Способ повышения износостойкости стальных пресс-форм для формовки изделий из пластмасс

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТИ СТАЛЬНЫХ ПРЕСС-ФОРМ ДЛЯ ФОРМОВКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ПЛАСТМАСС(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(72) Авторы Чигринова Наталья Михайловна Чигринов Виталий Евгеньевич Чигринов Вадим Витальевич Гунько Сергей Мартинович Сидоркин Сергей Васильевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт порошковой металлургии(56)02307631 , 1990.2026890 1, 1995. ЧИГРИНОВА Н.М. и др. Порошковая металлургия. Республиканский межведомственный сборник научных трудов,2004. - Вып. 27. - С. 152-157.2234382 С 2, 2004.2227088 1, 2004.(57) Способ повышения износостойкости стальной пресс-формы для формовки изделий из пластмасс, включающий нанесение на контактную поверхность пресс-формы покрытия,отличающийся тем, что покрытие наносят путем напыления на поверхность прессформы алюминиевого порошка методом активированной электродуговой металлизации и анодного микродугового оксидирования напыленного алюминиевого слоя, при этом соотношение толщин алюминиевого и оксидированного слоев покрытия составляет 101. Изобретение относится к области обработки материалов и может быть использовано для создания защитных износостойких покрытий на сложнопрофильных изделиях широкой номенклатуры, типоразмеров и назначения, изготовленных из любых токопроводящих материалов. Известен способ повышения износостойкости стальных деталей за счет нанесения защитных износостойких и коррозионно-стойких покрытий, в частности, пресс-форм посредством ионно-лучевой обработки поверхности металлов и сплавов. Сущность изобретения состоит в очистке поверхности облучением ионами металла в импульсном режиме,напускании азота с продолжением облучения до определенной дозы при одновременном нанесении покрытия ионами того же металла 1. К недостаткам метода относятся высокие трудоемкость и стоимость обработки, необходимость в специальном оборудовании, ограниченность типоразмеров пресс-форм, пригодных для указанной обработки, малая толщина формируемых покрытий. Известен также способ повышения износостойкости прессового инструмента за счет нанесения защитных износостойких покрытий. Сущность изобретения состоит в том, что поверхность прессового инструмента подвергают полировке, наклепу, наносят слой окисла родия, после чего проводят имплантацию ионов азота или углерода, или бора, причем покрытие наносят толщиной, меньшей глубины проникновения ионов. Перед нанесением покрытия наклеп поверхности проводят выглаживанием 2. 14021 1 2011.02.28 К недостаткам метода относятся очень высокие трудоемкость и стоимость обработки,необходимость в специальном оборудовании, ограниченность типоразмеров пресс-форм,пригодных для указанной обработки, малая толщина формируемых покрытий. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ повышения износостойкости за счет создания на поверхности пресс-формы, контактирующей с обрабатываемым изделием при прессовании, модифицированного слоя, сформированного ионным имплантированием с одновременным вакуумным напылением 3. Пресс-форма отличается тем, что слой образован трехкомнонентным (основной металл обрабатываемого изделия, имплантируемые ионы и напыляемый материал) аморфным сплавом при соблюдении следующей зависимости между количествомионов (плотность ионного тока - мА/см 2) и напыляемым количеством У элемента - металла (скорость напыления - А/сек) 10 (см 2)/(мА/сек)У 250 (см 2)/(мА/сек). К недостаткам данного способа относятся высокие трудоемкость и стоимость обработки, малая толщина модифицированного слоя, недостаточная для существенного продления ресурса пресс-формы, неспособность такого слоя противостоять высоким нагрузкам при прессовании, необходимость в специальном оборудовании, невозможность создания модифицированного слоя на поверхности крупногабаритных пресс-форм. Задачей изобретения является повышение износостойкости и продление срока службы стальных пресс-форм широкой номенклатуры, типоразмеров и назначения за счет создания на поверхности пресс-формы, контактирующей с обрабатываемым изделием при прессовании, модифицированного слоя, сформированного комбинированным методом активированной электродуговой металлизации (АДМ) и анодного микродугового оксидирования (АМДО). Поставленная задача решается в способе повышения износостойкости стальной прессформы для формовки изделий из пластмасс, включающем нанесение на контактную поверхность пресс-формы покрытия. Покрытие наносят путем напыления на поверхность пресс-формы алюминиевого порошка методом активированной электродуговой металлизации и анодного микродугового оксидирования напыленного алюминиевого слоя. При этом соотношение толщин алюминиевого и оксидированного слоев покрытия составляет 101. Сущность изобретения поясняется следующим примером. Пример На лицевую контактную поверхность литьевой, изготовленной из легированной стали 5, пресс-формы с поверхностной твердостью 44-48 , применяемой для штамповки деталей из пластмасс, напылялся алюминиевый порошок АД-0 методом активированной электродуговой металлизации. Для получения вентильного порошкового подслоя использовалась малогабаритная камера сгорания пропано-воздушной смеси оригинальной конструкции с ручным металлизатором АДМ-10 4. Максимальная скорость истечения газовой струи реализовывалась за счет использования сверхзвукового сопла Лаваля. Скоростной напор потока при гиперзвуковой или активированной электродуговой металлизации составлял 23,5104 кг/мс 2,что втрое больше, чем при плазменном напылении. Скорость движения частиц расплавленного металла в потоке около 500 м/с. Это позволило формировать подслой с прочностью сцепления с основным металлом до 60 МПа. Кроме того, в условиях высокоскоростного напыления увеличивается коэффициент сосредоточенности материала в струе, поскольку угол расхождения двухфазных сверхзвуковых струй меньше, чем дозвуковых, и составляет 57. Вследствие этого уменьшается диаметр пятна напыления, возрастает коэффициент использования материала. Ионизация межэлектродного промежутка снижает ток дуги на 1015 при той же производительности, что и у традиционной электрометаллизации. 14021 1 2011.02.28 Полученный буферный алюминиевый подслой имел плотность, соизмеримую с плотностью литого материала. Толщина напыленного порошкового подслоя составляла 250 мкм. Следующим этапом получения модифицированного трехкомпонентного покрытия является микродуговое оксидирование порошкового подслоя. Для этого использовались серийная установка МДО (изготовитель филиал ВНИПТИЭМ, г. Вильнюс) и специально сконструированная оснастка, позволяющая подавать электролит непосредственно в рабочую зону пресс-формы с порошковым подслоем. Такой способ оксидирования позволяет обрабатывать изделия любых форм, типоразмеров и конфигурации. Электролит на основе слабощелочного водного раствора с активирующими процесс добавками под давлением подавался в рабочую зону с порошковым подслоем. Процесс МДО осуществлялся в гальваностатическом режиме при 15 А/дм 2. Продолжительность микродугового оксидирования составляла 20-25 мин. В результате на обрабатываемой поверхности создавалось модифицированное покрытие(фиг. 1)основы- порошковый алюминиевый подслой - оксидная керамика на основе сочетаний износостойких -23, -А 2 О 3 и ряда -содержащих фаз 3, 24,34 (табл. 1). Шероховатость поверхностисоставляла не более 0,32 мкм. Таблица 1 Фазовый состав АМДО-покрытия в модифицированном трехслойном покрытии Фазы в АМДО-покрытии Номера карточек Испытания на износостойкость полученного модифицированного трехслойного покрытия проводились по стандартной методике на машине трения -1 согласно Методическим указаниям РД 50-662-88 в диапазоне давлений, испытываемых исследуемой пресс-формой (120 кг/см 2) (табл. 2 и 3). Испытания производились при температуре 22 С и относительной влажности 60 . 3 14021 1 2011.02.28 Таблица 2 Режимы проведения испытаний Нагрузка , П Скорость , об/мин 1 1200 постоянная 200 Другие рабочие переменные Диск из Ш 15 ( 60), контробразец из ШХ 15 ( 60) Наименование испытательного оборудования, средств измерений машина трения -1 весы ВЛР-200 Регистрация результатов испытаний осуществлялась с помощью системы сбора и обработки данных. Система сбора и обработки данных представляет собой ПЭВМ, на которой установлена многофункциональная аналого-цифровая платафирмы. Полученные данные обработаны программой, позволяющей производить оценку, статистическую обработку, расчет и графическую визуализацию данных. Образцы в виде дисков диаметром 15 мм толщиной 14 мм испытывали при постоянной скорости скольжения 15 об/мин. В большинстве случаев контртелами служили шарики диаметром 10 мм, изготовленные из стали Ш 15 ( 40-45) (фиг. 2). Результаты испытаний на износостойкость пресс-форм из разных сталей с полученным согласно предлагаемому способу покрытием и типовой пресс-формы показали существенное преимущество модифицированной пресс-формы, износостойкость которой по сравнению с типовым изделием возросла более, чем в 10 раз (табл. 4). Таблица 4 Результаты испытаний на износ Износ образца, Износ контртела Марка материала Метод формирования К тр. м/м 10-8 подложки покрытия лунка, мм Сталь 5 АДМАМДО 0,17 0,1675 1,72,1 Сталь 40 АДМАМДО 0,20 0,2133 1,31,5 Сталь 5 без покрытия 1,87 2,1352 0,91,6 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5