе 300 , напряжении 30 , давлении воздуха Р 0,55 МПа, дистанции напыления 120 мм. Покрытие наносят на подготовленную дробеструйной обработкой металлическую подложку. Проволоку 1,2 мм марки Св 08 подвергают предварительно диффузионному насыщению бором, который вводится в количестве 2,5 . При этом насыщение проводят при температуре 920 С в течение 2-х часов в контейнере для химико-термической обработки проволоки. Проволоку перед подачей в металлизатор нагревают до температуры 730-760 С (температура конца ковки стали с содержанием углерода 0,1- определяется по диаграмме -3). Нагревание проволоки осуществляется с помощью источника тока ВД-306 и 2-х пар контактных щеток. В таблице представлены результаты исследований свойств покрытий, полученных из материалов с различным содержанием бора и углерода. Количество оксидов и пор в покрытии определяли металлографическим способом на микроскопе ПМТ-3, для чего изготавливались шлифы по ГОСТ 2.308-79. Наличие дефектов в покрытии выявляли визуально, а также с помощью микроскопа МИМ-7. Определение твердости проводили по методу Виккерса. Прочность сцепления покрытия на отрыв определяли с помощью штифтовой пробы. Как видно из приведенных данных в таблице, предварительное диффузионное насыщение проволоки бором позволяет повысить качество получаемых покрытий за счет снижения количества оксидов и пор в покрытии, повышения прочности сцепления покрытия с подложкой и повышения твердости. Однако при чрезмерном введении бора покрытие становится хрупким, что можно определить по наличию трещин и снижению прочности сцепления покрытия с подложкой. Количество Количество Наличие дефек- Прочность сцеппор в по- оксидов в по- Твердость,тов (трещин) в ления покрытия с крытии,крытии,покрытии подложкой, МПа 8 8 210 15 7 6 250 18 6 3,5 300 20 4 1,5 420 23 4,5 0,5 480 21 5,2 0,5 560 21 6 0,5 640 Проведенные исследования подтвердили соответствие заявляемого диапазона содержания бора оптимальным свойствам покрытий (в таблице выделены другим цветом). Использование заявляемого способа позволяет повысить качество получаемых покрытий, а также их эксплуатационные и прочностные характеристики. Источники информации 1. Поляк . С. Технология упрочнения. В 2 т. . 1-. Л.В-СКРИПТ, Машиностроение, 1995. - С. 14. 2. Поляк . С. Технология упрочнения. В 2 т. . 1. - . Л.В-СКРИПТ, Машиностроение, 1995. - С.15, 127, 832. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4