RU2503739C2 - Method of coat application using pulse power arc - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: part surface to be built up is cleaned, flushed and jet blast as well as that adjoining area to be built-up at distance of at least 50 mm. Jet blasting is made to surface roughness R_z of at least 20 mcm. Processed surface is blown by compressed air. Plasma spraying is effected with powder feed by at least one proportioner. Compressed is used to feed the powder into plasmatron while compressed air with propane additive is used as plasma-forming gas. Remote electric arc is supplied with pulse current of 60 A from separate current source at pulse repetition rate of 25-200 Hz at mean power of pulsating arc of 2.5 kW.

EFFECT: higher adhesion with no surface overheating.

4 cl, 3 tbl

Description

Изобретение относится к технологии нанесения металлических композиционных материалов плазменным напылением с выносной электрической дугой пульсирующей мощности и может найти использование для изготовления или восстановления изношенных деталей, работающих в условиях повышенного износа и высоких контактных нагрузок в судостроительной промышленности, энергетике, прецизионном машино- и приборостроении и других отраслях машиностроения.The invention relates to a technology for applying metal composite materials by plasma spraying with a remote electric arc of pulsating power and can be used for the manufacture or restoration of worn parts operating in conditions of increased wear and high contact loads in the shipbuilding industry, energy, precision machine and instrument engineering and other industries mechanical engineering.

Известен способ получения композиционного покрытия на стальной детали плазменным напылением, включающий ввод напыляемого порошка в плазменную струю, термическое активирование обрабатываемой поверхности возбуждением выносной электрической дуги, которую совмещают с плазменной струей, и транспортирование порошка плазменной струей к обрабатываемой поверхности (см., например, Кулагин И.Д. и др. «Поверхностное упрочнение деталей дуговых разрядов», сб. Теория и практика газотермического нанесения покрытий, Дмитров, 1985, с.73-74).A known method of producing a composite coating on a steel part by plasma spraying, comprising introducing the sprayed powder into a plasma jet, thermally activating the treated surface by excitation of an external electric arc, which is combined with the plasma jet, and transporting the powder with a plasma jet to the treated surface (see, for example, Kulagin I . D. et al. “Surface hardening of parts of arc discharges”, collection of Theory and Practice of Thermal Coating, Dmitrov, 1985, pp. 73-74).

Задачей данного изобретения является получение покрытий высокого качества за счет увеличения его локальной плотности и адгезионной прочности без перегрева обрабатываемой поверхности.The objective of the invention is to obtain high quality coatings by increasing its local density and adhesive strength without overheating of the treated surface.

Это достигается тем, что в способе плазменного нанесения покрытий, включающем ввод напыляемого порошка в плазменную струю, термическое активирование обрабатываемой поверхности, возбуждением выносной электрической дуги, которую совмещают с плазменной струей, и транспортирование порошка плазменной струей к обрабатываемой поверхности, сначала осуществляют очистку и промывку напыляемой поверхности детали и поверхности детали, прилегающей к напыляемым зонам на расстояние не менее 50 мм, струйно-абразивную обработку для придания поверхности шероховатости по параметру R_Z не менее 20 мкм, и обдувку подготовленной поверхности сжатым воздухом, а плазменное напыление осуществляют с подачей порошкового материала из по крайней мере одного дозатора, для транспортирования порошка в плазмотрон используют сжатый воздух, в качестве плазмообразующего газа используют сжатый воздух с добавкой пропана, а выносную электрическую дугу питают пульсирующим током 60 А от отдельного источника током с частотой следования импульсов 25-200 Гц и при средней мощности пульсирующей дуги 2,5 кВт.This is achieved by the fact that in the method of plasma coating, including the introduction of the sprayed powder into the plasma jet, the thermal activation of the treated surface, the excitation of the external electric arc, which is combined with the plasma jet, and the transportation of the powder by the plasma jet to the treated surface, the cleaning and washing of the sprayed the surface of the part and the surface of the part adjacent to the sprayed areas at a distance of at least 50 mm, abrasive blasting to impart surface the roughness in the parameter R _{Z is} not less than 20 μm, and the prepared surface is blown with compressed air, and plasma spraying is carried out with the supply of powder material from at least one dispenser, compressed air is used to transport the powder into the plasma torch, compressed air is used as a plasma-forming gas with propane additive, and an external electric arc is supplied with a pulsating current of 60 A from a separate source with a current with a pulse repetition rate of 25-200 Hz and with an average power of a pulsating arc of 2.5 kW.

Для получения покрытия из разнородных материалов подачу порошка осуществляют из двух дозаторов, при этом используют порошки разного состава.To obtain a coating of dissimilar materials, the powder is supplied from two dispensers, while powders of different compositions are used.

В качестве напыляемого порошка используют оксид хрома или оксид алюминия.Chromium oxide or alumina is used as the sprayed powder.

Очистка и промывка напыляемой поверхности детали позволяет увеличить прочность сцепления покрытия с основой, причем экспериментально установлено, что необходимо выполнять очистку и промывку также поверхности детали, прилегающей к напыляемым зонам на расстояние не менее 50 мм, что позволяет получить качественное покрытие в краевых зонах детали. Струйно-абразивную обработку осуществляют для придания поверхности шероховатости по параметру R_Z не менее 20 мкм, что повышает сцепление покрытия с основой, т.е. во много раз повышает адгезийную прочность покрытия.Cleaning and washing the sprayed surface of the part allows to increase the adhesion strength of the coating to the base, and it has been experimentally established that it is necessary to clean and wash the surface of the part adjacent to the sprayed areas at a distance of at least 50 mm, which allows to obtain a high-quality coating in the edge zones of the part. The blast-abrasive treatment is carried out to give a surface roughness in the parameter R _{Z of} at least 20 μm, which increases the adhesion of the coating to the substrate, i.e. many times increases the adhesion strength of the coating.

Использование выносной дуги, питаемой пульсирующим током, позволяет обеспечить более эффективный и равномерный прогрев подаваемого порошка за счет улучшения условий теплообмена плазмы и порошка при импульсном изменении температуры и скорости плазменной струи, а также оптимизировать тепловое воздействие дуги на поверхность детали вследствие диффузии опорного пятна электрической дуги по поверхности, что ведет к повышению плотности и адгезионной прочности покрытия, так как оно формируется из проплавленных частиц на термически активированной или расплавленной поверхности. При этом экспериментально установлено, что для предотвращения коробления подложки и повышения устойчивости дуги, мощность пульсирующей дуги должна быть 2,5 кВт, частота следования импульсов 25-200 Гц а ток дуги 60 А.The use of an external arc fed by a pulsating current allows more efficient and uniform heating of the supplied powder by improving the heat transfer conditions of the plasma and powder with a pulsed change in the temperature and speed of the plasma jet, as well as optimizing the thermal effect of the arc on the surface of the part due to diffusion of the reference spot of the electric arc along surface, which leads to an increase in the density and adhesive strength of the coating, since it is formed from melted particles on thermal activity ovannoy or molten surface. It was experimentally established that to prevent warpage of the substrate and increase the stability of the arc, the power of the pulsating arc should be 2.5 kW, the pulse repetition rate of 25-200 Hz and the arc current of 60 A.

Пример.Example.

Осуществляют покрытие стальной детали. Для напыления используют порошки Т-Термо №60, (аналог отечественного порошка ПГСР4 (Ni Cr B Si), или оксид хрома или оксид алюминия фракцией 40-60 мкм.Carry out the coating of the steel part. For spraying, T-Thermo No. 60 powders are used (an analog of the domestic PGSR4 powder (Ni Cr B Si), or chromium oxide or aluminum oxide with a fraction of 40-60 microns.

Технологический процесс получения плазменного покрытия включает следующие этапы: подготовку порошков; подготовку поверхности, подлежащей напылению; нанесение покрытия; промежуточный контроль качества и размеров покрытия; окончательный контроль полученного покрытия.The technological process for obtaining a plasma coating includes the following steps: preparation of powders; preparation of the surface to be sprayed; coating; intermediate control of the quality and size of the coating; final control of the received coverage.

Перед использованием порошки просушивают. Сушку порошков осуществляют в сушильном шкафу при температуре 130-150°C в течение 2-3 час на протвинях их нержавеющей стали, периодически помешивая. Затем осуществляют подготовку поверхности детали, подлежащей наплавке. Для этого поверхности очищают и промывают от масла, грязи и ржавчины с помощью волосяных или металлических щеток. Очистке и промывке подлежат также поверхности, прилегающие к наплавляемым зонам на расстоянии не менее 50 мм. Кроме того, поверхности детали, подлежащей наплавке, придают шероховатость струйно-абразивной обработкой. Шероховатость по параметру R_Z должна быть не менее 20 мкм по параметру R_Z по ГОСТ 2789. Данная операция позволяет повысить адгезийную прочность покрытия. После обработки поверхность детали обдувают сжатым воздухом. В дозатор засыпают порошковый материал, закрепляют деталь в патроне манипулятора, устанавливают соответствующие напыляемому порошковому материалу расход порошка. Для транспортирования порошка в плазмотрон использую сжатый воздух. Осуществляют напыление порошка. С помощью электрической дуги, горящей внутри плазменного генератора постоянного тока, нагревают поток газа, протекающий через него и создающий плазменную струю. В качестве газа используют сжатый воздух с добавкой пропана. В плазменную струю вводят порошок, напыляемый на поверхность. С осью плазменной струи совмещают электрическую дугу, питаемую от источника пульсирующего тока. Режимы напыления приведены в таблице 1, режимы электрической выносной дуги пульсирующей мощности - в таблице 2.The powders are dried before use. Drying of the powders is carried out in an oven at a temperature of 130-150 ° C for 2-3 hours on the trays of their stainless steel, stirring occasionally. Then carry out the preparation of the surface of the part to be surfaced. To do this, the surfaces are cleaned and washed from oil, dirt and rust with the help of hair or metal brushes. The surfaces adjacent to the weld zones at a distance of at least 50 mm are also subject to cleaning and washing. In addition, the surface of the part to be surfaced is roughened by abrasive blasting. The roughness according to the parameter R _Z must be at least 20 microns according to the parameter R _Z according to GOST 2789. This operation allows to increase the adhesion strength of the coating. After processing, the surface of the part is blown with compressed air. Powder material is poured into the dispenser, the part is fixed in the cartridge of the manipulator, the powder flow rate corresponding to the sprayed powder material is set. I use compressed air to transport the powder to the plasma torch. Powder is sprayed. Using an electric arc burning inside a plasma direct current generator, the gas stream flowing through it and creating a plasma jet is heated. The gas used is compressed air with the addition of propane. Powder sprayed onto the surface is introduced into the plasma jet. An electric arc fed from a pulsating current source is combined with the axis of the plasma jet. The spraying modes are shown in table 1, the modes of the electric external arc of the pulsating power in table 2.

Табл. 1Tab. one Режимы напыленияSpraying modes Состав получаемого покрытияThe composition of the resulting coating Т-Термо N6OT-Thermo N6O Т-Оксид Аl₂O₃ T-Oxide Al ₂ O ₃ Т-Оксид хромT-Oxide Chrome Давление газа, атмGas pressure, atm 3.5-4.53.5-4.5 2.7-3.22.7-3.2 2.7-3.22.7-3.2 Расход газа л/минGas consumption l / min 35-4535-45 30-4030-40 30-4030-40 Сила тока, АCurrent strength, A 160-190160-190 210-230210-230 210-230210-230 Напряжение, ВVoltage 190-210190-210 240-260240-260 240-260240-260 Расход порошка, г/сPowder consumption, g / s 4-54-5 2.5-42.5-4 2.5-42.5-4 Дистанция напыления, мм.Spraying distance, mm. 160-180160-180 140-160140-160 140-160140-160

Табл. 2Tab. 2 мощность ЭДПМpower of EDPM 2,5 кВт;2.5 kW; сила тока ЭДПМEDPM current 60 А60 A частота пульсаций ЭДПМEDPM ripple frequency 100 Гц100 Hz

В результате получены покрытия, свойства которых приведены в таблице 3.As a result, coatings are obtained whose properties are shown in table 3.

Табл. 3Tab. 3 СвойстваThe properties ПокрытиеCoating Т-Термо N6OT-Thermo N6O Т-Оксид Al₂O₃ T-Oxide Al ₂ O ₃ Т-Оксид хромT-Oxide Chrome Твердость, HRCHardness HRC 55-6055-60 60-8060-80 60-8060-80 Адгезия, МПаAdhesion, MPa 45-5545-55 35-4535-45 35-4535-45 Рабочая температура, °C не болееWorking temperature, ° C no more 800800 12001200 11001100 Толщина покрытия, мкмCoating thickness, microns 50-100050-1000 50-100050-1000 50-100050-1000

Данный способ позволяет повысить качество покрытия за счет увеличения адгезионной прочности и плотности получаемых покрытий, при этом уменьшается процент брака, вызванного отслоением покрытий. Кроме того, за счет повышения коэффициента использования наносимого материала обеспечивается экономия дорогих и дефицитных порошковых материалов.This method allows to improve the quality of the coating by increasing the adhesive strength and density of the resulting coatings, while reducing the percentage of defects caused by delamination of the coatings. In addition, by increasing the utilization rate of the applied material, expensive and scarce powder materials are saved.

Claims (4)

1. Способ получения композиционного покрытия на стальной детали плазменным напылением, включающий ввод напыляемого порошка в плазменную струю, термическое активирование обрабатываемой поверхности возбуждением выносной электрической дуги, которую совмещают с плазменной струей, и транспортирование порошка плазменной струей к обрабатываемой поверхности, отличающийся тем, что сначала осуществляют очистку и промывку напыляемой поверхности детали и поверхности детали, прилегающей к напыляемым зонам, на расстояние не менее 50 мм, струйно-абразивную обработку для придания поверхности шероховатости и обдувку подготовленной поверхности сжатым воздухом, плазменное напыление осуществляют с подачей порошкового материала из, по крайней мере, одного дозатора, при этом для транспортирования порошка в плазмотрон используют сжатый воздух, в качестве плазмообразующего газа используют сжатый воздух с добавкой пропана, а выносную электрическую дугу питают пульсирующим током 60 А от отдельного источника током с частотой следования импульсов 25-200 Гц и при средней мощности пульсирующей дуги 2,5 кВт.1. A method of obtaining a composite coating on a steel part by plasma spraying, comprising introducing the sprayed powder into a plasma jet, thermally activating the surface to be treated by exciting an external electric arc, which is combined with the plasma jet, and transporting the powder with a plasma jet to the surface to be treated, characterized in that it is first carried out cleaning and washing the sprayed surface of the part and the surface of the part adjacent to the sprayed areas, at a distance of not less than 50 mm, jet abrasive treatment to roughen the surface and blowing the prepared surface with compressed air, plasma spraying is carried out with the supply of powder material from at least one dispenser, while compressed air is used to transport the powder to the plasma torch, compressed air with propane added is used as a plasma-forming gas and the external electric arc is supplied with a pulsating current of 60 A from a separate source with a current with a pulse repetition rate of 25-200 Hz and with an average power of pulsating 1st arc 2.5 kW. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу порошка осуществляют из двух дозаторов, при этом используют порошки разного состава.2. The method according to claim 1, characterized in that the powder is supplied from two dispensers, using powders of different compositions. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве напыляемого порошка используют оксид хрома или оксид алюминия.3. The method according to claim 1, characterized in that as the sprayed powder use chromium oxide or alumina. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что струйно-абразивной обработкой придают поверхности шероховатость по параметру R_Z не менее 20 мкм. 4. The method according to claim 1, characterized in that the abrasive blasting give the surface a surface roughness of parameter R _Z not less than 20 microns.