RU2165484C1 - Thin-layer ceramic coat: method of making such coat; friction surface on base of thin-layer ceramic coat and method of making such surface - Google Patents
Thin-layer ceramic coat: method of making such coat; friction surface on base of thin-layer ceramic coat and method of making such surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2165484C1 RU2165484C1 RU2000101025/02A RU2000101025A RU2165484C1 RU 2165484 C1 RU2165484 C1 RU 2165484C1 RU 2000101025/02 A RU2000101025/02 A RU 2000101025/02A RU 2000101025 A RU2000101025 A RU 2000101025A RU 2165484 C1 RU2165484 C1 RU 2165484C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alpha
- friction surface
- thin
- friction
- layer ceramic
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D15/00—Electrolytic or electrophoretic production of coatings containing embedded materials, e.g. particles, whiskers, wires
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
- C25D11/02—Anodisation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
- F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
- F16C33/043—Sliding surface consisting mainly of ceramics, cermets or hard carbon, e.g. diamond like carbon [DLC]
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
- F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
- F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
- F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
- F16C33/12—Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing
Abstract
Description
Изобретение относится к области техники, касающейся тонкослойных керамических покрытий на основе и их нанесения электролитическим методом, а более конкретно к получению на поверхности металлов износостойких покрытий методом микродугового оксидирования, и может быть использовано в машиностроении, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. The invention relates to the field of technology relating to thin-layer ceramic coatings based on and applying them by the electrolytic method, and more particularly to the production of wear-resistant coatings on the surface of metals by microarc oxidation, and can be used in mechanical engineering, chemical and oil refining industries.
Из существующего уровня техники известен способ получения тонкослойного керамического покрытия, заключающийся в том, что в электролит в виде водного раствора щелочи с добавлением силиката щелочного металла погружают обрабатываемый материал, являющийся одним электродом, и второй электрод, подключают электроды к источнику питания и проводят оксидирование с определенными параметрами тока и в течение определенного времени с получением тонкослойного керамического покрытия с заданными параметрами (см. авторское свидетельство СССР N 1200591, С 25 D 11/02, 1989 г.). The prior art method for producing a thin-layer ceramic coating is known, which consists in immersing the processed material, which is one electrode, in an electrolyte in the form of an aqueous alkali solution with the addition of alkali metal silicate, and the second electrode, connecting the electrodes to the power source and conducting oxidation with certain current parameters and for a certain time to obtain a thin-layer ceramic coating with specified parameters (see USSR author's certificate N 1200591, C 25 D 11/02, 1989).
Наиболее близким аналогом, техническим решением, выбранным за прототип для всех четырех объектов изобретения по данной заявке, является тонкослойное керамическое покрытие и способ его получения, а также поверхность трения, образованная этим тонкослойным керамическим покрытием, и, соответственно, способ, которым указанная поверхность трения получена, по патенту Российской Федерации N 2086713, МПК6 C 25 D 11/02, 15/00, 1995 г.The closest analogue, the technical solution chosen for the prototype for all four objects of the invention according to this application, is a thin-layer ceramic coating and the method for its preparation, as well as the friction surface formed by this thin-layer ceramic coating, and, accordingly, the method by which the specified friction surface is obtained , according to the patent of the Russian Federation N 2086713, IPC 6 C 25 D 11/02, 15/00, 1995
Тонкослойное керамическое покрытие для первого объекта изобретения в прототипе характеризуется наличием кристаллов альфа-Al2O3, имеющих нитевидную форму и находящихся в мелкокристаллической матрице гамма-Al2O3 и муллита 3Al2O3 · 2SiO2.The thin-layer ceramic coating for the first object of the invention in the prototype is characterized by the presence of alpha-Al 2 O 3 crystals having a filamentary shape and located in a fine-crystalline matrix of gamma-Al 2 O 3 and mullite 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 .
Способ получения тонкослойного керамического покрытия для второго объекта изобретения в прототипе характеризуется тем, что в электролит в виде водного раствора щелочи с концентрацией 1-6 г/л с добавлением жидкого стекла и смеси порошков, состоящую из SiO2 и Al2O3 дисперсностью 1-10 мкм в концентрации 0,5-2,0 г/л, погружают обрабатываемый материал в виде содержащей алюминий металлической композиции, включающей медь в количестве 4%-10%, являющийся одним электродом, и второй электрод из электролитически нерастворимого металла, подключают электроды к источнику питания и проводят оксидирование в анодно-катодном режиме в течение определенного времени.The method of producing a thin-layer ceramic coating for the second object of the invention in the prototype is characterized in that the electrolyte in the form of an aqueous alkali solution with a concentration of 1-6 g / l with the addition of liquid glass and a mixture of powders, consisting of SiO 2 and Al 2 O 3 dispersion 1- 10 μm in a concentration of 0.5-2.0 g / l, immerse the processed material in the form of aluminum-containing metal composition, including copper in the amount of 4% -10%, which is one electrode, and a second electrode of electrolytically insoluble metal, connect the electrodes to power source and conduct oxidation in the anode-cathode mode for a certain time.
Поверхность трения на основе тонкослойного керамического покрытия для третьего объекта изобретения в прототипе характеризуется наличием кристаллов альфа-Al2O3, имеющих нитевидную форму, находящихся в мелкокристаллической матрице гамма-Al2O3 и муллита 3Al2O3·2SiO2 и выходящих непосредственно на поверхность трения и образующих ее.The friction surface based on a thin-layer ceramic coating for the third object of the invention in the prototype is characterized by the presence of alpha-Al 2 O 3 crystals having a filamentary shape, located in the gamma-Al 2 O 3 fine crystalline matrix and 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 mullite and directly facing friction surface and forming it.
Способ получения поверхности трения на основе тонкослойного керамического покрытия для четвертого объекта изобретения, состоящего из кристаллов альфа-Al2O3, имеющих нитевидную форму, находящихся в мелкокристаллической матрице гамма-Al2O3 и муллита 3Al2O3 · 2SiO2, заключается в том, что покрытие обрабатывают до получения заданных износостойких характеристик.A method of obtaining a friction surface based on a thin-layer ceramic coating for the fourth object of the invention, consisting of alpha-Al 2 O 3 crystals having a filamentary shape, located in a fine-crystalline matrix of gamma-Al 2 O 3 and 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 mullite, the fact that the coating is processed to obtain the specified wear-resistant characteristics.
Получению требуемого технического результата в известных тонкослойных керамических покрытиях для первого объекта изобретения и в известных поверхностях трения на основе тонкослойного керамического покрытия для третьего объекта изобретения препятствует низкая критическая нагрузка растрескивания под действием ударных нагрузок, что не позволяет в мелкокристаллической структуре известных покрытий ограничить распространение трещин и предотвратить разрушение покрытия. Подобным же образом термическая стойкость керамики, армированной нитевидными кристаллами, намного выше термической стойкости неармированной. Износостойкость в результате трения анализируемых поверхностей трения также недостаточна. The desired technical result in known thin-layer ceramic coatings for the first object of the invention and in known friction surfaces based on a thin-layer ceramic coating for the third object of the invention is prevented by the low critical cracking load under impact loads, which prevents crack propagation in the fine-crystalline structure of known coatings and prevents destruction of the coating. Similarly, the thermal stability of whisker-reinforced ceramics is much higher than the thermal stability of unreinforced. Wear resistance due to friction of the analyzed friction surfaces is also insufficient.
Получению требуемого технического результата в известном способе получения тонкослойного керамического покрытия для второго объекта изобретения препятствует недостаточная эффективность достигаемой степени регулирования анодно-катодного режима, особенностью которого является наличие двух типов разрядов, возникающих как при положительной, так и при отрицательной полярности импульсов напряжения, а также из-за выбранных параметров и процентного соотношения определенных химических веществ как в составе оксидируемого металла, так и в составе электролита. The required technical result in the known method for producing a thin-layer ceramic coating for the second object of the invention is hindered by the insufficient efficiency of the degree of regulation of the anode-cathode mode achieved, the peculiarity of which is the presence of two types of discharges arising from both positive and negative polarity of voltage pulses, as well as from - for the selected parameters and the percentage of certain chemicals both in the composition of the oxidized metal and in the composition of the electrolyte.
Получению требуемого технического результата в известном способе получения поверхности трения на основе тонкослойного керамического покрытия для четвертого объекта изобретения препятствует несоответствие подбора прочности абразивного материала, прочности нитевидных кристаллов альфа-Al2O3 и прочности связующей их подложки из мелкокристаллической матрицы.The desired technical result in the known method for producing a friction surface based on a thin-layer ceramic coating for the fourth object of the invention is prevented by the mismatch between the strength of the abrasive material, the strength of alpha-Al 2 O 3 whiskers, and the strength of the substrate connecting them from a fine crystalline matrix.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение для всех четырех его объектов - это получение материала высокой износостойкости с покрытием на основе тонкослойной керамики на поверхности оксидируемого материала, образующим высокопрочную поверхность трения. The problem to which the claimed invention is directed for all four of its objects is to obtain a material of high wear resistance with a coating based on thin-layer ceramics on the surface of an oxidizable material, forming a high-strength friction surface.
Технический результат, получаемый от использования данного изобретения во всех четырех его объектах - это повышение микротвердости и трещиностойкости покрытия и поверхности трения на его основе, повышение критической нагрузки растрескивания под действием ударных нагрузок, позволяющей в мелкокристаллической структуре ограничить распространение трещин и предотвратить разрушение покрытия, повышение износостойкости покрытия и образованной на ее основе поверхности трения. Заявленные способ получения тонкослойного керамического покрытия и способ получения поверхности трения на основе тонкослойного керамического покрытия также направлены на достижение заявленных технических результатов. The technical result obtained from the use of this invention in all four of its objects is to increase the microhardness and crack resistance of the coating and the friction surface based on it, increase the critical cracking load under the influence of impact loads, which allows to limit crack propagation in the fine-crystalline structure and prevent coating destruction, and increase wear resistance coating and the friction surface formed on its basis. The claimed method for producing a thin-layer ceramic coating and the method for producing a friction surface based on a thin-layer ceramic coating are also aimed at achieving the claimed technical results.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается по первому объекту изобретения тем, что в тонкослойном керамическом покрытии, состоящем из кристаллов альфа-Al2O3, имеющих нитевидную форму и находящихся в мелкокристаллической матрице гамма-Al2O3 и муллита 3Al2O3 · 2SiO2, согласно изобретению нитевидные кристаллы альфа-Al2O3 состоят из чередующихся дугообразных и спиралевидных участков, взаимно переплетаются между собой и расплетаются с образованием на участках переплетения жгутов, формируя, таким образом, в мелкокристаллической матрице пространственный каркас тонкослойного керамического покрытия из нитевидных кристаллов альфа-Al2O3, характеризующегося интенсивностью изнашивания I = 10-10-10-12, коэффициентом трения f = 0,010-0,035, микротвердостью H = 15-19 ГПа и критической нагрузкой растрескивания P = 2,7-3,5 н.The problem is solved, and the technical result is achieved according to the first object of the invention by the fact that in a thin-layer ceramic coating consisting of alpha-Al 2 O 3 crystals having a filamentary shape and located in a fine-crystalline gamma-Al 2 O 3 matrix and 3Al 2 O 3 mullite · 2SiO 2 , according to the invention, alpha-Al 2 O 3 whiskers consist of alternating arched and spiral sections, are intertwined and intertwined with the formation of bundles in the interlacing sites, thus forming into a fine crystal a spatial matrix of a thin-layer ceramic coating of alpha-Al 2 O 3 whiskers characterized by a wear rate of I = 10 -10 -10 -12 , a friction coefficient of f = 0.010-0.035, a microhardness of H = 15-19 GPa and a critical cracking load P = 2.7-3.5 n
Поставленная задача решается, а технический результат достигается по второму объекту изобретения тем, что в способе получения тонкослойного керамического покрытия, заключающемся в том, что в электролит в виде водного раствора щелочи с концентрацией 1-6 г/л с добавлением жидкого стекла и смеси порошков, состоящую из SiO2 и Al2O3 дисперсностью 1-10 мкм в концентрации 0,5-2,0 г/л, погружают обрабатываемый материал в виде содержащей алюминий металлической композиции, включающей медь в количестве 4%-10%, являющийся одним электродом, и второй электрод из электролитически нерастворимого металла, подключают электроды к источнику питания и проводят оксидирование в анодно-катодном режиме, согласно изобретению концентрацию жидкого стекла в электролите выбирают в диапазоне 5-10 г/л, смесь порошков из SiO2 и Al2O3 выбирают в соотношении 70% SiO2 и 30% Al2O3, а обработку в анодно-катодном режиме ведут при соотношении величин катодного и анодного токов Ic/Ia = 1,0-1,15 в течение 90-240 мин.The problem is solved, and the technical result is achieved according to the second object of the invention in that in the method for producing a thin-layer ceramic coating, which consists in the fact that the electrolyte is in the form of an aqueous alkali solution with a concentration of 1-6 g / l with the addition of liquid glass and a mixture of powders, consisting of SiO 2 and Al 2 O 3 with a particle size of 1-10 μm at a concentration of 0.5-2.0 g / l, immerse the processed material in the form of an aluminum-containing metal composition including copper in an amount of 4% -10%, which is one electrode , and the second electrode from electrolytically insoluble metal, connect the electrodes to a power source and carry out oxidation in the anode-cathode mode, according to the invention, the concentration of liquid glass in the electrolyte is selected in the range of 5-10 g / l, a mixture of powders of SiO 2 and Al 2 O 3 is selected in a ratio of 70% SiO 2 and 30% Al 2 O 3 , and processing in the anodic-cathodic mode is carried out at a ratio of cathodic and anodic currents I c / I a = 1.0-1.15 for 90-240 minutes.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается по третьему объекту изобретения тем, что в поверхности трения на основе тонкослойного керамического покрытия, состоящего из кристаллов альфа-Al2O3, имеющих нитевидную форму, находящихся в мелкокристаллической матрице гамма-Al2O3 и муллита 3Al2O3 · 2SiO2 и выходящих непосредственно на поверхность трения и образующих ее, согласно изобретению поверхность трения образована свободными концами нитевидных кристаллов альфа-Al2O3, выходящих непосредственно за пределы мелкокристаллической матрицы гамма-Al2O3 и муллита 3Al2O3 · SiO2, образующей подложку поверхности трения, противоположные концы которых расположены в мелкокристаллической матрице, причем свободные концы нитевидных кристаллов альфа-Al2O3 размещены по поверхности трения с образованием псевдовязкого слоя по поверхности, исключающего контакт в паре поверхностей трения непосредственное с их подложкой.The problem is solved, and the technical result is achieved according to the third object of the invention by the fact that in the friction surface based on a thin-layer ceramic coating consisting of alpha-Al 2 O 3 crystals having a filiform shape, located in the gamma-Al 2 O 3 and mullite fine crystalline matrix 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 and directly extending to the friction surface and forming it, according to the invention, the friction surface is formed by the free ends of alpha-Al 2 O 3 whiskers extending directly outside the fine crystal of the matrix of gamma-Al 2 O 3 and mullite 3Al 2 O 3 · SiO 2 forming a substrate of a friction surface, the opposite ends of which are located in a fine-crystalline matrix, the free ends of whiskers of alpha-Al 2 O 3 being placed on the friction surface with the formation of a pseudoviscous layer on a surface that excludes contact in a pair of friction surfaces directly with their substrate.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается по четвертому объекту изобретения тем, что в способе получения поверхности трения на основе тонкослойного керамического покрытия, состоящего из кристаллов альфа-Al2O3, имеющих нитевидную форму, находящихся в мелкокристаллической матрице гамма-Al2O3 и муллита 3Al2O3 · 2SiO2, заключающийся в том, что покрытие обрабатывают до получения заданных износостойких характеристик, согласно изобретению обработку покрытия ведут с использованием абразива, прочность которого выше прочности подложки поверхности трения, образованной мелкокристаллической матрицей гамма-Al2O3 и муллита 3Al2O3 · 2SiO2, но ниже прочности нитевидных кристаллов альфа-Al2O3, при этом обработку ведут до высвобождения концов нитевидных кристаллов альфа-Al2O3 из взаимосвязи с подложкой до получения на поверхности трения псевдовязкого слоя, образованного свободными концами нитевидных кристаллов альфа-Al2O3 по поверхности, исключающего контакт в паре поверхностей трения непосредственно с их подложкой.The problem is solved, and the technical result is achieved according to the fourth object of the invention in that in a method for producing a friction surface based on a thin-layer ceramic coating consisting of alpha-Al 2 O 3 crystals having a whisker shape located in a gamma-Al 2 O 3 fine crystalline matrix and mullite 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 , namely, that the coating is treated to obtain the desired wear-resistant characteristics, according to the invention, the coating is treated using an abrasive, the strength of which is higher than the substrate surface of the friction surface formed by the gamma-Al 2 O 3 small crystalline matrix and 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 mullite matrix, but lower than the strength of alpha-Al 2 O 3 whiskers, while the treatment is carried out until the ends of alpha-Al 2 O whiskers are released 3 from the relationship with the substrate until a pseudo-viscous layer is formed on the friction surface formed by the free ends of alpha-Al 2 O 3 whiskers over the surface, which excludes contact of a pair of friction surfaces directly with their substrate.
Изобретение по первым двум объектам иллюстрируется следующим образом. The invention of the first two objects is illustrated as follows.
В электролит в виде водного раствора щелочи с концентрацией 1-6 г/л и жидкого стекла с концентрацией 4-6 г/л добавляют порошок, состоящий на 70% SiO2 и на 30% Al2O3 дисперсностью 1-10 мкм в концентрации 0,5-2,0 г/л, погружают обрабатываемый материал в виде содержащей алюминий металлической композиции, включающей медь в количестве 4%-10%, являющийся одним электродом. В качестве второго электрода используют электролитически нерастворимый металл и подключают оба электрода к источнику питания. Обработку поверхности обрабатываемой металлической композиции, содержащей алюминий, ведут в анодно-катодном режиме при соотношении величин катодного и анодного токов Ic/Ia = 1,0-1,15 в течение 90-240 мин. Поверхность обрабатываемого металла в процессе электролитической обработки модифицируется за счет образования тонкослойной окисной керамики, являющейся продуктом высокотемпературных химических превращений, происходящих в очагах микродуговых или дуговых электрических разрядов.A powder consisting of 70% SiO 2 and 30% Al 2 O 3 with a dispersion of 1-10 μm in concentration is added to the electrolyte in the form of an aqueous solution of alkali with a concentration of 1-6 g / l and liquid glass with a concentration of 4-6 g / l 0.5-2.0 g / l, immerse the processed material in the form of aluminum-containing metal composition, including copper in the amount of 4% -10%, which is one electrode. An electrolytically insoluble metal is used as the second electrode, and both electrodes are connected to a power source. The surface treatment of the treated metal composition containing aluminum is carried out in the anode-cathode mode with a ratio of the cathode and anode currents I c / I a = 1.0-1.15 for 90-240 minutes. The surface of the treated metal during electrolytic processing is modified due to the formation of thin-layer oxide ceramics, which is a product of high-temperature chemical transformations occurring in the centers of microarc or arc electric discharges.
Создаваемые условия обеспечивают перемещение микродуги по поверхности упрочняемого материала, где на границе расплавленной области в зоне дуги происходит высокоскоростная кристаллизация, приводящая к мелкокристаллической структуре. В области воздействия микродуги происходит рост кристаллов, которые под воздействием внутренних напряжений и изменяющихся термических полей образуют нитевидные кристаллы альфа-Al2O3, составляющие основу слоя. На обработанной поверхности алюминийсодержащего металла образуется упрочненный износостойкий слой, представляющий собой композит на основе твердых фаз, содержащий альфа-Al2O3, гамма-Al2O3 и муллит 3Al2O3 · 2SiO2. По крайней мере часть кристаллов или все кристаллы альфа-фазы Al2O3 имеют нитевидную форму и, под действием процесса оксидирования с заявленными параметрами участвующих компонентов, образуют сплошную пространственную сетку из чередующихся дугообразных и спиралевидных участков, взаимно переплетаются между собой и расплетаются с образованием на участках переплетения жгутов, формируя, таким образом, в мелкокристаллической матрице пространственный каркас тонкослойного керамического покрытия из нитевидных кристаллов альфа-Al2O3.The created conditions ensure the movement of the microarc on the surface of the hardened material, where high-speed crystallization occurs at the boundary of the molten region in the arc zone, resulting in a fine-crystalline structure. In the area of influence of the microarc, crystals grow, which, under the influence of internal stresses and changing thermal fields, form alpha-Al 2 O 3 whiskers, which form the basis of the layer. A hardened wear-resistant layer is formed on the treated surface of the aluminum-containing metal, which is a solid-phase composite containing alpha-Al 2 O 3 , gamma-Al 2 O 3 and mullite 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 . At least part of the crystals or all crystals of the alpha phase of Al 2 O 3 have a filiform shape and, under the oxidation process with the declared parameters of the participating components, form a continuous spatial network of alternating arched and spiral sections, intertwine with each other and interlace with the formation of areas of interweaving of bundles, thus forming, in a fine-crystalline matrix, a spatial framework of a thin-layer ceramic coating of whiskers of alpha-Al 2 O 3 .
Исследования основной зоны полученного упрочненного слоя показали, что преобладает анизотропная фаза альфа-Al2O3, кристаллы размером 3 - 5 мкм имеют нитевидную форму с отношением длины к толщине более 20.Studies of the main zone of the obtained hardened layer showed that the anisotropic alpha-Al 2 O 3 phase predominates, crystals with a size of 3-5 microns have a threadlike shape with a length to thickness ratio of more than 20.
При обработке содержащей алюминий металлической композиции, включающей медь в количестве менее 4% требуемая пространственная структура поверхностного слоя не образуется. Содержание меди в количестве более 10% приводит к осложнениям поддержания анодно-катодного режима обработки. Содержание в электролите добавки в виде порошка из 70% SiO2 и 30% Al2O3 в количестве менее 0,5 г/л не дает возможности получить пространственную структуру упрочненного слоя. Содержание той же добавки в количестве более 2,0 г/л вызывает активное горение электрической дуги и образование прожогов упрочненного слоя.When processing an aluminum-containing metal composition comprising less than 4% copper, the required spatial structure of the surface layer is not formed. The copper content in an amount of more than 10% leads to complications in maintaining the anodic-cathodic treatment mode. The content in the electrolyte of an additive in the form of a powder of 70% SiO 2 and 30% Al 2 O 3 in an amount of less than 0.5 g / l makes it impossible to obtain the spatial structure of the hardened layer. The content of the same additive in an amount of more than 2.0 g / l causes active burning of the electric arc and the formation of burn-through hardened layer.
Получаемый в соответствии с данным изобретением упрочненный износостойкий слой на основе тонкослойной керамики с пространственным каркасом из нитевидных кристаллов альфа-Al2O3 характеризуется низкой интенсивностью изнашивания I = 10-10 - 10-12, коэффициентом трения f = 0,010-0,035, высокой микротвердостью H = 15-19 ГПа и критической нагрузкой растрескивания P = 2,7-3,5 н.Obtained in accordance with this invention, a hardened wear-resistant layer based on a thin-layer ceramic with a spatial framework of whiskers of alpha-Al 2 O 3 is characterized by a low wear rate I = 10 -10 - 10 -12 , a friction coefficient f = 0,010-0,035, high microhardness H = 15-19 GPa and a critical load of cracking P = 2.7-3.5 N.
Наибольшее преимущество керамика с пространственным каркасом из нитевидных кристаллов альфа-Al2O3 перед керамиками аналогичного фазового состава имеет по критерию - "трещиностойкость". Критическая нагрузка растрескивания керамики с пространственным каркасом из нитевидных кристаллов альфа-Al2O3 равна P = 2,7-3,5 н, что является значительно большей величиной по сравнению со значением этого параметра у корунда 0,4 - 0,7 н.The greatest advantage of ceramics with a spatial framework of whiskers of alpha-Al 2 O 3 over ceramics of a similar phase composition has the criterion - "crack resistance". The critical cracking load of ceramics with a spatial skeleton of alpha-Al 2 O 3 whiskers is P = 2.7-3.5 n, which is a significantly larger value compared to the value of this parameter for corundum 0.4 - 0.7 n.
Объекты изобретения, касающиеся поверхности трения и способа ее получения, иллюстрируются следующим образом. The objects of the invention relating to the friction surface and the method for its preparation are illustrated as follows.
Полученная, как указано выше - с описанными параметрами и заявленным способом, поверхность трения на основе тонкослойного керамического покрытия состоит из кристаллов альфа-Al2O3, имеющих нитевидную форму, находящихся в мелкокристаллической матрице гамма-Al2O3 и муллита 3Al2O3 · 2SiO2 и выходящих непосредственно на поверхность трения, и образуют ее. Поверхность трения образована свободными концами нитевидных кристаллов альфа-Al2O3, выходящих непосредственно за пределы мелкокристаллической матрицы гамма-Al2O3 и муллита 3Al2O3 · 2SiO2, образующей подложку поверхности трения, противоположные концы которых расположены в мелкокристаллической матрице. Свободные концы нитевидных кристаллов альфа-Al2O3 размещены по поверхности трения и образуют псевдовязкий слой по поверхности, исключающий контакт в паре поверхностей трения непосредственно с их подложкой.Obtained, as described above, with the described parameters and the claimed method, the friction surface based on a thin-layer ceramic coating consists of alpha-Al 2 O 3 crystals having a filamentous shape, located in a fine-crystalline matrix of gamma-Al 2 O 3 and mullite 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 and going directly to the friction surface, and form it. The friction surface is formed by the free ends of alpha-Al 2 O 3 whiskers extending directly beyond the gamma-Al 2 O 3 finely crystalline matrix and 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 mullite forming a friction surface substrate, the opposite ends of which are located in the finely crystalline matrix. The free ends of alpha-Al 2 O 3 whiskers are placed on the friction surface and form a pseudo-viscous layer on the surface, which excludes contact of a pair of friction surfaces directly with their substrate.
Такая структура поверхности трения получена за счет реализации способа ее получения. В качестве конкретного примера реализации способа получения поверхности трения на основе тонкослойного керамического покрытия можно привести следующий. This structure of the friction surface is obtained due to the implementation of the method for its preparation. As a specific example of the implementation of the method of obtaining a friction surface based on a thin-layer ceramic coating, the following can be cited.
Тонкослойное керамическое покрытие, состоящее из кристаллов альфа-Al2O3, имеющих нитевидную форму, находящихся в мелкокристаллической матрице гамма-Al2O3 и муллита 3Al2O3 · 2SiO2, получают на поверхности конкретной детали, предназначенной для использования, например, в парах трения между собой или с подобными деталями, имеющими такое же тонкослойное керамическое покрытие. При этом заведомо знают прочностные характеристики этого покрытия. Далее, выбирают абразив, прочность которого специально подбирают.A thin-layer ceramic coating consisting of alpha-Al 2 O 3 crystals having a filamentary shape located in a gamma-Al 2 O 3 finely crystalline matrix and 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 mullite is obtained on the surface of a particular part intended for use, for example in friction pairs with each other or with similar parts having the same thin-layer ceramic coating. At the same time, they know the strength characteristics of this coating. Next, choose an abrasive, the strength of which is specially selected.
Термин "прочность" для взаимной характеристики абразива и обрабатываемой с его помощью поверхности выбран исходя из следующих его трактовок. The term "strength" for the mutual characteristics of the abrasive and the surface treated with it is selected based on the following interpretations.
"Прочность" от слова "прочный" - с трудом поддающийся разрушению, ..., крепкий..." (см. С.И.Ожегов, Н.Ю.Шведова, "Толковый словарь русского языка", М., 1999 г., стр. 627) [1]. "Strength" from the word "durable" - hard to destroy, ... strong ... "(see S.I.Ozhegov, N.Yu. Shvedova," Explanatory Dictionary of the Russian Language ", M., 1999 ., p. 627) [1].
Кроме того, "прочность" - свойство материалов в определенных условиях и пределах, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия" (см. "Большой энциклопедический словарь. Политехнический", под редакцией А.Ю.Ишлинского, М., 1998 г., стр.425) [2]. Различают прочность, в частности техническую, конструкционную, динамическую и т.п. In addition, "strength" is the property of materials in certain conditions and limits, without collapsing, to perceive certain influences "(see." Big Encyclopedic Dictionary. Polytechnic ", edited by A.Yu. Ishlinsky, M., 1998, p. 425) [2]. Distinguish strength, in particular technical, structural, dynamic, etc.
Таким образом, заявителем термин "прочность" выбран в прямом значении по отношению к обрабатываемой поверхности, однако использован в сочетании с абразивом, т.к. подбирают именно абразив с определенной прочностью при заведомо известной прочности тонкослойного керамического покрытия. Thus, the applicant, the term "strength" is chosen in direct meaning in relation to the surface to be treated, however, it is used in combination with an abrasive, because it is the abrasive with particular strength that is selected with the known strength of the thin-layer ceramic coating.
Итак, подбирают абразив определенной прочности. Далее, с помощью выбранного абразива начинают обрабатывать поверхности детали, на которые уже нанесено тонкослойное керамическое покрытие. Обработку ведут до получения заданных износостойких характеристик. So, they select an abrasive of a certain strength. Further, using the selected abrasive, they begin to process the surfaces of the parts on which a thin-layer ceramic coating has already been applied. Processing is carried out to obtain the specified wear-resistant characteristics.
Прочность выбранного абразива, которым обрабатывают тонкослойное керамическое покрытие детали, должна быть всегда выше прочности подложки поверхности трения, образованной мелкокристаллической матрицей гамма-Al2O3 и муллита 3Al2O3 · 2SiO2, но ниже прочности нитевидных кристаллов альфа-Al2O3. Обработку могут вести ступенчато с использованием нескольких абразивов, прочность которых повышается от операции к операции, или с использованием одного абразива с прочностью, заведомо обеспечивающей получение поверхности трения с заданными характеристиками. Но всегда должно выполняться одно условие - прочность абразива всегда должна быть выше прочности подложки поверхности трения. Обработку поверхности детали ведут, периодически контролируя качество получаемой поверхности трения с использованием имеющихся средств контроля. Обработку продолжают до момента, когда с помощью имеющихся средств контроля состояния поверхности определяют достаточность высвобождения концов нитевидных кристаллов альфа-Al2O3 из взаимосвязи их с подложкой. Обработав поверхность детали таким образом, получают на обработанной поверхности трения псевдовязкий слой, образованный высвобожденными в результате обработки абразивом свободными концами нитевидных кристаллов альфа-Al2O3. Свободные концы нитевидных кристаллов альфа-Al2O3 после обработки поверхности детали распределены по всей поверхности трения на обработанной детали, что исключает контакт в паре поверхностей трения непосредственно с их подложкой - с подложкой поверхности трения, которая имеет прочность меньшую, чем прочность нитевидных кристаллов альфа-Al2O3.The strength of the selected abrasive, which is used to process the thin-layer ceramic coating of the part, should always be higher than the strength of the friction surface substrate formed by the gamma-Al 2 O 3 fine crystalline matrix and 3Al 2 O 3 · 2SiO 2 mullite, but lower than the strength of alpha-Al 2 O 3 whiskers . Processing can be carried out stepwise using several abrasives, the strength of which increases from operation to operation, or using one abrasive with a strength that obviously provides a friction surface with specified characteristics. But one condition must always be fulfilled - the strength of the abrasive should always be higher than the strength of the substrate of the friction surface. The surface treatment of the parts is carried out, periodically monitoring the quality of the resulting friction surface using available controls. The treatment is continued until the sufficiency of the release of the ends of the alpha-Al 2 O 3 whiskers from their relationship with the substrate is determined using the available surface monitoring means. By treating the surface of the part in this way, a pseudo-viscous layer is formed on the treated friction surface formed by the free ends of alpha-Al 2 O 3 whiskers released as a result of the abrasive treatment. The free ends of alpha-Al 2 O 3 whiskers after surface treatment of the part are distributed over the entire friction surface on the machined part, which excludes contact in the pair of friction surfaces directly with their substrate — with the friction surface substrate, which has a strength lower than the strength of alpha whiskers -Al 2 O 3 .
Таким образом, заявленное изобретение во всех его четырех объектах позволяет в комплексе решить вопрос как непосредственно с получением тонкослойного керамического покрытия, так и с возможностью его прикладного использования непосредственно в парах трения машин и механизмов. Thus, the claimed invention in all four of its objects makes it possible to comprehensively solve the problem both directly with obtaining a thin-layer ceramic coating and with the possibility of its application directly in friction pairs of machines and mechanisms.
Claims (4)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000101025/02A RU2165484C1 (en) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | Thin-layer ceramic coat: method of making such coat; friction surface on base of thin-layer ceramic coat and method of making such surface |
| PCT/RU2000/000235 WO2001053570A1 (en) | 2000-01-17 | 2000-06-16 | Thin-coat ceramic finish and method for the production thereof, friction surface based on a thin-coat ceramic finish and method for the production thereof |
| AU2000255809A AU2000255809A1 (en) | 2000-01-17 | 2000-06-16 | Thin-coat ceramic finish and method for the production thereof, friction surfacebased on a thin-coat ceramic finish and method for the production thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000101025/02A RU2165484C1 (en) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | Thin-layer ceramic coat: method of making such coat; friction surface on base of thin-layer ceramic coat and method of making such surface |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2165484C1 true RU2165484C1 (en) | 2001-04-20 |
Family
ID=20229389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000101025/02A RU2165484C1 (en) | 2000-01-17 | 2000-01-17 | Thin-layer ceramic coat: method of making such coat; friction surface on base of thin-layer ceramic coat and method of making such surface |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU2000255809A1 (en) |
| RU (1) | RU2165484C1 (en) |
| WO (1) | WO2001053570A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011129720A1 (en) * | 2010-04-15 | 2011-10-20 | Zaligin Yury Removich | Thin-layer ceramic coating and friction surface based thereon |
| EP2511401A3 (en) * | 2011-04-14 | 2014-05-14 | Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH | Method for producing a coating on the surface of a substrate on the basis of light metals by means of plasma electrolytic oxidation |
| RU2622073C1 (en) * | 2016-01-11 | 2017-06-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Method of obtaining ceramic coatings on details from steels |
| CN110983408A (en) * | 2019-11-25 | 2020-04-10 | 中国科学院金属研究所 | Method for preparing nano ceramic coating by utilizing ceramic particle chemical self-sintering micro-arc oxidation technology |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107723781B (en) * | 2017-08-28 | 2020-05-08 | 中国兵器工业第五九研究所 | Method for producing coating and coating apparatus |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU926084A1 (en) * | 1979-03-28 | 1982-05-07 | Институт Неорганической Химии Со Ан Ссср | Method for anodizing metals and their alloys |
| US4647346A (en) * | 1985-10-10 | 1987-03-03 | Eastman Kodak Company | Anodized aluminum support, method for the preparation thereof and lithographic printing plate containing same |
| RU2038428C1 (en) * | 1991-08-05 | 1995-06-27 | Малышев Владимир Николаевич | Electrolyte for microarc oxidation of aluminum and its alloys |
| RU2110623C1 (en) * | 1993-12-29 | 1998-05-10 | Научно-исследовательский инженерный центр "Агромет" | Method of coating unipolar-conductance metals |
| RU2086713C1 (en) * | 1995-07-11 | 1997-08-10 | Федорова Людмила Петровна | Thin-layer ceramic coating and method of manufacturing thereof |
-
2000
- 2000-01-17 RU RU2000101025/02A patent/RU2165484C1/en not_active IP Right Cessation
- 2000-06-16 WO PCT/RU2000/000235 patent/WO2001053570A1/en active Application Filing
- 2000-06-16 AU AU2000255809A patent/AU2000255809A1/en not_active Abandoned
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГРОШЕВА В.М. и др. Синтетический муллит и материалы на его основе. - Киев, Техника, 1971, с.25-29. * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011129720A1 (en) * | 2010-04-15 | 2011-10-20 | Zaligin Yury Removich | Thin-layer ceramic coating and friction surface based thereon |
| RU2453640C2 (en) * | 2010-04-15 | 2012-06-20 | Юрий Рэмович Залыгин | Thin-layer ceramic coating, method of making same, friction surface based on thin-layer ceramic coating and method of making same |
| EP2511401A3 (en) * | 2011-04-14 | 2014-05-14 | Helmholtz-Zentrum Geesthacht Zentrum für Material- und Küstenforschung GmbH | Method for producing a coating on the surface of a substrate on the basis of light metals by means of plasma electrolytic oxidation |
| RU2622073C1 (en) * | 2016-01-11 | 2017-06-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный университет" (ФГБОУ ВПО "Пензенский государственный университет") | Method of obtaining ceramic coatings on details from steels |
| CN110983408A (en) * | 2019-11-25 | 2020-04-10 | 中国科学院金属研究所 | Method for preparing nano ceramic coating by utilizing ceramic particle chemical self-sintering micro-arc oxidation technology |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU2000255809A1 (en) | 2001-07-31 |
| WO2001053570A1 (en) | 2001-07-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100482867C (en) | Oxidising electrolytic method for obtaining ceramic coating at surface of metal | |
| KR100871332B1 (en) | Process and device for forming ceramic coatings on metals and alloys, and coatings produced by this process | |
| AU747068B2 (en) | Method for producing hard protection coatings on articles made of aluminium alloys | |
| US9677187B2 (en) | Non-metallic coating and method of its production | |
| JP4722102B2 (en) | Process and apparatus for forming ceramic coatings on metals and alloys | |
| RU2086713C1 (en) | Thin-layer ceramic coating and method of manufacturing thereof | |
| AT412002B (en) | DIAMOND ELECTRODE AND METHOD FOR THEIR PRODUCTION | |
| Krishnaveni et al. | Electrodeposited Ni–B–Si3N4 composite coating: Preparation and evaluation of its characteristic properties | |
| EP2077343A1 (en) | Ceramic coated metal material and production method thereof | |
| Tseluikin | On the structure and properties of composite electrochemical coatings. A review | |
| Rahman et al. | Crystallinity, surface morphology, and chemical composition of the recast layer and rutile-TiO 2 formation on Ti-6Al-4V ELI by wire-EDM to enhance biocompatibility | |
| WO2008120046A1 (en) | Method of forming a protective ceramic coating on the surface of metal products | |
| RU2453640C2 (en) | Thin-layer ceramic coating, method of making same, friction surface based on thin-layer ceramic coating and method of making same | |
| RU2165484C1 (en) | Thin-layer ceramic coat: method of making such coat; friction surface on base of thin-layer ceramic coat and method of making such surface | |
| RU2149929C1 (en) | Process of microplasma electrolytic machining of surface of current-conducting materials | |
| Belozerov et al. | The influence of the conditions of microplasma processing (microarc oxidation in anode-cathode regime) of aluminum alloys on their phase composition | |
| CN110484956A (en) | A kind of preparation method of titanium alloy drilling well workpiece high-wearing feature differential arc oxidation layer | |
| CN101333673A (en) | Electrolytic solution for preparing nano ceramic coatings by micro-arc oxidation | |
| Toulabifard et al. | Synergistic effect of W incorporation and pulsed current mode on wear and tribocorrosion resistance of coatings grown by plasma electrolytic oxidation on 7075 Al alloy | |
| CN1234918C (en) | Method for coating ceramics by using plasma electrolytic oxidation and equipment | |
| JP2004277812A (en) | Al BASED COMPOSITE MEMBER, AND PRODUCTION METHOD THEREFOR | |
| RU2263164C1 (en) | Method of application of protective coatings based on aluminum and its alloys | |
| RU2110623C1 (en) | Method of coating unipolar-conductance metals | |
| RU2736943C1 (en) | Coating method for articles from valve metal or its alloy | |
| CN110983408B (en) | Method for preparing nano ceramic coating by utilizing ceramic particle chemical self-sintering micro-arc oxidation technology |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060118 |