RU2677575C1 - Способ получения интерметаллических покрытий с использованием механохимического синтеза и последующей лазерной обработки - Google Patents

Способ получения интерметаллических покрытий с использованием механохимического синтеза и последующей лазерной обработки Download PDF

Info

Publication number
RU2677575C1
RU2677575C1 RU2018120917A RU2018120917A RU2677575C1 RU 2677575 C1 RU2677575 C1 RU 2677575C1 RU 2018120917 A RU2018120917 A RU 2018120917A RU 2018120917 A RU2018120917 A RU 2018120917A RU 2677575 C1 RU2677575 C1 RU 2677575C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coating
coatings
intermetallic
laser treatment
nial
Prior art date
Application number
RU2018120917A
Other languages
English (en)
Inventor
Владислав Юрьевич Задорожный
Сергей Дмитриевич Калюшкин
Михаил Дмитриевич Павлов
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Priority to RU2018120917A priority Critical patent/RU2677575C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2677575C1 publication Critical patent/RU2677575C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/02Coating starting from inorganic powder by application of pressure only
    • C23C24/04Impact or kinetic deposition of particles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05CAPPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C3/00Apparatus in which the work is brought into contact with a bulk quantity of liquid or other fluent material
    • B05C3/02Apparatus in which the work is brought into contact with a bulk quantity of liquid or other fluent material the work being immersed in the liquid or other fluent material
    • B05C3/04Apparatus in which the work is brought into contact with a bulk quantity of liquid or other fluent material the work being immersed in the liquid or other fluent material with special provision for agitating the work or the liquid or other fluent material
    • B05C3/08Apparatus in which the work is brought into contact with a bulk quantity of liquid or other fluent material the work being immersed in the liquid or other fluent material with special provision for agitating the work or the liquid or other fluent material the work and the liquid or other fluent material being agitated together in a container, e.g. tumbled
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/352Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring for surface treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу создания интерметаллических покрытий на основе соединений NiAl и Ni3Al. Осуществляют механоактивационную обработку в шаровой мельнице в течение 30-60 минут совместно с металлическим изделием, на которое наносится покрытие. Затем проводят лазерную обработку полученного покрытия мощностью 100-200 Вт и со скоростью сканирования 40-80 мм/c. В качестве подложки используются различные металлы и сплавы, такие как сталь, титан, алюминий, никель. В качестве покрытия наносится смесь порошков Ni и Al в пропорции 1:1 по массе. Техническим результатом изобретения является получение покрытий, обладающих высокой твердость и коррозионной стойкостью, с заменой длительного отжига на высокоэффективную лазерную обработку. 4 ил., 1 пр., 1 табл.

Description

Изобретение относится к области создания защитных покрытий, а именно к технологии механосинтеза интерметаллических покрытий из смеси металлических порошков. Полученные покрытия на основе интерметаллических соединений обладают высокой коррозионной стойкостью, жаропрочностью и жаростойкостью, износостойкостью. Особенностью данного способа получения покрытий явилась замена стандартного отжига в печи после процесса механосинтеза на лазерную обработку. После лазерной обработки происходит гомогенизация покрытия, устраняются дефекты в виде трещин и пор.
В патенте [Патент RU 2003 122 967 А. Опубликовано: 27.01.2005] приведен способ получения интерметаллидных покрытий путем газотермического напыления разогретой смеси порошков на подложку. В качестве основы использую кобальт, никель или железо. При напылении происходит самораспространяющийся высокотемпературный синтез.
В патенте [Патент RU 167018 U1. Опубликовано: 20.12.2016] рассмотрен способ получения слоистого композиционного материал системы «металл-интерметаллид», включающий чередующиеся слои пластичного металла и упрочненного слоя из интерметаллида. упрочненный слой имеют толщину от 10-8 до 5*10-6 м, а размер частиц интерметаллидов в слое составляет от 10-9 м до 10-7 м. Такие слоистые материалы получены по средством искрового плазменного спекания. Основным недостатком данного изобретения является то, что данным методом нельзя получить покрытия на уже готовой детали и наличие отдельных частиц интерметаллидов в материале. В этом случае композит обладает низкими прочностными характеристиками. Предлагаемый же способ механосинтеза с последующем лазерным отжигом позволяет получить равномерное гомогенное покрытие.
Способ получения интерметаллидов методом взрыва описан в патентах [Патент RU 2350442 С2. Опубликовано: 27.03.2009]. Данный метод позволяет получать пластины с износостойкими покрытиями, но сама технология требует высоких температур обработки до 1000°С и сварки взрывом, поэтому это не подходит для материалов с низкой температурой плавления и для готовых изделий. Лазерная обработка же в предлагаемой нами технологии позволяет производить локальный нагрев и избегать деформаций и структурных изменений в материале, на который нанесено покрытие.
О технологии электродуговой наплавки жаростойких покрытий на базе Fe3Al на стальную подложку заявлено в патенте [Патент RU 2414336 C1. Опубликовано: 20.03.2011]. Наплавку производят проволокой, содержащей Fe и Al. После наплавки производят термическую обработку, которая необходима для формирования интерметаллидной фазы Fe3Al с содержанием алюминия 20-25% по массе. Представленный способ наиболее близок к тому методу, который представлен нами. Отличием является то, что для наплавки необходима проволока.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка высокоэффективного и надежного способа создания интерметаллических защитных покрытий высокой плотности и стойкости на поверхности металлических изделий. Исключение дорогостоящих материалов при создании подобных покрытий. Замена стандартного длительного отжига покрытия на высокоэффективную лазерную обработку поверхности. Данный технический результат может иметь решение за счет возможностей технологий механоактивационной обработки и лазерной обработки.
Технический результат получения интерметаллических покрытий для защиты поверхности изделий из металлов включает механоактивационную обработку смеси порошков интерметаллического соединения в шаровой мельнице совместно с металлическим изделием продолжительностью 30-60 минут для получения покрытия, и последующую лазерную обработку получившегося покрытия в диапазоне мощностей 100-200 Вт и скоростью сканирования 40-80 мм/с для получения равномерного покрытия.
Для пояснения сущности изобретения были представлены графические изображения.
Где на фигуре 1 представлена схема получения покрытия на образце из Fe с покрытием из NiAl.
На фигуре 2 - Микроструктура покрытия NiAl после МА - 60 мин. Увеличение ×1500.
На фигуре 3 - Микроструктура покрытия NiAl после лазерной обработки с плотностью энергии 4,3 Дж/мм2. Увеличение ×1500.
На фигуре 4 - Поляризационная кривая полученная при коррозионных испытаниях покрытия.
Технология включает в себя:
1. Добавление требуемого количества порошков металлов Ni и Al в вибрационную мельницу. Компоненты отмеряются по массе в зависимости от стехиометрического соотношения в формуле интерметаллида NiAl или Ni3Al. Компоненты нужно смешивать в соотношении 25 масс. % Ni и 75 масс. % Al для Ni3Al и 50 масс % Ni и 50 масс. % Al для NiAl. Общая масса смеси составляет 10% от веса шаров в вибрационном активаторе. В случае, если масса шаров составляет 20 гр., то масса смеси порошков равна 2 гр.
2. Механоактивационная обработка смеси порошков металлов происходит в вибрационной шаровой мельнице с одновременным нанесением покрытия на поверхность изделия. Изделие представляет собой металлическую пластину. Получение интерметаллического соединения NiAl и Ni3Al на поверхности изделия происходит при помощи механоактивационной обработки в течение 60 минут.
3. После нанесения покрытия на металлическое изделие его поверхность обрабатывают лазерным излучением по заданным режимам.
Предлагаемый способ получения интерметаллических покрытий позволяет заменить стандартный отжиг покрытия, который проводится для устранения дефектов в виде пор, трещин и для гомогенизации покрытия, на лазерный отжиг. Лазерная обработка требует меньше времени. При лазерной обработке происходит нагрев только поверхностных слоев, что позволяет избежать структурных изменений и короблений в изделии.
Пример 1
Смесь порошков Ni и Al в соотношении 50 масс. % к 50 масс. % и изделие из Fe в виде пластинки толщиной 4 мм и диаметром 30 мм подвергались обработке в вибрационной шаровой мельнице продолжительностью 60 минут (при таком времени обработки достигается необходимая толщина покрытия на поверхности металлического изделия). После получения покрытия NiAl на поверхности пластины (Фигура 1) проводилась лазерная обработка. Обработка проводится в течении 1 минуты по режиму с удельной плотностью энергии 4,3 Дж/мм2, указанному в Таблице 1. При таком времени обработки на поверхности изделия получается равномерное гомогенное покрытие. Режимы обработки зависят от типа материала изделия и от типа интерметаллического покрытия.
Полученное покрытие для подтверждения результата исследовалось методами оптической и электронной микроскопии, проводился рентгеноструктурный анализ (Фигура 2 и 3) и измерялась твердость. Также проводились коррозионные испытания, которые подтвердили, что покрытие из NiAl является более стойким к агрессивным средам, чем изделие из Fe (Фигура 4). Характеристики и режимы лазерной обработки представлены в Таблице 1.
Figure 00000001

Claims (1)

  1. Способ получения интерметаллического покрытия на поверхности металлического изделия в виде пластины, отличающийся тем, что покрываемую пластину устанавливают в вибрационной шаровой мельнице, затем осуществляют механоактивационную обработку пластины смесью порошков Ni и Al в пропорции 1:1 по массе, входящих в состав интерметаллического покрытия, в течение 30-60 мин, после чего проводят обработку полученного покрытия лазерным излучением мощностью 100-200 Вт со скоростью сканирования 40-80 мм/с.
RU2018120917A 2018-06-06 2018-06-06 Способ получения интерметаллических покрытий с использованием механохимического синтеза и последующей лазерной обработки RU2677575C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018120917A RU2677575C1 (ru) 2018-06-06 2018-06-06 Способ получения интерметаллических покрытий с использованием механохимического синтеза и последующей лазерной обработки

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018120917A RU2677575C1 (ru) 2018-06-06 2018-06-06 Способ получения интерметаллических покрытий с использованием механохимического синтеза и последующей лазерной обработки

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2677575C1 true RU2677575C1 (ru) 2019-01-17

Family

ID=65025028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018120917A RU2677575C1 (ru) 2018-06-06 2018-06-06 Способ получения интерметаллических покрытий с использованием механохимического синтеза и последующей лазерной обработки

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2677575C1 (ru)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2003122967A (ru) * 2003-07-21 2005-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (ГОУВПО "АлтГТУ") (RU) Способ получения интерметаллидных покрытий
RU2350442C2 (ru) * 2007-04-17 2009-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Способ получения износостойких покрытий
EP2003228A9 (en) * 2006-03-22 2009-04-22 Kiichirou Sumi Process for producing metal coating material and metal coating material
RU2359797C2 (ru) * 2007-06-27 2009-06-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Способ лазерной наплавки медно-никелевых сплавов на детали из алюминиевой бронзы
RU2414336C1 (ru) * 2009-09-17 2011-03-20 Государственное образовательное учреждение "Тольяттинский государственный университет" Способ формирования износостойких, жаростойких покрытий
RU2489519C2 (ru) * 2011-06-08 2013-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Способ напыления покрытия на изделие из натурального камня или из металлического материала и устройство для его осуществления
US20160175929A1 (en) * 2013-07-04 2016-06-23 Snecma Process for additive manufacturing of parts by melting or sintering particles of powder(s) using a high-energy beam with powders adapted to the targeted process/material pair
RU167018U1 (ru) * 2016-09-23 2016-12-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Слоистый композиционный материал

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2003122967A (ru) * 2003-07-21 2005-01-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образовани "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (ГОУВПО "АлтГТУ") (RU) Способ получения интерметаллидных покрытий
EP2003228A9 (en) * 2006-03-22 2009-04-22 Kiichirou Sumi Process for producing metal coating material and metal coating material
RU2350442C2 (ru) * 2007-04-17 2009-03-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Волгоградский государственный технический университет (ВолгГТУ) Способ получения износостойких покрытий
RU2359797C2 (ru) * 2007-06-27 2009-06-27 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") Способ лазерной наплавки медно-никелевых сплавов на детали из алюминиевой бронзы
RU2414336C1 (ru) * 2009-09-17 2011-03-20 Государственное образовательное учреждение "Тольяттинский государственный университет" Способ формирования износостойких, жаростойких покрытий
RU2489519C2 (ru) * 2011-06-08 2013-08-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Способ напыления покрытия на изделие из натурального камня или из металлического материала и устройство для его осуществления
US20160175929A1 (en) * 2013-07-04 2016-06-23 Snecma Process for additive manufacturing of parts by melting or sintering particles of powder(s) using a high-energy beam with powders adapted to the targeted process/material pair
RU167018U1 (ru) * 2016-09-23 2016-12-20 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Слоистый композиционный материал

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wielage et al. Iron-based coatings arc-sprayed with cored wires for applications at elevated temperatures
Xiao et al. Microstructure, wear and corrosion behaviors of plasma sprayed NiCrBSi-Zr coating
Tsao et al. On the superior high temperature hardness of precipitation strengthened high entropy Ni‐based alloys
Lu et al. Erosion and corrosion behavior of shrouded plasma sprayed Cr3C2-NiCr coating
Yang et al. In situ nanostructured ceramic matrix composite coating prepared by reactive plasma spraying micro-sized Al–Fe2O3 composite powders
Kudryashov et al. Structure and properties of coatings produced by pulsed electrospark deposition on nickel alloy using Mo-Si-B electrodes
Garip et al. A study of the cycle oxidation behavior of the Cr/Mn/Mo alloyed Ti–48Al–based intermetallics prepared by ECAS
Lazurenko et al. Formation of Ti-Al intermetallics on a surface of titanium by non-vacuum electron beam treatment
Tianshun et al. Microstructure and corrosive wear resistance of plasma sprayed Ni-based coatings after TIG remelting
Lin et al. Microstructure and corrosion resistance of Fe-based coatings prepared by twin wires arc spraying process
Singh et al. Microwave processing and characterization of nickel powder based metal matrix composite castings
Amokrane et al. Microstructural and mechanical properties of Ni-base thermal spray coatings deposited by flame spraying
Talako et al. Structure and properties of detonation gun sprayed coatings from the synthesized FeAlSi/Al2O3 powder
Nowak et al. High-temperature oxidation behaviour of B2 FeAl based alloy with Cr, Zr and B additions
Hebbale Microstructural characterization of Ni based cladding on SS-304 developed through microwave energy
Kishan et al. Electrochemical and hot corrosion analysis of novel AlBeSiTiV light weight HEA coating on SS316
Tian et al. Phase composition and formation mechanisms of a high-velocity electric arc-sprayed FeNiCrAl coating
RU2677575C1 (ru) Способ получения интерметаллических покрытий с использованием механохимического синтеза и последующей лазерной обработки
Burkov et al. Deposition of Ti–Ni–Zr–Mo–Al–C composite coatings on the Ti6Al4V alloy by electrospark alloying in a granule medium
Cui et al. Comparative analysis of tribological behavior of plasma-and high-velocity oxygen fuel-sprayed WC-10Co-4Cr coatings
Xu et al. Study of laser cladding Fe–Co duplex coating on copper substrate
Aryanto et al. Microstructure and oxidation resistance of Al50 (Fe–Cr)(50-x)(SiC) x composite coated low-carbon steel prepared by mechanical milling
Sakata et al. Microstructure control of thermally sprayed Co-based self-fluxing alloy coatings by diffusion treatment
Khandanjou et al. Influences of substrate temperature on microstructure and corrosion behavior of APS Ni50Ti25Al25 inter-metallic coating
Movahedi Mechanical and tribological behavior of Ni (Al)-reinforced nanocomposite plasma spray coatings

Legal Events

Date Code Title Description
TC4A Change in inventorship

Effective date: 20190307