способ воздушно-плазменного напыления
Классы МПК: | C23C4/04 характеризуемые материалом покрытия |
Автор(ы): | Аганаев Ю.П., Доржиев В.Б. |
Патентообладатель(и): | Восточно-Сибирский государственный технологический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-08-28 публикация патента:
20.06.1998 |
Изобретение может быть использовано для упрочнения и восстановления деталей машин и технологического оборудования. Способ включает предварительную обработку напыляемой присадки, при которой вводятся раскислители и элементы, обеспечивающие концентрационное переохлаждение межзеренной жидкости в соотношениях, обеспечивающих протекание самоподдерживающегося процесса метаморфизации структуры напыленного слоя и дегазации жидкой фазы, что позволяет повысить сцепление напыленного слоя с основой и уменьшить пористость покрытия. 2 ил., 1 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Способ воздушного-плазменного напыления, включающий напыление порошка и формирование покрытия при определенных условиях, отличающийся тем, что в напыляемый порошок путем предварительной обработки вводят раскислители и элементы для концентрационного переохлаждения межзеренной жидкости, при этом исходное содержание раскислителя должно быть меньше произведения эвтектической концентрации и коэффициента распределения компонента в твердой и жидких фазах, а значение коэффициента раскислителя должно быть больше, чем у элемента, обеспечивающего концентрационное переохлаждение и меньше, чем у компонента порошка, реагирующего с воздухом с выделением газообразных продуктов.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для восстановления и упрочнения деталей машин и технологического оборудования. Известен способ плазменного напыления, где в качестве плазмообразующего газа используют воздух (см. тезисы докладов Российской научно-технической конференции "Новые материалы и технология", М., 1994). Однако данный способ не обеспечивает требуемые эксплуатационные свойства, так как мало сцепление покрытия с основным металлом и велика пористость напыленного слоя, что свидетельствует о том, что присадочный порошок интенсивно окисляется и покрытие недостаточное время находится в жидком или твердо-жидком состоянии с тем, чтобы закончилось газовыделение. Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому способу является способ воздушно-плазменного напыления металлических покрытий, включающий напыление порошка и формирование покрытия при определенных условиях, предотвращающих их окисление (авт. св. СССР N 1835865, C 23 C 4/00, 10.04.96). Однако в данном способе не предусмотрено введение в напыляемый материал раскислителей и элементов для концентрационного переохлаждения межзеренной жидкости, что не обеспечивает условия протекания зернограничного плавления напыляемого слоя и, соответственно, влияет на метаморфизацию структуры и качество покрытия. Таким образом, задача, решаемая в изобретении, заключается в обеспечении зернограничного плавления поверхностного слоя покрытия за счет локального тепловыделения и метаморфизации структуры. Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в способе воздушно-плазменного напыления, включающем напыление порошка и формирование покрытия при определенных условиях, согласно изобретению в напыляемый порошок путем предварительной обработки дополнительно вводят раскислители и элементы для концентрационного переохлаждения межзеренной жидкости, при этом исходное содержание раскислителя должно быть меньше произведения эвтектической концентрации и коэффициента разделения компонента в твердой и жидких фазах, а значение коэффициента распределения раскислителя должно быть больше, чем у элемента, обеспечивающего концентрационное переохлаждение, и меньше, чем у компонента порошка, реагирующего с воздухом с выделением газообразных продуктов. Достижение обеспечиваемого изобретением технического результата стало возможным потому, что в процессе кристаллизации в силу различия растворимости компонентов сплава в твердой и жидкой фазах концентрация раскислителя и окисла в межзеренной жидкости к моменту окончания затвердевания многократно возрастает. Это локализует реакцию раскисления и, соответственно, тепловыделение в межзеренной жидкости, увеличивает время пребывания сплава в твердо-жидком состоянии, способствуя тем самым газовыделению и метаморфизации структуры покрытия. Метаморфизация структуры обусловлена тем, что различие в уровнях свободной энергии зерен, связанное с их размерами и кристаллографической ориентацией, вызывает рост одних зерен за счет других. Введение компонентов, вызывающих концентрационное переохлаждение межзеренной жидкости, выделение скрытой теплоты кристаллизации и реакции раскисления приводит к возникновению самоподдерживающего процесса, направленного на изменение положения границ зерен и их перекристаллизацию. Предлагаемый способ обеспечивает зернограничное плавление поверхностного слоя покрытия при локальном выделении тепла в межзеренной жидкости и метаморфизацию структуры, что и является задачей, решаемой изобретением. Именно предлагаемый способ в совокупности с известными техническими решениями обеспечивает повышение эксплуатационных свойств покрытия. Это позволяет сделать вывод о том, что предлагаемый способ образует единый изобретательский замысел. Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что из уровня техники не известны технические решения, содержащие совокупность признаков, сходных или эквивалентых заявляемому. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критериям "новизна" и "изобретательский уровень". На фиг. 1 представлена диаграмма состояния и процесс кристаллизации сплава с концентрацией C0 < KCЭ; на фиг. 2 - распределение температур в жидкой фазе между двумя зернами. На фиг. 1: AD - линия ликвидус, AB - линия равновесного солидуса, AB" - линия неравновесного солидуса, B"B - линия неравновесного эвтектического превращения, BD - линия равновесного эвтектического превращения, CE - точка предельной растворимости растворенного компонента в равновесных условиях, CE" - то же самое в неравновесных условиях, Cэ - эвтектическая концентрация растворенного компонента, C0 - исходная концентрация растворенного компонента в сплаве. На фиг. 2: x - ось координат, перпендикулярная поверхности растущего зерна, x0 - расстояние между поверхностями растущего и исчезающего зерна, k - коэффициент распределения. СL - концентрация растворенного компонента в жидкой фазе, TL - равновесная температура ликвидус, Tф - фактическая температура жидкой фазы, Tе - температура термодинамического равновесия твердой и жидкой фаз,![способ воздушно-плазменного напыления, патент № 2113536](/images/patents/358/2113003/931.gif)
![способ воздушно-плазменного напыления, патент № 2113536](/images/patents/358/2113001/916.gif)
![способ воздушно-плазменного напыления, патент № 2113536](/images/patents/358/2113003/931.gif)
![способ воздушно-плазменного напыления, патент № 2113536](/images/patents/358/2113003/931.gif)
![способ воздушно-плазменного напыления, патент № 2113536](/images/patents/358/2113003/931.gif)
увеличение номенклатуры упрочняемых и восстанавливаемых деталей,
снижение энергозатрат при получении покрытия за счет локализации выделения тепла в поверхностном слое,
повышение эксплуатационных свойств покрытия за счет направленного изменения структуры поверхностного слоя,
стабилизация геометрии и свойств покрытия.
Класс C23C4/04 характеризуемые материалом покрытия