способ нанесения покрытий

Формула изобретения

1. СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, включающий формирование на подложке макрорельефа, содержащего углубления, и последующее заполнение углублений материалом покрытия, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности сцепления покрытий с подложкой, после заполнения углублений осуществляют термическую или химико-термическую обработку, сопровождаемую увеличением объема поверхностного слоя подложки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно с осуществлением термической или химико-термической обработки поверхностного слоя подложки проводят термическую или химико-термическую обработку покрытия, т.е. совмещают процессы термической или химико-термической обработки поверхностного слоя и покрытия.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве химико-термической обработки используют насыщение поверхностного слоя подложки по крайней мере одним из компонентов покрытия.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что обработку осуществляют на глубину не более глубины углублений микрорельефа.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нанесения покрытий, в частности газотермического напыления, и может быть использовано в машиностроении.

Известен способ нанесения покрытий с предварительным формированием на подложке углублений типа ласточкина хвоста.

Недостатками известного способа являются трудности в выполнении углублений и заполнении их материалом покрытия.

Ближайшим решением является способ нанесения покрытий, включающий выполнение углублений и заполнение их материалом покрытия. Недостаток прототипа - низкая прочность сцепления покрытий с подложкой.

Цель изобретения - повышение прочности сцепления.

Для этого в способе нанесения покрытий на детали, включающем формирование на подложке макрорельефа, содержащего углубления, и последующее заполнение углублений материалом покрытия, после заполнения углублений осуществляют термическую или химико-термическую обработку, сопровождаемую увеличением объема, поверхностного слоя подложки на глубину не более глубины углублений микрорельефа.

Цель достигается также тем, что одновременно с осуществлением обработки поверхностного слоя подложки проводят обработку покрытия, т.е. совмещают обработки поверхностного слоя подложки и покрытия, а в качестве ХТО используют насыщение подложки по крайней мере одним из компонентов покрытия.

Другими словами, выбирают вид и режим обработки, пригодный как для подложки, так и для покрытия.

Способ осуществляют следующим образом. Подложку готовят обычными методами. Затем на подложке формируют макрорельеф с углублениями. Углубления выполняют механическим методом - резанием или накатыванием, электрохимическим или электрофизическим методами. Глубина углублений составляет от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Форма углублений может быть также различной - канавки прямоугольного, трапецеидального, круглого, треугольного профилей, различные виды резьбы, насечки, глухие отверстия. Затем заполняют углубления материалом покрытия, например напылением. Необходимо обеспечивать достаточно плотное заполнение углублений. Одновременно с заполнением углублений или после этого покрытие может быть нанесено на остальные участки поверхности подложки. В других случаях покрытие наносят только в углубления. После заполнения углублений до или после нанесения покрытия на остальные участки подложки осуществляют обработку поверхностного слоя подложки. Такой обработкой, в зависимости от материала подложки, может быть поверхностная закалка, цементация, азотирование, борирование, силицирование, оксидирование, алитирование, комбинированные процессы и пр.

Принципиальным моментом в выборе вида обработки является увеличение объема поверхностного слоя в результате обработки. При этом происходит увеличение линейных размеров поверхностных слоев подложки, что обусловливает изменение геометрии углублений, заполненных материалом покрытий. В результате форма углублений, по крайней мере в их верхней части, приближается к ласточкину хвосту и защемляет материал покрытия, обеспечивая повышение прочности сцепления.

Также принципиальной является глубина обработки. Если глубина обработки не превышает глубины углублений, то реализуются оптимальные условия сжатия углублений и защемления покрытий. При большей глубине обработке уменьшается изменение формы углублений и снижается эффект повышения прочности сцепления.

Если ХТО проводят после нанесения покрытия на всю поверхность, то покрытие, нанесенное на остальные участки поверхности, кроме углублений, должно обладать достаточной пористостью для обеспечения доступа к поверхности насыщающего компонента.

Особый интерес представляет насыщение поверхностного слоя по крайней мере одним из компонентов покрытия. В этом случае снимается требование по пористости покрытия.

Обработка для этого случая представляет собой диффузионный отжиг. Отдельные составы покрытий автоматически содержат компоненты, которые можно использовать для насыщения поверхностного слоя. В других случаях такие компоненты вводят в состав покрытия специально в виде смеси с другими компонентами или наносят их в виде самостоятельного слоя на подложку или на слой покрытия, или чередуя слои насыщающих компонентов и слои собственно покрытия. Все эти приемы обеспечивают расширение технологических возможностей.

Другим приемом, направленным на расширение технологических возможностей и повышение свойств покрытий, является выбор материала покрытия, наносимого в углубления и на остальные участки поверхности. В некоторых случаях в этом плане целесообразно заполнять одним материалом, а на остальные участки наносить другой материал.

Этим же целям служит совмещение обработок поверхностного слоя и покрытия. Если в процессе обработки обрабатывается и покрытие, то этим обеспечивается повышение таких свойств покрытия, как твердость, плотность, износостойкость и др. Поскольку поверхностный слой и покрытие состоят из различных материалов, то виды и режимы их обработок различны. Предлагаемое совмещение обработок предполагает в тех случаях, когда это возможно, выбор вида и режима обработки, пригодного как для поверхностного слоя, так и для покрытия. Например, если по изобретению для обработки поверхностного слоя пригодны цементация, азотирование и борирование, а для покрытия пригодно только борирование, то следует выбирать борирование.

Изобретение допускает также применение для поверхностного слоя и покрытия различных видов ХТО. Например, насыщающая среда может содержать азот и бор. В определенных условиях при обработке такой средой происходит азотирование поверхностного слоя и борирование покрытия. Совмещение обработок подложки и покрытия можно обеспечить также следующим приемом: непосредственно на подложку наносят слой компонента, насыщающего поверхностный слой, а на покрытие - слой компонента, диффундирующего в покрытие. При этом во время диффузионного отжига происходит обработка как поверхностного слоя, так и покрытия.

Следует отметить, что изобретение, помимо указанного в формуле, обеспечивает следующий положительный эффект:

повышение коррозионной стойкости и жаростойкости, обусловленное созданием под покрытием стойкого подслоя, например, алитированием;

повышение эксплуатационных характеристик покрытия за счет того, что под покрытием формируют упрочненный поверхностный слой, обеспечивающий плавный переход свойств от покрытия к подложке, повышение эксплуатационных характеристик поверхностного слоя, упрочненного термической или химикотермической обработками за счет разделения этого слоя на отдельные небольшие элементы углублениями макрорельефа. Так как поверхностный слой представляет собой отдельные элементы, то его можно насытить на большую глубину или ввести большее количество насышающих элементов без его разрушения с соответствующим повышением эксплуатационных характеристик.

Примеры осуществления изобретения.

П р и м е р 1. (Прототип). На стальном образце в виде параллелепипеда выполняют углубления в виде канавок прямоугольного профиля сечением 2,5х2,5 мм. Углубление заполняют электродуговой металлизацией сталью. Прочность сцепления определяют по клеевой методике на образцах длиной 10 мм. Получено 2,3 кг/мм².

П р и м е р 2. То же, что в примере 1, только после заполнения углублений производят закалку в воде, совмещая обработку поверхностного слоя и покрытия. Глубину обработки изменяют, варьируя режимом закалки - временем охлаждения в воде и температурой последней. Глубину обработки определяют металлографически.

Для глубин обработки 0,9; 1,4; 1,8; 2,5 мм прочность сцепления более 3,0 кг/мм² (разрыв по клею). При глубине обработки 2,8 мм прочность сцепления 2,7 кг/мм².

П р и м е р 3. На стальном образце выполняют углубления (канавки) с профилем в виде трапеции, обращенной большим основанием (3 мм) вверх.

Длина меньшего основания 1,5 мм, глубина углублений 2 мм. Покрытие - никель. Обработка - цементация с использованием электролитного нагрева на глубине 0,3 мм. Прочность сцепления 2,0 кг/мм², после обработки - более 3,0 кг/мм².

П р и м е р 4. В стальном образце выполняют углубление в виде цилиндрических отверстий диаметром 3 мм с длиной цилиндрической части 1,5 мм. Отверстия заполняют металлизацией сталью. Сверху из псевдосплава алюминий-железо. Обработка диффузионный отжиг, результатом которого является алитирование поверхностного слоя на глубину 0,7 мм. До обработки прочность сцепления 1,6 кг/мм², после обработки - более 3 кг/мм².

Таким образом, изобретение обеспечивает заметное повышение прочности сцепления покрытий с подложкой.