Добавил:

fench Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Санкт-Петербургский государственный университет

Предмет:

Детали машин и основы конструирования

Файл:

Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

06.09.2013

Размер:

33 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 4243 / 8543 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 > Следующая >>>

420 Глава 2.9. УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Кислород		Карбид больд>рина
\	/ 1	I г азотом
	/ 1
' z z : :» л к X * * 2	I	••••••••^
' z z : :» л к X * * 2
•• • "* Л X X * =

_/^	Н	/ ^
^	ыцетилем	/ ^	^;
	^;

^;		г;	:fl
-JUU	^	yi
-JUU	^

Рис. 2.9.46. Стадии детонационного напыления:

• заполнение камеры рабочей смесью; б — подача порошка; в — взрыв рабочей смеси и разгон частиц порошка; г — образование покрытия; 1 — деталь, на которую наносят покрытие;

2 — водоохлаждаемый ствол; 3 — камера; 4 — электрический запал

Для материала покрытия используют ме таллы, оксиды, полимеры и другие материа лы, температура плавления которых ниже 3500 К (температура газового пламени). На пыляемый материал может быть в виде по рошка, прутка, проволоки или порошка, спрессованного в гибкий шнур.

Стадии д е т о н а ц и о н н о г о на пыления показаны на рис. 2.9.46. В камеру 3 водоохлаждаемого ствола 2 диаметром 25 мм подается кислород и ацетилен в строго опре деленных количествах. Затем в камеру подает ся порошок напыляемого материала. Газовую смесь, в которой во взвешенном состоянии находится напыляемый порошок, поджигают электрической искрой. В результате взрыва смеси происходит выделение теплоты и обра зуется ударная волна, которая разогревает и разгоняет частицы порошка до сверхзвуковой скорости в направлении упрочняемой по верхности.

После взрыва смеси горючих газов про водится продувка ствола азотом для удаления продуктов горения. Процесс отрегулирован таким образом, что точно повторяется с час тотой 3 — 4 раза в секунду.

Детонационное напыление предназначе но в основном для получения твердых изно состойких покрытий из карбидов, содержа щих небольшие количества металлических связующих, различных окислов и их смесей. За один цикл напыления наносится покрьггие толщиной приблизительно 6 мкм. Толщина покрытия составляет 0,25...0,3 мм. Покрытия, полученные детонационным напылением, обладают высокой плотностью и большой прочностью сцепления с основой. При напы лении температура основы остается низкой и

не превышает 200 °С (при напылении газо пламенной горелкой температура основы со ставляет 260...320 °С). Поэтому основа прак тически не подвергается другим физическим изменениям.

Недостатком детонационного напыления являются значительные шумы, достигающие 140 дБ; поэтому установку следует распола

гать в специальном помещении.
Горелка для в ы с о к о ч а с т о т
н о г о	и н д у к ц и о н н о г о	н а п ы л е
ния	показана на рис. 2.9.47. Помещенный в

индуктор стержень (проволока) нагревается и расплавляется вихревыми токами, возникаю щими под действием переменного магнитного поля, образующегося при прохождении высо кочастотного тока по катушке. Расплавлен ный металл распыляется струей сжатого воз духа и наносится на обрабатываемую поверх ность. При напылении металлов, активно взаимодействующих с кислородом, вместо сжатого воздуха используются инертные газы.

Рис. 2.9.47. Горелка для высокочастотного индукционного напыления

1 — вставка, концентрирующая электромагнитное поле; 2 — индукгор; 3 — напыляемая проволока; 4 — подающие ролики; 5 — направляющая вставка

УПРОЧНЕНИЕ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ПОТОКАМИ ЭНЕРГИИ И ПОЛЯМИ							421
Напыляемая проволока подается в го			Высокая температура		плазменной		струи
релку электрическим приводом со скоростью			(несколько тысяч фадусов) позволяет сравни
46... 120 см/мин. Размер напыляемых частиц,			тельно просто проводить напыление туго
которые образуются при расплавлении прово			плавких металлов, керамики и органических
локи, зависит от давления сжатого воздуха и			материалов. При напылении на поверхность
обычно колеблется в пределах 20... 120 мкм.			детали расплавление и термическая деформа
Выгорание элементов	сплавов, напыляемых		ция основы нежелательны. Этому условию
данным методом, незначительно, а прочность			соответствуют плазменно-струиные горелки
покрытия с основой высокая. Однако произ			(плазменные распылители). Для напыления
водительность при высокочастотном		индук	обьино используют порошок с частицами
ционном напылении невысокая.			размером 40... 100 мкм, проволоку, гибкий
П л а з м е н н о е	н а п ы л е н и е	— это	шнур.
метод нанесения покрытий, в котором для			Так как в качестве рабочего газа исполь
расплавления напыляемого материала исполь			зуется инертный газ, в напыляемом покрытии
зуется низкотемпературная плазма		(рис.	образуется	сравнительно	немного окислов.
2.9.48). Для получения плазмы используют два			Покрытия, полученные методом			плазменного
типа горелок: плазменно-дуговые и плазмен			напыления, обладают высокой плотностью и
но-струиные. В плазменно-дуговой		горелке	хорошим сцеплением с основой. Однако
электрическая дуга горит между анодом-			плазменное	напыление имеет		сравнительно
деталью и катодом, изготовленным из вольф			низкую производительность, сопровождаемую
рама или вольфрамового сплава, содержащего			шумом и сильным ультрафиолетовым излуче
приблизительно 2 % тория. Дугу стабилизиру			нием. К недостаткам этого метода можно
ет закрученный поток рабочего газа, исте			отнести высокую стоимость оборудования и
кающий из сопла горелки. В плазменно-			эксплуатационные затраты.
струйной горелке дуга образуется между			Покрытия, полученные газотермическим
вольфрамовым катодом и анодом, которым			напылением, имеют различные			эксплуатаци
является медное, охлаждаемое водой сопло.			онные свойства, зависящие от напыляемого
Дуговой разряд ионизирует и нагревает			материала. Широкие возможности в этом
до высокой температуры рабочий газ, пода			направлении	обеспечивают	специальные ме
ваемый с закруткой в камеру горелки, кото			таллические порошки композиционные				(табл.
рый вытекает из сопла со скоростью сотни			2.9.28), самофлюсующиеся (табл. 2.9.29), кор
метров в секунду в врще плазменной струи.			розионно-стойкие (табл. 2.9.30) и др.

Рис. 2.9.48. Принципиальная схема установки ддя плазменного напыления:

1 — газ, транспортирующий порошок; 2 — рабочий газ; 3 — охлаждающая вода; 4 — источник электроэнергии; 5 — пульт управления; 6 — порошковый питатель; 7— плазменный распылитель; 8 — плазменная струя; 9 — напыляемое покрытие; 10 — деталь; И — подвод порошка, электроэнергии, рабочего газа, воды

422 Глава 2.9. УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

2.9.28. Композиционные порошки для газотермического напыления покрытий

Индекс	Марка порошка	Химический состав, %	Твердость НВ	Прочность сцепления,
				МПа
К01	ПГ-Ю5Н	Ni + 5,2А1	210	55
К02	ПГ-ЮЮН	Ni + 9AI	170	55
КОЗ	ПГ-ЮНХ15СР2	NiCr5Si3B2 + l,2Al	360	55
К04	ПГ-ЮНХ16СРЗ	NiCr6Si3B3 + 1,2A1	380	55

П р и м е ч а н и е . 1. Размер частиц: 40-100 мкм.

2.Характеристики порошков: экзотермически реагирующие порошки, образующие со единения Ni-Al. Гарантируется регламентированный тепловой эффект и хорошая текучесть через отверстия сопла 1,7...2,5 мм.

3.Области применения: порошки ПГ-Ю5Н и ПГ-ЮЮН используются в качестве подслоя

идля восстановления размеров. Порошки на основе самофлюсующихся сплавов — для созда ния износостойких рабочих слоев в сочетании с коррозионной стойкостью. Широко применя ются для восстановления и упрочнения посадочных мест деталей автотранспорта и судовых механизмов.

4.Способ нанесения покрытий: газопламенное напыление без оплавления, высокочастот ное припекание с добавкой В и Si в пределах 5 %.

2.9.29. Самофлюсующиеся порошковые сплавы для газотермического напыления покрытий

Индекс	Марка			Химический состав, %					Твердость
	порошка	Ni	Си	С	Сг	Si	В	Другие	покрытий
		Ni	Си	С	Сг	Si	В	Другие	HRC
								элементы
В17	ПР*-НСР	Ост.	-	0,15	—	2,4	1,4	Со-0,5 20-25
				max				max
В18	ПР-НХЗСР2	Ост.	—	0,12	2,5	2,5	2,3	—	—
В19	ПР-НХ4СР	Ост.	—	0,45	6,75	3,75	2,85	—	25-30
В20	ПР-НХ7СРЗМД	Ост.	1,75	0,45	0,75	3,75	2,85	Мо-2,2	50-52
В21	ПР-НХ8СРД6	Ост.	6	0,85	8,0	2,25	2,9	Р-0,6	—
В22	ПР-НХ9СР2	Ост.	—	0,3	9,0	3,0	1,6	—	30-35
В23	ПР-НХ12СР2	Ост.	—	0,45	12,0	2,2	2,25	—	36-45
В01	ПР-НХ13СР	Ост.	—	0,3	13,0	2,4	1,5	—	29-34
В24	ПР-НХ13СРЗ	Ост.	—	0,6	13,0	4,0	3,0	—	46-55
В02	ПР-НХ15СР2	Ост.	—	0,47	15,0	3,15	2,0	—	37-42
В25	ПР-НХ16СР2	Ост.	—	0,52	16,5	3,25	2,2	—	42-50
ВОЗ	ПР-НХ16СРЗ	Ост.	—	0,75	16,0	3,2	2,65	—	47-52
В04	ПР-НХ17СР4	Ост.	—	1,0	17,0	4,15	3,55	—	55-59
В05	ПР-НХ18СР4	Ост.	—	1,2	17,5	4,5	4,25	—	60-62
В07	ПР-НХ21СР	Ост.	—	0,42	21,0	4,5	1,15	—	44-50
В06	ПР-НХ25СРЗ	Ост.	—	1,2	25,0	2,7	2,5	—	45-51
В12	ПР-НХ42СР	Ост.	42,5	0,2	—	0,9	1,0	—	200 НВ

УПРОЧНЕНИЕ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ПОТОКАМИ ЭНЕРГИИ И ПОЛЯМИ

423

Продолжение табл. 2.9.29

Индекс	Марка			Химический состав, %					Твердость
	порошка	Ni	Си	С	Сг	Si	В	Другие	покрытий
		Ni	Си	С	Сг	Si	В	Другие	HRC
								элементы
В13	ПР-Д0л8НСР	4,75	бал.	0,5	—	0,85	0,85	Sn-7,5	140 HRB
				max
В26	ПР-ЖХСР	—	0,5	1,15	3,75	2,25	3,65	V-0,75	5 8 - 6 0
			max					Fe-бал.
В27	TIP-HX28M8CP2	Ост.	—	0,12	28,0	1,5	2,2	Мо-8,0	~

* ПР — порошок, распыленный азотом

Пр и м е ч а н и я : 1. Размер частиц порошка: 20—63; 40—100; 90—160; 100—280 мкм и др.

2.Плюсовая фракция — не более 2%.

3.Минусовая фракция — не более 5%.

4.Текучесть, не более 22(25) с/50 г.

5.Область применения: сварка и создание покрытий, стойких против механического из носа и коррозии.

6.Методы нанесения покрытий: газотермическое напыление, наплавка и припекание N1 и NiCr; сплавы используются преимущественно для покрытий на детали из стали и чуруна; NiCu сплавы — для восстановления изделий из чугуна; самофлюсующаяся бронза — для нанесения покрытий и сварки изделий из Си и стали.

2.9.30. Коррозийно-стойкие стали и сплавы для газотермического напыления покрытий

Индекс	Марка			Химический состав, %
Индекс	Марка
	порошка	Fe	Сг	Ni	Си	Мо	Si	Другие
		Fe	Сг	Ni	Си	Мо	Si	Другие
Б01	ПР*»-Х18Н9	Ост.	18	9,5	—	i —	0,8 max	C-0,2max
502	ПР-Х23Н28МДЗ	Ост.	23	28	3	3	0,8 max	Ti-0,7
								C-0,06 max
БОЗ	ПР-Х19Н11М2	Ост.	19	11	—	2,5	0,6 max	Mn-1,5
								C-0,08 max
Б04	ПР-Х19Н9ФС	Ост.	19	9	—	—	1,6	V-2,1
								C-0,1	max
Б06	ПР-Х20Н80	1,0 max	20,5	Ост.	—	—	0,5 max	C-0,1	max
Б07	ПР-Х29Н9М2Б	Ост.	29	8,7	—	2,2	1,0	Nb-0,3
								C-0,12 max
Б08	ПР-Х31Н8М2Б	Ост.	31	8,0	—	2,5	0,6	Nb-0,3
								C-0,14 max
А10	ПР-НЮ5	1,0 max	—	Ост.	-	-	1,0 max	Al-4,7
Ж05	ПВ*2.Х25Ю6	Ост.	24,5	—	—	—	—	Al-6,0
								C-0,2 max
Ж07	ПВ-Х20Ю6И	Ост.	20,5	—	—	—	—	Al-6,0
								Y-0,1

424		Глава 2.9. УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН
						Продолжение табл. 2.9.30
Индекс	Марка			Химический состав, %
	порошка	Fe	Cr	Ni	Cu	Mo	Si	Другие
А01	ПВ-Н70Ю30	0,2 max	—	OCT.	-	—	—	Al-30,5
								C-0,07 max
А02	ПВ-Н85Ю15	0,2 max	—	OCT.	—	—	—	Al-18,5
								C-0,07 max
АОЗ	ПВ-Н55Т45	0,6 max	—	OCT.	—	—	—	Ti-45
								C-0,07 max
А05	ПВ-Т65Ю35	0,2 max	—	Ti OCT.	—	—	—	Al-37,5
								C-0,07 max
А06	ПВ-Н75Ю23В	0,2 max	3	OCT.	W1,0	0,85	Ti0,4	Co-1,0
								C-0,09 max
								Al-23

*^ ПР — порошок, распыленный азотом *2 ПР — порошок, восстановленный гидридом кальция

П р и м е ч а н и я : 1. Размер частиц порошка: 20—63; 45; 40—100; 90—160; 100—200 мкм.

2.Плюсовая фракция — не более 2%.

3.Минусовая фракция — не более 5%.

4.Область применения: для создания износостойких и коррозионно-стойких покрытий на изделия из стали.

б.Методы нанесения покрытий: плазменное напыление, наплавка и припекание с добав кой В и Si в пределах 5%.

Ионно-вакуумное нанесение покрытий

До помещения изделия в вакуумную ка

объединяет методы нанесения покрытий .в

меру подготовляемые к напылению поверхно

вакууме, в образовании которых принимают

сти должны очищаться от загрязнений и

участие ионы формирующих покрытие мате

обезжириваться спиртом, ацетоном, гексаном,

риалов.

бензолом

и др. или

щелочными

растворите

Процесс

ионно-вакуумного нанесения

лями.

покрытий состоит из следующих этапов:

При

ионной

очистке

изделие является

получение в рабочей камере вакуума;

мишенью,

которая

испускает

частицы

под

очистка изделия (подложки) от загряз

действием удара заряженных или нейтраль

нений, адсорбированных газов, окислов;

создание в камере парогазовой среды,

ных частиц тлеющего разряда, энергия кото

содержащей пары материалов (металлов, не

рых должна превышать некоторую величину,

металлов, сплавов) и газы (инертные или ак

называемую пороговой

энергией

распыления

тивные);

£;,(табл. 2.9.31).

осаждение парогазовой среды на по

Наибольшее

для

процесса

распыления

верхность изделия, происходящем в форме

(очистки) значение £*„ по отрицательному

термического напыления (или конденсации).

гютенциалу подложки -5....6 кВ. При больших

Ионы инициируют следующие процес

энергиях процесс

имплантации

будет преоб

сы:

ладать над процессом распыления.

1) низкоэнергетическую

ионную им

Существуют

оптимальные

диапазоны

плантацию;

давлений

для распыления

различных

мате

2) ионное перемешивание материала по

риалов в зависимости от применяемого газа.

крытия;

3) образование покрытия за счет массы

В процессе очистки постоянно проводятся

ионов и нейтральных частиц.

откачка газа в камере вместе с распыленным

Ионная

очистка является

обязательной

материалом подложки и напуск чистого газа.

для вакуумной технологии.

Время очистки 3...10 мин.

Распыляемый материал

Тантал

Вольфрам

Кобальт

Железо

Алюминий

Титан

Хром

Никель

Молибден

УПРОЧНЕНИЕ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ПОТОКАМИ ЭНЕРГИИ И ПОЛЯМИ

425

2.9.31. Пороговая энергия положительньк ионов аргона

Пороговая энергия

^ , э В

исходной твердой фазы вещества в парооб разное состояние осуществляется двумя спо собами: испарения — через жидкую фазу рас плава; распыления — минуя жидкую фазу расплава.

Процесс испарения зависит от электри ческой мощности, подводимой к источнику теплоты (от 0,5 до 200 кВт), температуры и скорости ее достижения (табл. 2.9.32).

20		Для испарения применяют	следующие
		способы нагрева материала:
13		с помощью сопротивления (резистивный
		нагрев) с применением трех типов источни

20		ков : нить накала, лодочка, тигель;
20		высокочастотным индуктором;
		путем электронной бомбардировки (рис.
21		2.9.49.).	способ пе
24		Наиболее распространенный
		ревода вещества в парообразное состояние —
		катодное распыление (рис. 2.9.50). Распыляе
Парогазовая среда получается	путем	мый материал — катод. Второй электрод
		(анод) установлен параллельно мишени на
смешивания газа и паров различных материа		расстоянии в несколько сантиметров. Часто
лов (или их соединений) в вакуумной камере.		анод служит подложкодержателем. Созданное
Потоки пара и газа способны смешиваться в		между электродами электрическое поле вызы
любой пропорции, что определяет разнооб		вает ионизацию газа (обьпно аргона) при
разный состав парогазовой среды.	Перевод	давлении внутри камеры Ю'^...! Па.

2.9.32.Рекомендуемые температуры испарения различных материалов для достижения давления насьнценных паров 1,33 Па

Материал		Температура, "С
	испарения	плавления	кипения
Алюминий	1220	660	2370
Медь	1260	1083	2595
Хром	1400	1845	2508
Никель	1530	1455	2730
Титан	1750	1672	3260
Молибден	2530	2622	4804
Вольфрам	3230	3345	5930
Свинец	715	327	1744
Серебро	1030	960	2212
Золото	1400	1063	2530
Платина	2100	1760	4410
Диоксид кремния	1250	1993	2250
Диоксид алюминия	1800	2320	3250

426	Глава 2.9. УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Одним из способов повышения энергии напыляемых частиц является их ионизация и затем ускорение их в электрическом поле.

Способы получения ионно-вакуумных по крытий из парогазовой среды можно разделить

на две основные группы:

1.Напыление покрытия из парогазовой

среды.

2.Осаждение, использующее конденса цию покрытий из парогазовой среды с допол нительным энергетическим воздействием на составляющие парогазовой среды.

Примеры таких способов:

вакуумно-дуговой (КИБ-конденсации и ионной обработки), ионное распыление с ускорением заряженных частиц, вакуумное

кондесационное напыление с одновременным				Рис. 2.9.49. Схема испарения материалов с
использованием ионных, электронных, лазер				Рис. 2.9.49. Схема испарения материалов с
ных излучений, воздействующих на парогазо				применением электронной бомбардировки:
ных излучений, воздействующих на парогазо				1 — электронная пушка; 2 — электронный луч;
вую среду.				1 — электронная пушка; 2 — электронный луч;
вую среду.						3 — изделие; 4 — тигель
Для каждой группы способов характер						3 — изделие; 4 — тигель
Для каждой группы способов характер
ны свои параметры парогазовой среды:
плотность потока напыляемых частиц N
[изменяется от 10^"* до Ю^"* частиц /(см^ • с )];
энергия напыляемых частиц W (изме
няется от 0,2...0,5 эВ/атом до 10...20 кэВ/ион);
степень ионизации		напыляемых частиц
«и (изменяется от 0,02 до 20...30% и более);
скорость частиц в направлении поверх
ности напыления (до 2000 м/с и более);
угол	расхождения	потока	парогазовой
среды от источника (колеблется в широких
пределах и определяет угловое распределение
частиц, влияющее на неравномерность тол
щины потока).
Плотность и энергия частиц для различ
ных групп ионно-вакуумных способов созда				Рис. 2.9.50. Схема катодного распыления:
ния покрьггий приведены на рис. 2.9.51.				мишень-катод; 2 — подложкодержатель-анод;
Область / — способы создания парогазо						3 — откачная система
вой среды термическим испарением с конден
сацией покрьггий из парогазовой среды.
Область / / — способы ионного распыле
ния с последующим ускорением заряженных						-кг
частиц.				I		-кг
Область III — способы высокоскорост				I
ного распыления с последующей ионизацией				I
частиц и	их ускорением. Одним		из преиму				Ш
ществ способов ионно-вакуумного нанесения							Ш
ществ способов ионно-вакуумного нанесения
покрьггий является хорошая адгезия их к по
верхностям изделия.			влияют со		W
На	адгезионные свойства		влияют со	I10		f	E
вместимость покрытия и основы. Для улуч							E
вместимость покрытия и основы. Для улуч
шения адгезии применяется напыление про						10'^ 10° W' W^ W^ W,3B/amoM
межуточных подслоев, а также создание меж						10'^ 10° W' W^ W^ W,3B/amoM
ду покрытием и основой переходных моди						Энергия напыляемых частиц
фицированных слоев переменного состава и				Рис. 2.9.51. Диаграмма распределения плотности пото
свойств. Чем температура подложки выше				ка частиц и энергаи для различных групп ионно-
(при некоторых способах нанесения может					вакуумных способов создания покрытий

УПРОЧНЕНИЕ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ПОТОКАМИ ЭНЕРГИИ И ПОЛЯМИ

427

достигать сотен градусов Цельсия), тем лучше адгезионные связи покрьггия за счет диффу зии и меньше градиент напряжений между покрытием и основой. Однако чрезмерный нагрев подложки приводит к термическим изменениям, являющимся недопустимым или вредными для работгоспособности изделий (например, из закаленных инструментальных сталей). В этом случае целесообразно приме нять способы ионно-вакуумного осаждения с использованием ионного высокоэнергетиче ского излучения. Нагрев подложки при этом обычно не превышает нескольких десятков градусов.

Равномерность покрьггия по толщине зависит от следующих причин:

остаточного давления в камере; степени ионизации парогазовой среды;

угла расхождения потока парогазовой среды;

формы источника парогазовой среды. Когезионные и механические свойства

покрытий зависят от их структуры, пористо сти и других характеристик. Наилучшие коге зионные свойства у покрытий, сформирован ных из парогазовой среды с высокой ионной составляющей, ускоренной в электрическом поле подложки и производящей за счет этого ионное перемешивание покрытий в процессе их нанесения.

Установки для ионно-вакуумного нане сения покрытий представляют собой относи тельно сложные комплексы, включающие в себя следующие элементы:

вакуумную систему; систему получения парогазовой среды;

систему нанесения покрытий из парога зовой среды;

систему для закрепления и осуществле ния относительного движения подложки и источника образования парогазовой среды;

систему контроля и управления работой установки;

систему электропитания; вспомогательные устройства и приборы. Установки для ионно-вакуумного нане

сения покрытий бывают периодического, полунепрерывного и непрерывного действия. В установках последнего типа изделие (например, стальная полоса, проволока, лен та) непрерывно подается через систему шлю зовых камер в рабочую камеру, где происхо дит нанесение покрьггия, и затем выводится также через систему шлюзов в атмосферу.

Основные модели установок для ионновакуумного нанесения покрытий:

типа УВ: периодического действия с ис парением за счет резистивного нагрева (УВМ66, УВ-59, УВ-67, УВН-2М);

типа УЭ: полунепрерывного или непре рывного действия с электроннолучевым испа рением материала (УЭ-137, УЭ-175);

типа "Булат" — с электродуговым испа рением материала периодического действия (ВУ-1Б, Булат-ЗТ и др.);

типа УВН — периодического действия с различными способами распыления напыляе мого материала (УВН-Р, УВН-75П);

типа ВУП: вакуумный универсальный пост — установки для ионно-вакуумного на несения покрытий прерывистого действия с резистивным или электронно-лучевым испа рением. Основной представитель ВУП-5.

Уп р о ч н е н и е м и к р о д у г о в ы м

ок с и д и р о в а н и е м . Микродуговое оксиди рование (МДО) — метод получения защитных покрытий на имеющих вентильные свойства металлах (алюминии, титане, ниобии, цирко нии и др.) путем их электроплазмохимического окисления.

Принципиальная схема МДО представ лена на рис. 2.9.52. Технологическая установ ка состоит из источника технологического тока (ИТТ) 1 и технологической ванны 2, снабженной системами охлаждения 3 и пере мешивания электролита 4. Деталь помещается в электролит 6 и закрепляется на токоподводной шине 5.

При напряжении свыше 400 В перемен ного (100 В постоянного) и выше тока на поверхности обрабатываемой детали появля ются микродуговые разряды, следствием ко торых является формирование оксидного по крытия. Важным для процесса МДО является электрический режим работы ИТТ. При потенциостатическом режиме (со стабилизиро ванным напряжением) формируются плот ные, мелкодисперсные и газонепроницаемые покрытия. При гальваностатическом режиме (со стабилизированным током) покрытия имеют сквозную пористость, обладают повы шенной толщиной, износостойкостью и теп лоизоляционными свойствами.

Воздух

Рис. 2.9.52. Схема ми1фОдугового оксидирования (МДО)

428	Глава 2.9. УПРОЧНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Основные технологические факторы МДО: состав электролита, плотность тока, напряжение и время обработки.

В качестве электролита используются растворимые в воде соли металлосодержащих кислот, такие как алюминат и титан натрия, кремниевокислый калий, хромат калия, молибдат натрия и др.; можно значительно варьировать характеристики получаемых по крытий и их качество. Основным электроли том для МДО является водный раствор техни ческого жидкого натриевого стекла (ГОСТ 13079-93) с плотностью 1,47-10-^ кг/м^ и мо дулем 2,8. Концентрация жидкого стекла варьируется от 1 до 500 г/л. Введение добавок гидроксидов щелочных металлов (калия, на трия) с концентраций от 1 до 5 г/л способст вует увеличению микротвердости покрытия.

Время обработки (от 15 до 200 мин) вы бирается в зависимости от требуемой толщи ны покрытия, обрабатываемого материала, плотности тока, состава и концентрации электролита.

Плотность тока назначают в диапазоне от 1 до 50 А/дм^ в зависимости от требова ний, предъявляемых к покрытию.

Покрытия, сформированные на алюми ниевой основе, являются наиболее плотными и содержат максимальное количество оксида алюминия (керамики), обладающей универ сальными эксплуатационными свойствами. Лучшей способностью к оксидированию об ладают чистый алюминий и сплавы Д16, Д16Т, АК6, АМг и др. Сплавы других метал лов используются для получения покрытий со специальными свойствами: Ti, Nb — корро зионными, Zr,V — жаростойкими.

МДО-покрытия могут быть нанесены и на стальные детали. В этом случае на упроч няемые поверхности напыляют А1 с после дующим преобразованием его в МДОпокрьггие.

Физико-механические характеристики покрытия МДО-покрытия на основе оксида алюминия.

1. Высокая адгезия покрытия (более

350МПа).

2.Поликристаллическая структура пред ставляет собой композиционный материал, сочетающий относительную пластичность матрицы у-АЬ20з с высокой твердостью встроенных в нее включений а-АЬгОз.

3.МДО-покрытие имеет микротвердость 12-20 ГПа.

4.Износостойкость МДО-покрытий превыщает износостойкость карбида вольф рама (рис. 2.9.53).

5.В отличие от напыленной керамики МДО-покрытие имеет повышенную пластич ность.

6.Упрочненный слой жаростоек, так как представляет собой оплавленную поликри сталлическую структуру оксида алюминия.

7.Толщина МДО-покрытий 50-300 мкм.

8.	Удельное	электросопротивление
2 • 10'4	0мм.

МДО может применяться в различных областях промышленности с целью получения износостойких, коррозионно-стойких, ди электрических, теплостойких, эрозионностойких, химически стойких и декоративных покрытий, в том числе за счет замены цвет ных сплавов, коррозийно-стойких и жаро стойких сталей и других дефицитных мате риалов (табл. 2-9.33).

МДО ^80 \- Покрытия

^^ по

		Fe2B*y^WC^W2C
1б0\-		Хром
^1	Гипс у^КВари		^	я
^1	О		J	I
	8DV-	-ерманийТопаз]<^10
		-ерманийТопаз]<^10
	Кремний		20	2^
	Кремний
		МикротВердость,		ГПа

Рис. 2.9.53. Диаграмма относительной ишосостойкости материалов по отношению к износостойкости оловянно-свинцового сплава.

УПРОЧНЕНИЕ КОНЦЕНТРИРОВАННЫМИ ПОТОКАМИ ЭНЕРГИИ И ПОЛЯМИ

429

2.9.33. Области возможного применения МДО-покрытий

Отрасль промышленности

Изделие

Назначение и

вид покрытия

Автомобилестроение

Поршень и гильза

Теплоизоляционное,

две

износостойкое

Кольца уплотняющие

Износостойкое

Газонефтяная и угольная

Рабочие колеса, втулки, дета

Износостойкое, коррозион

промышленность

ли буровых насосов и запор

но-стойкое

ной арматуры

Электротехника

Детали

электроаппаратуры,

Электроизоляционное,

теп

сварочного оборудования

лостойкое

Радиотехника и электрони

Подложки

изолирующие

Электроизоляционное

ка

слои

Легкая промышленность

Фильеры

прядильных

машин,

Износостойкое

нитеводители чулочных

авто

матов

Медицина

Хирургические инструменты

Коррозионно-стойкое,

изно

состойкое, режущие кромки

Строительство

Декоративно-отделочные

ма

Декоративное

териалы

Энергетика,

машинострое

Лопатки

турбин, формы

для

Износостойкое,

жаростойкое

ние

литья

деталей,

подшипники

Износостойкое,

коррозион

Детали погружных насосов но-стойкое

Рубашки термопар

Теплостойкое

Технологический

процесс

подготовки

упрочнения:

напряженностью

магнитного

детелей перед МДО включает в себя:

поля, количеством импульсов,

продолжитель

механическую

обработку

обрабаты

ностью, амплитудой импульсов.

ваемой поверхности до Ra= 1,25-^3 мкм;

Под действием магнитного поля в ме

2) химическое обезжиривание;

участ

талле происходит образование новых субзе

изоляцию

необрабатываемых

рен, количество которых зависит от размеров

ков.

пластическое

дефор

зерен исходной структуры и величины на

Предварительное

пряженности магнитного поля. Одновременно

мирование поверхности

увеличивает

микро

происходит

уменьшение

поверхностной

твердость покрытия. В этом случае формиру

энергии в субграницах и перераспределение

ются покрытия с повышенным содержанием

дислокационной структуры: часть дислокации

фазы а - AI2O3, имеющей увеличенную мик

равномерно распределяется по объему зерна,

ротвердость и износостойкость. Время обра

а часть скапливается на границах.

ботки уменьшается на 20-30%, по сравнению

Структура упрочненного слоя характери

с обычным МДО.

магнитной

обра

зуется высокой дисперсностью и улучшенны

Упрочнение импульсной

ми эксплуатационными характеристиками.

боткой.

Сущность

импульсного

магнитного

Импульсная магнитная обработка (ИМО)

упрочнения заключается в том, что деталь

наиболее эффективна после термической об

перед обработкой помещают в полость соле

работки стали со структурой мартенсита,

ноида, соединенного с возбудителем импуль

троостита, и мало эффективна для сталей со

сов.

структурой сорбита, зернистого перлита.

Эффект

упрочнения импул^^сной

маг

ботки

Методы

импульсной магнитной

обра

нитной

обработкой

определяется

режимами

материалов различны

как по

своим

<<< < Предыдущая 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 4243 / 8543 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете Детали машин и основы конструирования

#
06.09.20132 Мб103Воробьев Ю.В. и др. - Детали машин [2004].pdf
#
06.09.201322 Мб32Дунаев Конструирование деталей и узлов машин.Дунаев П.pdf
#
06.09.20134 Мб88Физические и материаловедческие основы изнашивания деталей машин.pdf
#
06.09.201327 Мб144Фролов ЭM.Динамика и прочность машин.Теория механизмов и машин.pdf
#
06.09.201333 Мб38Фролов ЭМ.Технология изготовления деталей машин.pdf