Пружина

(51)16 3/04 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Берестнев Олег Васильевич Басинюк Владимир Леонидович Белоцерковский Марат Артемович Макаревич Геннадий Викторович Леванцевич Михаил Александрович Кирейцев Максим Валерьевич Шаломовский Михаил Варфоломеевич Красовский Валерий Алексеевич Максимченко Наталья Николаевна(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт механики и надежности машин Национальной академии наук Беларуси(57) Пружина, содержащая металлическую основу, на которой сформировано защитное покрытие, отличающаяся тем, что на концах пружины сформировано защитное покрытие из самофлюсующего сплава толщиной 0,1-1,5 мм, а остальная часть имеет защитное покрытие из пиролитического карбида хрома толщиной 12-50 мкм, при этом покрытие из пиролитического карбида хрома перекрывает покрытие из самофлюсующего сплава. 7705 1 2006.02.28 Изобретение относится к деталям машин и может быть использовано в конструкциях пружин, демпферных механизмов и других упорных устройствах, применяемых в машиностроительной, металлообрабатывающей, станкостроительной, авиационной, приборостроительной промышленности и других. Известны упорные устройства с деталями, имеющими защитное покрытие из пиролитического хрома (Защитное покрытие из пиролитического хрома технология, свойства,результаты испытаний. - Дмитровград, 1994. - С. 38). В данном техническом решении для защиты от коррозии слой карбида хрома наносится на деталь методом пиролиза. Существенным недостатком деталей с покрытием из карбида хрома, сформированного методом пиролиза, является наличие небольших участков без покрытия. Это связано с особенностями метода формирования покрытия при нанесении покрытия обрабатываемая деталь крепится в приспособлении, нагревается, и на ее открытую поверхность осаживается карбид хрома. При этом места крепления детали не подвергаются обработке. На этих участках после завершения процесса покрытие отсутствует, и в условиях повышенной химической агрессивности внешней среды возникает коррозия. Кроме того, при малых толщинах покрытия (менее 1012 мкм) оно содержит поры,обусловливающие возникновение коррозии в средах повышенной агрессивности, например кипящей уксусной кислоте. При относительно большой толщине покрытия (свыше 50 мкм) слой пиролитического карбида хрома становится хрупким, и в условиях циклического нагружения пружины в нем образуются микротрещины, что приводит к коррозии металлического основания детали и ее разрушению. Из известных аналогов наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является конструкция пружины, содержащая металлическую основу, на которую нанесено покрытие из полимера (пластика или эластомера) (патент США 5516085,МПК 16 1/06, 1997). Существенным недостатком этой конструкции является низкая коррозионная стойкость концов пружины, контактирующих с опорной поверхностью. При повышенных температурах (более 200 С) рабочей среды защитное покрытие из полимера (например фторопласта), имеющего допустимую рабочую температуру 300-350 С, размягчается,продавливается из-за низкой удельной нагрузочной способности и защищаемая им поверхность начинает интенсивно разрушаться. Задачей изобретения является создание конструкции пружины, обеспечивающей высокую коррозионную стойкость при работе в условиях циклического нагружения, повышенных температур рабочей среды и значительных удельных нагрузках на крайних витках. Для решения поставленной задачи в пружине, содержащей металлическую основу, на которой сформировано защитное покрытие, согласно изобретению, на концах пружины сформировано защитное покрытие из самофлюсующего сплава толщиной 0,1-1,5 мм, а остальная часть имеет защитное покрытие из пиролитического карбида хрома толщиной 12-50 мкм, при этом покрытие из пиролитического карбида хрома перекрывает покрытие из самофлюсующего сплава. Высокая коррозионная стойкость пружины и удельная нагрузочная способность обеспечены за счет того, что защитное покрытие выполнено на концах пружины из самофлюсующего сплава, а в остальной части - из пиролитического карбида хрома, обладающего не только высокими противокоррозионными свойствами, но и повышенной нагрузочной способностью. Оно выдерживает температуру окружающей рабочей среды 300 С и более и при толщинах 1250 мкм не растрескивается при работе в режиме циклического нагружения. 2 7705 1 2006.02.28 Указанный диапазон толщины установлен исходя из того, что, как показали исследования, при толщине защитного покрытия менее 12 мкм в нем присутствует пористость и не обеспечивается достаточно эффективная защита от коррозии в условиях работы в средах повышенной агрессивности, что приводит к разрушению основы пружины и отслоению покрытия. При толщине покрытия пиролитического карбида хрома свыше 50 мкм, за счет присущей слою пиролитического карбида хрома хрупкости, он не выдерживает циклических нагрузок при работе пружины и, в результате их воздействия, растрескивается и отслаивается, что приводит к коррозии основного металла. Высокая коррозионная стойкость на концах пружины обеспечена за счет того, что на концах пружины выполнено защитное покрытие из самофлюсующего сплава толщиной 0,1-1,5 мм. При нанесении пиролитического карбида хрома концы пружины с покрытием из самофлюсующего сплава используются для крепления пружины. Таким образом, покрытие из самофлюсующихся сплавов на концах пружины позволяет устранить участки,не имеющие защитного слоя, и обеспечить наличие антикоррозийного покрытия на всей поверхности пружины. Слой самофлюсующего сплава толщиной менее 0,1 мм за счет присущей пористости не обеспечивает достаточной защиты от коррозии концов пружины. В то же время при нанесении газопламенным методом слоя самофлюсующего сплава толщиной более 1,5 мм происходит значительный перегрев и потеря упругих свойств витками, прилегающими к концам пружин. На опытных образцах пружин с длиной спирали 33 см (в развернутом виде) и диаметром металлической основы пружины 4 мм установлено, что наиболее эффективная и высокая степень защиты от коррозии на концах пружины достигается при длине покрытия из самофлюсующего сплава 8-15 мм. При длине, меньшей 8 мм, резко усложняются крепление и подвод тока к пружине для ее разогрева перед осаждением пиролитического карбида хрома. При увеличении длины покрытия из самофлюсующего сплава свыше 15 см снижаются его прочностные характеристики при циклическом нагружении. Кроме того,высокая надежность покрытия в целом обеспечивается при формировании покрытий из самофлюсующего сплава и пиролитического хрома со взаимным перекрытием на длине 3-7 мм. При создании перекрытия с равномерным слоем пиролитического карбида хрома слоя самофлюсующего сплава длиной свыше 7 мм усложняются крепление и подвод тока к пружине, при перекрытии менее 3 мм снижается надежность антикоррозийной защиты. На чертеже представлена пружина. На фиг. 1 пружина изображена целиком с защитным покрытием из слоя самофлюсующего сплава 2 по концам пружины и слоя пиролитического карбида хрома 3. На фиг. 2 пружина изображена в разрезе - с конца пружины,на котором пружина содержит металлическую основу 1, защитное покрытие, выполненное из слоя самофлюсующего сплава 2 и слоя пиролитического карбида хрома 3. В процессе циклического нагружения пружины в агрессивной рабочей среде, например концентрированной уксусной кислоте при 300 С, ее металлическое основание 1 полностью защищено слоем пиролитического карбида хрома 3 на длине пружины и слоем самофлюсующего сплава 2 на концах пружины. Создание взаимного перекрытия слоев из самофлюсующего сплава 2 и пиролитического карбида хрома 3 обеспечивает защиту на концах пружины. Полученная пружина имеет высокую коррозионную стойкость в условиях повышенных температур рабочей среды и удельных нагрузок, что может быть эффективно использовано в нефтехимической, легкой промышленности и других отраслях. 7705 1 2006.02.28 Результаты коррозионных испытаний пружины Условия испытаний Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.