Способ получения покрытий

(57) Сущность изобретения: на подложку миния или его сплавов наносят никелевый тонационным методом, затем осуществл тронно-лучевую обработку при ускоряюще женин 30 кВ, скорости сканирования 200 токе пучка 15-30 мА 3 зл ф-лы,1 табл. митет Российской Федерации патентам и товарным знакам(71) Алтайский государственный универси(73) Плотников Владимир Александрович(54 СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИ из алюслой деяют эпекм напрямм/мин, 2002854Изобретение относится к машиностроение. в частности к технологии получения защитных покрытий.Известен способ электронно-лучевого наплавления износостойких порошков, предварительно нанесенных на поверхность подложки, например й - 15 ат. А 1,Недостатком способа является невозможность регулирования фазового состава покрытия, существования напряжений 1 рода на границе раздела покрытие - подложка, приводящих к появлению трещин и отслоению проплавленного слоя.Известен также споссб получения износостойких покрытий на подложках из чистого алюминия путем электронно-лучевой переплавки поверхности с предварительно нанесенными слоями меди, никеля, железа или кремния.Этот способ, взятый за прототип, не позволяет регулировать фазовый состав покрытия из-за случайного выбора параметров электронно-лучевой обработки, определяемых лишь необходимостью переплава поверхности и насыщения расплава легирующими элементами.Цель изобретейия - повышение качества синтезируемого покрытия путем Формирования заданного Фазового состава, а значит и физико-механических свойств,Поставленная цель достигается тем, что на подложку, материал которой является активной компонентой реакции, наносится детонационным способом вторая компонента, а синтез покрытия и формирования диффузной эоны осуществляется инициированием и поддержанием реакции термосинтеза с помощью электронно-лучевой обработки. Плотность энергии электронного луча должна быть достаточной для подплавления . подложки на глубину, определяемую количеством вещества подложки, необходимого для образования фаз соответствующего стехиометрического состава.Способ осуществляется следующим образом.Выбор порошковой компоненты, наносимой на подложку, осуществляется исходя из условия химического взаимодействия ее с материалом подложки с образованием продукта, обладающего необходимым набором физико-механических свойств, например низкой теплопроводностью и высокой жаропрочностью. Для подложки из алюминия и его сплавов такими компонентами могут быть порошок никеля, титана, железа и др., так как продукты реакции, например й 1 зА Й 1 А, Т 1 А 1 и др. как раз и удовлетворя ют заданным условиям эксплуатации покрытия,Нанесение выбранного порошка проводят детонационным методом с помощью де 5 тонационной пушки. Использованиедетонационного нанесения исходной компоненты позволяет хорошо дозировать ееколичество на поверхности детали (образца). Такое дозирование нанесения исходной100 компоненты определяет энергетические параметры и последующей тепловой обработки поверхности с помощью электронноголуча для инициирования и поддержания реакции термосинтеза.15 В качестве теплового источника используется электронно-лучевая пушка, позволяющая получить пучок электронов нужнойплотности энергии, легко регулировать параметры пучка (ток пучка, диаметр пучка).20 Изменяя параметры пучка, проводятплавление обрабатываемой поверхности на такую глубину, чтобы в зависимости отколичества предварительно нанесеннойкомпоненты получить нужный стехиометри 25 ческий состав синтезируемого покрытия,Например, для подложки из алюминия и его 30 3540455055 сплавов с предварительно нанесенным на поверхность никелем можно сформировать покрытия с преимущественным содержанием одной из Фаз й 12 А 1, ИА 1, %ЗА. Участие элементов подложки в реакции обязательно, так как приводит к образованию обширной диффузионной зоны, что улучшает адгезионные свойства покрытия.П р и м е р 1, На поверхность алюмини евого сплава АКс помощью детонационной пушки наносился слой никеля толщиной0,45 мм. Затем поверхность образца была обработана электронным пучком, имеющимследующие параметры: ток пучка 50 мА, ускоряющее напряжение ЗО кВ. скорость сканирования 200 ммlмин. После электрон но-лучевой обработки проводилось измерение толщины слоя покрытия, ширины диффузной зоны, фазового состава и микротвердости.Микроструктура покрытия представляет смесь интерметаллических фаз Й 1 А, Й 12 А 1 з, а -твердого раствора Ю в А 1. Наибольшая концентрация интерметаллидов наблюдается вблизи поверхности образца, по мере удаления от поверхности концентрация их падает. Четко выраженного слоя покрытия не обнаруживается. Это связаносо значительным количеством алюминия,участвовавшего в реакции термосинтеза,Твердость около поверхности равна Н,Результаты измерения приведены в таблице.2002854 40 П р и м е р 2. На поверхность алюминиевого сплава АКдетонационным методом нанесен слой никеля толщиной 0,45 мм. Обработка поверхности проводилась электронным пучком 30 мА при ускоряющем напряжении 30 кВ. Скорость сканирования 200 мм/мин. После электронно-лучевой обработки проводилось измерение толщины слоя покрытия. ширина диффузной зоны, фазового состава и микротвердости. Результаты измерений приведены в таблице. Основной фазой покрытия является фаза М 2 Аз твердость покрытия Н р = 450 кг/мм .П р и м е р 3, После детонационного нанесения на поверхность сплава АКслоя никеля толщиной 0,45 мм образец был обработан пучком электронов с параметрами: ток 20 мА, ускоряющее напряжение 30 кВ, скорость сканирования 200 мм/мин. Результаты измерения свойств покрытия приведены в таблице. Основной фазой покрытия является ЙА 1, микротвердость покрытия Н й = 450 кг/мм .П р и м е р 4. Предварительное нанесение никеля осуществляется так же, как и в примерах 1-3. Обработку поверхности проводили электронным пучком с параметрами: ток пучка 15 мА, ускоряющее напряжение 30 кВ, скорость сканирования 200 ммlмин. Данные измерения структуры и свойств покрытия приведены в таблице, Основной фазой покрытия является фаза йзА микротвердость покрытия Н р - 950 кг мм,П р и м е р 5. После предварительного нанесения никеля обработку поверхности проводят пучком с параметрами: ток пучка 10 мА, ускоряющее напряжение 30 кВ, скорость сканирования 200 мм/мин, 8 результате такой обработки происходит переплавтолько слоя никеля, при этом алюминий в5 реакции не участвует,Таким образом, для осуществления способа получения покрытий на алюминии иего сплавах требуется провести выбор наносимого порошка из условия вступления в10 реакцию соединения с материалом подложки, нанести дозированное количество порошковой компоненты детонационнымпутем на подложку (толщина около 0,4 мм),провести синтез материала покрытия путем15 обработки электронным пучком с параметрами; для получения преимущественно фазы й 2 А 3. 0 = 30 КВ,= 30 мА. Чекан = 200мм/мин; для получения преимущественнофазы ЮА - О = 30 кВ,= 20 мА, Чскан = 200мм/мин; для получения преимущественнофазы ЮЭА О = 30 кВ,= 15 мА Чская = 200мм/мин (толщина предварительно нанесенного никеля во всех случаях около 0,45 мм),При осуществлении операций, перечис 25 ленных выше, формируются покрытия с обширной диффузионной зоной спреобладанием одной из фаз, обладающейнужными эксплуатационными свойствами,Полученные фазы характеризуются высокой30 жаропрочностью, механической прочностью, высокой адг.;зией и могут эксплуатироваться в сложных условияхтермомеханического нагружения двигателей внутреннего сгорания и др.35 (56) Поболь И.Л. Электронно-лучевые термообработки металлических материалов. - сб,2002854 Составитель И. ПойменоваТехред М.Моргентал Корректор С. Юско Редактор Тираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 3219 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Формула изобретения1, СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, включающий нанесение на подложку из алюминия или его сплавов никелевого слоя и электронно-лучевую обработку, отличающийся тем, что, с целью повышения качества покрытий зэ счет получения элюминида никеля заданного состава, нанесение никелевого слоя проводят детонационным методом, а электронно-лучевую обработку осуществляют при ускоряющем напряжении 30 кВ, скорости сканирования 200 им/мин и токе пучка 15-30 мА. 2. Способ по п.1, отличающийся тем.что, с целью получения покрытий с алюминидом никеля ЙА 1, электронно-лучевую обработку проводят при токе пучка 20 мА.3, Способ по п.1, отличающийся тем,что, с целью получения покрытия с алюминидом никеля М 2 А 1 з, электронно-лучевую обработку проводят при токе пучка 30 мА.10 4. Способ по п.1, отличающийся тем,что, с целью получения покрытия с алюминидом никеля Йз А 1, электронно-лучевую обработку проводят при токе пучка 15 мА.