EA036011B1 - Способ получения износостойкого покрытия на металлической детали узла трения скольжения - Google Patents
Способ получения износостойкого покрытия на металлической детали узла трения скольжения Download PDFInfo
- Publication number
- EA036011B1 EA036011B1 EA201800400A EA201800400A EA036011B1 EA 036011 B1 EA036011 B1 EA 036011B1 EA 201800400 A EA201800400 A EA 201800400A EA 201800400 A EA201800400 A EA 201800400A EA 036011 B1 EA036011 B1 EA 036011B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- wire
- steel
- sliding friction
- nitrogen
- metal part
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 16
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 4
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 28
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims abstract description 12
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 7
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 claims description 10
- 238000000151 deposition Methods 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 26
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 13
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 description 11
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 8
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 3
- -1 nitrogen ions Chemical class 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 2
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 2
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 2
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- PWKWDCOTNGQLID-UHFFFAOYSA-N [N].[Ar] Chemical compound [N].[Ar] PWKWDCOTNGQLID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003082 abrasive agent Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000003831 antifriction material Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 1
- 230000005495 cold plasma Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
- C23C4/06—Metallic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
- C23C4/129—Flame spraying
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/18—After-treatment
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Coating By Spraying Or Casting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к технологии изготовления деталей триботехнического назначения и, в частности, деталей узлов трения скольжения, эксплуатирующихся при повышенных удельных нагрузках. Задачей изобретения является повышение антифрикционных свойств и расширение области использования имплантированных азотом стальных газотермических покрытий. Способ получения износостойкого покрытия на металлической детали узла трения скольжения состоит из распыления расплавленного в электрической дуге материала проволок высокоскоростной струей продуктов сгорания пропано-воздушной смеси, послойное осаждение распыленных частиц на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку сформированного покрытия и последующую ионную имплантацию азотом, согласно изобретению в качестве материала одной проволоки выбирают сталь с содержанием хрома не менее 10 об.%, в качестве материала второй проволоки выбирают антифрикционный сплав на основе меди, при этом вторую проволоку выбирают с диаметром D, определяемым в зависимости от условий эксплуатации узла трения скольжения, из выражения D=kD, где D- диаметр стальной проволоки, k - коэффициент состава, который принимают при эксплуатации металлической детали в условиях сухого трения в присутствии абразива k=(0,64-0,80), а в условиях граничного трения k=(1,20-1,56). Заявляемый способ позволяет повысить антифрикционные свойства и расширить области использования имплантированных азотом стальных газотермических покрытий.
Description
Изобретение относится к технологии изготовления деталей триботехнического назначения и, в частности, деталей узлов трения скольжения, эксплуатирующихся при повышенных удельных нагрузках.
Может быть использовано при изготовлении элементов подшипников и опор скольжения, сферических и цилиндрических сочленений, применяемых в сельхозмашиностроении, станкостроении, металлургической промышленности.
Одним из наиболее эффективных путей решения задачи обеспечения требуемой износостойкости и антифрикционных показателей деталей трущихся сопряжений является формирование на их рабочих поверхностях покрытий с необходимым комплексом физико-механических характеристик.
Известен способ получения износостойкого покрытия на металлической детали узла трения скольжения [1], заключающийся в формировании газотермическим напылением металлических порошков слоя требуемым размером на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку слоя и его последующее упрочнение путем термообработки.
Недостатком известного способа являются относительно невысокие значения физико-механических свойств напыляемых покрытий, поскольку указанная термообработка используется в основном для повышения плотности и адгезии покрытий. Использование упрочняющих режимов термообработки (закалка) невозможно из-за необходимости нагрева детали до высоких температур (более 1000 К) и резкого охлаждения, что приведет к отрыву слоя от основы. Покрытия, полученные термообработкой напыленных металлических слоев по данному способу, нельзя использовать для защиты деталей, работающих в контакте с абразивосодержащими средами, вследствие их низкой износостойкости.
Известен способ получения износостойких стальных покрытий [2], включающий формирование струи нагретых частиц путем распыления нагретой до плавления стальной проволоки, осаждение частиц в виде слоя на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку слоя и его последующее упрочнение химико-термической обработкой.
Недостатком данного способа является необходимость использования высоких температур, при которых осуществляется процесс химико-термической обработки (от 900 до 1200 К), что приводит к отслоению покрытий, возникающему из-за большой разности значений коэффициентов термического расширения основы и слоя. Даже при использовании стального порошка, напыленного на деталь из стали того же состава, коэффициент термического расширения слоя и основы отличается на 20-25%. Это объясняется наличием в слое большого количества оксидов и структурными особенностями напыленных материалов. Кроме того, использование дорогих металлических порошков для формирования слоя под последующую химико-термическую обработку экономически нецелесообразно.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ получения стальных износостойких покрытий [3], принятый за прототип, включающий формирование струи частиц, полученных путем распыления нагретой до плавления стальной проволоки, осаждение частиц в виде высокоплотного слоя на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку слоя и его упрочнение путем ионно-лучевой имплантации азотом.
Недостатком использования данного способа в узлах трения скольжения, несмотря на высокую износостойкость, являются его низкие антифрикционные показатели (высокий коэффициент трения азотированных слоев) и длительный период приработки покрытия.
Задачей изобретения является повышение антифрикционных свойств и расширение области использования имплантированных азотом стальных газотермических покрытий.
Для решения поставленной задачи в способе получения износостойкого покрытия на металлической детали узла трения скольжения, включающем распыление расплавленного в электрической дуге материала проволок высокоскоростной струей продуктов сгорания пропано-воздушной смеси, послойное осаждение распыленных частиц на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку сформированного покрытия и последующую ионную имплантацию азотом, согласно изобретению в качестве материала одной проволоки выбирают сталь с содержанием хрома не менее 10 об.%, в качестве материала второй проволоки выбирают антифрикционный сплав на основе меди, при этом вторую проволоку выбирают с диаметром D2, определяемым в зависимости от условий эксплуатации узла трения скольжения, из выражения
D2=k-D1, где D1 - диаметр стальной проволоки;
k - коэффициент состава, который принимают при эксплуатации металлической детали в условиях сухого трения в присутствии абразива k=(0,64-0,80), а в условиях граничного трения k=(1,20-1,56).
В заявляемом способе для обеспечения высоких антифрикционных показателей (низкий коэффициент трения при небольших значениях интенсивности изнашивания) деталей узлов трения скольжения, эксплуатирующихся при повышенных удельных нагрузках, предусматривается формирование поверхностного слоя, включающего участки из высокотвердого материала (азотированной стали) и участки из антифрикционного материала (сплав на основе меди), то есть создается покрытие из т.н. псевдосплава. При этом можно использовать не только ионно-лучевое азотирование, как в прототипе, но и ионноплазменное азотирование.
Ионно-плазменное азотирование - химико-термический процесс в импульсной холодной плазме
- 1 036011 тлеющего разряда в газовой азотосодержащей среде. Суть процесса заключается в том, что ионы азота ускоряются электрическим полем, бомбардируют поверхность детали и, таким образом, создают условия для активной диффузии атомарного азота в кристаллическую решетку металла и формирования азотированного слоя с повышенной твердостью [4]. Ионно-лучевое азотирование предусматривает применение ионных пучков высокой плотности. Ускоренные ионы азота имеют энергию, существенно превышающую энергию межатомного взаимодействия в твердых телах, что позволяет при сравнительно кратковременном облучении достигать сверхвысокую концентрацию азота в поверхностных слоях [4] и синтезировать в них метастабильные фазы и химические соединения.
Экспериментальные исследования осуществлялись на оборудования для гиперзвуковой металлизации конструкции ОИМ НАН Беларуси. Для формирования высокоскоростной струи использовалась пропано-воздушная смесь стехиометрического состава, продукты горения которой истекали из камеры через сопло Лаваля, обеспечивая скорость частиц распыленных проволок 370-390 м/с. В качестве материала стальной проволоки использовались стали 4ОХ9НС2, 15x5м, 4ОХ1ОС2М, 08X13, 40X13. Диаметр стальных проволок - 1,5-2,6 мм. Материал второй проволоки - бронза БрОЦС5-5-4,5. В экспериментах использовалась бронзовая проволока диаметром от 1,6 до 2,8 мм.
Для ионно-плазменной обработки (ИПО) использовалась экспериментальная установка с цилиндрической рабочей камерой диаметром 450 и длиной 500 мм. Рабочий диапазон давлений газа в камере составлял 0,1-10 Ра. Источник электронов с плазменным катодом, установленный на верхнем фланце камеры, генерировал электронный пучок круглого сечения площадью 100 см2. В экспериментах использовалась азотно-аргоновая смесь, причем аргон напускался через полый катод, азот подавался непосредственно в камеру. Соотношение потоков Ar:N2 составляло 1:1. Для зажигания использовался вспомогательный разряд в электродной системе типа обращенный магнетрон, плазма которого обеспечивала зажигание тлеющего разряда. Напряжение горения составляло 40 V при токе 20 А и потоке газа через полый катод 80 см3/мин. Температура ионно-плазменного азотирования составляла 720 К.
Ионно-лучевая обработка (ИЛО) осуществлялась на экспериментальной установке с помощью ионного источника с замкнутым дрейфом электронов. Источник генерировал азотный пучок ленточного типа длиной 120 мм и шириной 2,5 мм. Для однородного распределения ионного пучка по обрабатываемой поверхности применялась система механического сканирования узла крепления образцов, которая обеспечивала равномерность дозы облучения не менее 93%. Имплантация проводилась в течение 2 ч при энергии ионов 1-3 кэВ и плотности ионного тока 2 мА/см2, что обеспечивало суммарную дозу падающих ионов ~3-109 см-2. Температура образцов в процессе ионно-лучевой обработки составляла 630-700 К.
В табл. 1 приведены микротвердость и толщина азотированных слоев, полученных используемыми методами на покрытиях из используемых стальных проволок. Диапазон толщин и микротвердости дан для максимальных значений ионно-лучевой и ионно-плазменной обработок. Анализ результатов показал, что максимальной микротвердостью и толщиной обладают слои, полученные после имплантации азотом покрытий, сформированных распылением проволок из сталей с содержанием хрома более 10%.
Таблица 1
Свойства азотированных слоев на покрытиях из различных сталей
| Материал проволок | 15Х5М | 40Х9НС2 | 40Х10С2М | 08X13 | 40X13 |
| Среднее содержание хрома, % | 4,5 | 9,2 | 10,1 | 12,8 | 12,9 |
| Толщина слоя, мкм | 10-25 | 15-25 | 30-60 | 30-65 | 35-70 |
| Микротвердость, МПа | 8300- 8700 | 8400 - 8800 | 9400- 9600 | 9500- 9800 | 9600- 10000 |
Повышенные физико-механические свойства упрочненных ионами азота слоев на покрытиях из хромсодержащих сталей объясняются следующими причинами:
меньшим количеством оксидов в напыленных покрытиях из хромсодержащих сталей, причем количество оксидов обратно пропорционально количеству хрома;
легированностью ε- и γ'-нитридных фаз хромом, приводящей к увеличению их твердости, износостойкости и пластичности;
высокой растворимостью азота в легированной хромом матричной α-фазе сталей, обеспечивающей реализацию механизма объемной диффузии имплантируемой примеси, а также образованию зоны внутреннего азотирования;
выделением в азотированном слое высокопрочных нитридов хрома CrN.
Сравнительные триботехнические испытания модифицированных ионами азота напыленных слоев проводились на трибометре АТВП в режиме сухого трения с присутствием абразива (частицы SiO2 размером менее 10 мкм) и в режиме граничного трения (фитильная подача смазки 10W40) по схеме возвратно-поступательного движения контактирующих тел при удельной нагрузке 1,5 МПа и средней ско- 2 036011 рости взаимного перемещения 0,1 м/с. Интенсивность изнашивания определялась методом искусственных баз по отпечаткам пирамиды на твердомере Виккерса. Результаты испытаний приведены в табл. 2.
Таблица 2
Состав покрытий и их интенсивность изнашивания______
| N п/ п | Диаметр стальной проволоки D1, мм | Диаметр бронзовой проволоки D2, мм | Величина коэффициента к (k = D2/D0 | Условия трения | Интенсивность изнашивания, мкм/км |
| 1 | 2,6 | 1,6 | 0,62 | Сухое трение + абразивная пыль | 22,3 |
| 2 | 2,5 | 1,6 | 0,64 | -«- | 17,1 |
| 3 | 2,4 | 1,6 | 0,67 | -«- | 16,7 |
| 4 | 2,2 | 1,6 | 0,73 | -«- | 16,9 |
| 5 | 2,0 | 1,6 | 0,80 | -«- | 17.3 |
| 6 | 2,2 | 1,8 | 0,82 | -«- | 22,7 |
| 7 | 1,8 | 1,6 | 0,89 | -«- | 23,2 |
| 8 | 2,0 | 2,0 | 1,00 | -«- | 24,1 |
| 9 | 1,8 | 1,6 | 0,89 | Граничное трение | 0,64 |
| 10 | 2,0 | 2,0 | 1,00 | -«- | 0,49 |
| 11 | 2,0 | 2,4 | 1,20 | -«- | 0,44 |
| 12 | 1,8 | 2,2 | 1,22 | -«- | 0.42 |
| 13 | 2,0 | 2,5 | 1,25 | -«- | 0,43 |
| 14 | 1,8 | 2,4 | 1,33 | -«- | 0.46 |
| 15 | 1,6 | 2,4 | 1,50 | -«- | 0,47 |
| 16 | 1,6 | 2,5 | 1,56 | -«- | 0,47 |
| 17 | 1,5 | 2,5 | 1,67 | -«- | 0,68 |
| 18 | 1,6 | 2,8 | 1,75 | -«- | 0,77 |
В результате испытаний установлено, что наиболее высокую износостойкость имеют модифицированные покрытия, полученные напылением проволок при следующем соотношении диаметров: в условиях сухого трения в присутствии абразива k=D2/D1=0,64-0,80, а в условиях граничного трения k=D2/D1=1,0-1,56, где k - коэффициент состава.
Пример реализации способа.
1. Восстановлению - упрочнению подвергались пальцы диаметром 32 мм створок загрузочного устройства шаровой однокамерной мельницы помола цемента типа YX12(VS) производства КНР. Условия работы поверхностей пальцев - трение скольжения в присутствии абразивной пыли. Материал - сталь 40. Контртело - стальная проушина, внутренняя рабочая поверхность которой закалена до твердости 48-52 HRC.
Первую партию пальцев в количестве 4 шт. восстанавливали по заявляемому способу. С целью удаления жировых загрязнений и масел с поверхности пальцев их обезжиривали и мыли в моечных ваннах, а затем подготавливали под напыление рабочую поверхность струйно-абразивной обработкой дробленой чугунной крошкой ДЧК 1,8 455 ГОСТ 11964-81 с размером частиц 1,0-1,8 мм. Режимы обработки: давление сжатого воздуха -0,55-0,65 МПа; расход воздуха 3,0-3,5 м3/мин; расстояние от среза сопла до поверхности пальца - 50-70 мм; угол наклона струи абразива к поверхности - 70-90°. Нанесение покрытия осуществляли на установке для гиперзвуковой металлизации АДМ-10, одновременным распылением расплавленных материалов проволоки из стали 40X13 диаметром D1=2,2 мм и проволоки из бронзы БрОФ10 диаметром D2=1,6 мм, k=0,73, так как пальцы эксплуатируются в условиях сухого трения, высокоскоростной струей продуктов сгорания пропано-воздушной смеси и послойным осаждением частиц на предварительно подготовленную поверхность детали. Толщина покрытия 1,1-1,2 мм. Контроль за толщиной покрытия осуществляют с помощью толщиномера типа Elcometer 435 Statistics.
Обработку покрытий осуществляли шлифованием кругом КЗ зернистостью М40, твердостью СМ1СТ1 и следующими режимами: скорость круга 28-30 м/с; поперечная подача 0,016-0,006 мм/дв.ход (0,016 при предварительном шлифовании; 0,006 - при чистовом). Ионно-лучевое азотирование осуществляли при температуре 770 К, плотности ионного пучка 2 мА/см2, дозе облучения 3х1019 ион/см2, продолжительность - 100 мин. Толщина азотированного слоя, определенная на боковом срезе рабочей поверхности пальцев, составила 32-40 мкм.
Вторую партию пальцев в количестве 4 шт. восстанавливали по способу-прототипу, для чего наносили покрытие распылением проволоки марки 20X13, последующее шлифование и ионно-лучевое азотирование. После механической обработки и азотирования (режимы аналогичны ранее использованным для первой партии) были получены покрытия с азотированными слоями толщиной 25-35 мкм.
Сравнительные испытания в условиях подконтрольной эксплуатации в течение 120 смен показали,
- 3 036011 что интенсивность изнашивания элементов узла трения палец-проушина с пальцами, восстановленных по предлагаемой технологии более чем в 1,4 раза ниже, чем у восстановленных по известному способу.
2. Восстановлению - упрочнению подвергались изношенные сегменты трехсегментной радиальной тяжелонагруженной опоры скольжения машины направленного бурения МНБ-50. Изношенные сегменты были выполнены из бронзы БрАЖ9-4. Условия работы - граничное трение (масло И-Г-А-46) при высоких удельных нагрузках (до 100 МПа). Контртело - сталь 30ХГСА, термообработанная до твердости 49-54 HRC.
Первую партию в количестве 3-х сегментов восстанавливали по заявляемому способу. Подготовку поверхности осуществляли по технологии, описанной в предыдущем примере. Нанесение покрытия осуществляли на установке для гиперзвуковой металлизации АДМ-10 одновременным распылением расплавленных материалов проволоки из стали 40X13 диаметром D1=1,8 мм и проволоки бронзы БрОФ10 диаметром D2=2,2 мм, k=1,22, так как сегменты эксплуатируются в условиях граничного трения, высокоскоростной струей продуктов сгорания пропано-воздушной смеси и послойным осаждением частиц на предварительно подготовленную поверхность детали. Толщина покрытия 1,5-1,7 мм. Механическую обработку покрытия и ионно-лучевое азотирование осуществляли на режимах, описанных в предыдущем примере.
Вторую партию сегментов в количестве 3 шт. восстанавливали по способу-прототипу, для чего наносили покрытие распылением проволоки марки 20X13, последующее шлифование и ионно-лучевое азотирование.
Сравнительные испытания восстановленных сегментов и новых сегментов из бронзы БрАЖ9-4 в условиях подконтрольной эксплуатации в течение 340 ч показали следующее.
Сегменты, восстановленные по заявляемому способу, имели износостойкость в 1,6-1,7 раза выше, чем новые из бронзы. Сегменты, восстановленные по способу-прототипу, вышли из строя в результате схватывания после 22-40 ч эксплуатации.
Таким образом, заявляемый способ позволяет повысить антифрикционные свойства и расширить области использования имплантированных азотом стальных газотермических покрытий.
Источники информации.
1. Петров Г.К. Свойства и характеристики износостойких напыленных и термообработанных воздушно-плазменных покрытий// Газотермическое напыление в промышленности. ГТНП-93. - СПб., 1993. с. 92-96.
2. Хасуй А. Техника напыления. - М.: Машиностроение, 1975. - с. 15, 51, 71, 79-81, 194.
3. Патент РБ № 9465, кл. С23С 4/18, опубл. 30.09.2004 г.
4. Белый, А.В. Инженерия поверхностей конструкционных материалов концентрированными потоками ионов азота/ А.В. Белый, В.А. Кукареко, А. Патеюк. - Минск: Белорусская наука, 2007. - 244 с.
Claims (3)
- ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ1. Способ получения износостойкого покрытия на металлической детали узла трения скольжения, включающий распыление расплавленного в электрической дуге материала проволок высокоскоростной струей продуктов сгорания пропано-воздушной смеси, послойное осаждение частиц на предварительно подготовленную поверхность детали, механическую обработку сформированного покрытия и последующую ионную имплантацию азотом, отличающийся тем, что в качестве материала одной проволоки выбирают сталь с содержанием хрома не менее 10 об.%, в качестве материала второй проволоки выбирают антифрикционный сплав на основе меди, при этом вторую проволоку выбирают с диаметром D2, из выражения D2=k’D1, где Di - диаметр стальной проволоки;k - коэффициент, выбираемый в зависимости от условий эксплуатации узла трения скольжения.
- 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при эксплуатации металлической детали в условиях сухого трения в присутствии абразива k=(0,64-0,80).
- 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при эксплуатации металлической детали в условиях граничного трения k=(1,0-1,56).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800400A EA036011B1 (ru) | 2018-06-13 | 2018-06-13 | Способ получения износостойкого покрытия на металлической детали узла трения скольжения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201800400A EA036011B1 (ru) | 2018-06-13 | 2018-06-13 | Способ получения износостойкого покрытия на металлической детали узла трения скольжения |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201800400A1 EA201800400A1 (ru) | 2019-12-30 |
| EA036011B1 true EA036011B1 (ru) | 2020-09-14 |
Family
ID=69061848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201800400A EA036011B1 (ru) | 2018-06-13 | 2018-06-13 | Способ получения износостойкого покрытия на металлической детали узла трения скольжения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| EA (1) | EA036011B1 (ru) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5268045A (en) * | 1992-05-29 | 1993-12-07 | John F. Wolpert | Method for providing metallurgically bonded thermally sprayed coatings |
| WO2001032948A1 (de) * | 1999-10-29 | 2001-05-10 | Man B & W Diesel A/S | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von mit wenigstens einer gleitfläche versehenen maschinenteilen |
-
2018
- 2018-06-13 EA EA201800400A patent/EA036011B1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5268045A (en) * | 1992-05-29 | 1993-12-07 | John F. Wolpert | Method for providing metallurgically bonded thermally sprayed coatings |
| WO2001032948A1 (de) * | 1999-10-29 | 2001-05-10 | Man B & W Diesel A/S | Verfahren und vorrichtung zur herstellung von mit wenigstens einer gleitfläche versehenen maschinenteilen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201800400A1 (ru) | 2019-12-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4873150A (en) | High water-resistant member, and valve gear using the same for use in internal combustion engine | |
| Karamiş | An investigation of the properties and wear behaviour of plasma-nitrided hot-working steel (H13) | |
| Yang et al. | Effects of diamond size on the deposition characteristic and tribological behavior of diamond/Ni60 composite coating prepared by supersonic laser deposition | |
| Hajare et al. | Comparative study of wear behaviour of Thermal Spray HVOF coating on 304 SS | |
| Christy et al. | Influence of graphite and polytetrafluoroethylene dispersions on mechanical, abrasive, and erosive wear performance of thermal spray coatings | |
| Tian et al. | Influence of Ni and Cr on the high-temperature wear resistance of FeNiCrAl coatings | |
| Natarajan et al. | Influence of heat treatment on the tool life while machining SLM Inconel 718 with reference to C&W Inconel 718 | |
| Riofano et al. | Improved wear resistance of P/M tool steel alloy with different vanadium contents after ion nitriding | |
| Zhao et al. | Wear behavior of electron beam remelting modified Ni/WC thermal spray coatings | |
| Volchuk et al. | Application of new plasma coatings for restoration of the surface of material | |
| Ke et al. | Effect of Vanadium on Microstructure and Mechanical Properties of M2 High‐Speed Steel Prepared by Laser Metal Direct Deposition Forming | |
| US7964239B2 (en) | Bearing material coated slide member and method for manufacturing the same | |
| Akao et al. | Surface modification of cold-working die steel by electron beam irradiation–formation of cemented carbide composite layer | |
| EA036011B1 (ru) | Способ получения износостойкого покрытия на металлической детали узла трения скольжения | |
| Kuhlenkötter et al. | Investigation of compaction by ring rolling on thermal sprayed coatings | |
| Shi et al. | Enhanced wear resistance and wettability of 20Cr2Ni4A steel by supersonic fine particle bombardment treatment | |
| Barlak et al. | Changes of tribological properties of Inconel 600 after ion implantation process | |
| Alisin et al. | The restoration of the friction surfaces by laser cladding | |
| Meruyert | Impact of aluminum content upon the microstructure of Ni-Cr-Al gradient coatings | |
| Nagabhushana et al. | Erosion studies of plasma-sprayed NiCrBSi, Mo and flyash cenosphere coating | |
| JP2001027222A (ja) | 耐ピッチング性に優れた転動部材およびその製造方法 | |
| Garcin et al. | Development of metal-ceramic-lubricant composite coatings obtained by cold spray for tribological applications in the automotive industry | |
| RU2273670C1 (ru) | Способ термомагнитной обработки изделий из инструментальной быстрорежущей стали | |
| Grigorchik et al. | Obtaining Wear-Resistant Coatings Based on Titanium Nitride by the Method of Hypersonic Metallization | |
| Singh et al. | A REVIEW ON THE ROLE OF BURNISHING TECHNIQUES ON COMBATING SOLID PARTICLE EROSION OF THERMAL SPRAY COATINGS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ KZ KG TJ TM RU |