RU2701699C1 - Method of obtaining wear-resistant coatings on surfaces of plates from aluminum alloy and copper - Google Patents

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to the technology of producing wear-resistant coatings on metals using explosive energy and can be used, for example, in production of friction pairs in the form of braking devices. A package with symmetrical arrangement between two identical plates from aluminum alloy of copper plate is made. Explosion welding is performed at preset plate collision rate. Thermal treatment of the welded billet is carried out to produce intermetallic diffusion interlayers between layers of aluminum alloy and copper. Billet is cooled in water solution of table salt with provision of spontaneous separation of layers from aluminum alloy from copper layer along diffusion intermetallic interlayers and formation on plates from aluminum alloy and copper of high-hard wear-resistant coatings consisting of intermetallides of aluminum-copper system.

EFFECT: as a result of one process cycle on two plates from aluminum alloy AMg6 one-sided wear-resistant coatings are obtained, and on copper plate – from its two sides.

1 cl, 1 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к технологии получения износостойких покрытий на металлах с помощью энергии взрывчатых веществ (ВВ) и может быть использовано, например, при изготовлении пар трения в виде тормозных устройств и т.п.The invention relates to a technology for the production of wear-resistant coatings on metals using the energy of explosives (BB) and can be used, for example, in the manufacture of friction pairs in the form of braking devices, etc.

Известен способ получения износостойких покрытий на алюминиевой и магниевой пластинах при котором составляют пакет из пластин из алюминия и магния с соотношением толщин 1:(0,67-3) при толщине пластины из алюминия, равной 2-3 мм. Сварку взрывом осуществляют при скорости детонации взрывчатого вещества 2250-3000 м/с, при этом высоту заряда взрывчатого вещества и сварочный зазор между свариваемыми пластинами выбирают из условия получения скорости соударения пластин, равной 540-650 м/с. Затем сваренную заготовку подвергают горячей прокатке при температуре 390-430°С с суммарным обжатием 40-70% при разовых обжатиях за каждый проход 8-10%. Полученную заготовку нагревают до температуры 410-430°С и выдерживают при этой температуре в течение 4-9 часов для образования в зоне соединения металлических слоев сплошной высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки. Заготовку охлаждают на воздухе и подвергают холодной прокатке с обжатием 2-4% для отделения алюминиевого слоя от магниевого по диффузионной интерметаллидной прослойке с формированием при этом на пластинах из алюминия и магния высокотвердых износостойких покрытий. За один технологический цикл на алюминиевой и магниевой пластинах одновременно получают износостойкие интерметаллидные покрытия со стабильной толщиной и твердостью (Патент РФ №2391191, МПК В23К 20/08, опубл. 10.06.2010, бюл. №16).A known method of obtaining wear-resistant coatings on aluminum and magnesium plates in which they make a package of plates of aluminum and magnesium with a ratio of thicknesses 1: (0.67-3) with a plate thickness of aluminum equal to 2-3 mm Explosion welding is carried out at an explosive detonation speed of 2250-3000 m / s, while the explosive charge height and the welding gap between the plates to be welded are selected from the condition for obtaining a plate collision speed of 540-650 m / s. Then the welded billet is subjected to hot rolling at a temperature of 390-430 ° C with a total compression of 40-70% with a single compression of each pass of 8-10%. The resulting preform is heated to a temperature of 410-430 ° C and maintained at this temperature for 4-9 hours to form a continuous high-hard intermetallic diffusion layer in the zone of the metal layers. The billet is cooled in air and subjected to cold rolling with a compression of 2-4% to separate the aluminum layer from the magnesium along the diffusion intermetallic layer with the formation of highly hard-wearing wear-resistant coatings on aluminum and magnesium plates. For one technological cycle, wear-resistant intermetallic coatings with stable thickness and hardness are simultaneously obtained on aluminum and magnesium plates (RF Patent No. 2391191, IPC V23K 20/08, published on 10.06.2010, bull. No. 16).

Данный способ имеет невысокий технический уровень, что обусловлено наличием в его технологическом процессе весьма трудоемкой операции горячей прокатки сваренной заготовки, а также дополнительной операции холодной прокатки, предназначенной для отделения алюминиевого слоя от магниевого по диффузионной интерметаллидной прослойке, которая может приводить к образованию трещин в интерметаллидных покрытиях, снижающих качество получаемой продукции. Кроме того, твердость покрытий, получаемых этим способом не превышает 5,2-5,5 ГПа, а это весьма ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении ряда тормозных устройств, пар трения и т.п.This method has a low technical level, due to the presence in its technological process of a very laborious operation of hot rolling of a welded billet, as well as an additional cold rolling operation designed to separate the aluminum layer from the magnesium layer along the diffusion intermetallic layer, which can lead to the formation of cracks in intermetallic coatings reducing the quality of the products. In addition, the hardness of the coatings obtained by this method does not exceed 5.2-5.5 GPa, and this greatly limits the possibility of using this method in the manufacture of a number of braking devices, friction pairs, etc.

Наиболее близким по техническому уровню и достигаемому результату является способ получения износостойких покрытий на поверхностях пластин из меди и магниевого сплава, при котором составляют двухслойный пакет, в котором плакирующая пластина выполнена из меди, а плакируемая - из магниевого сплава с заданным соотношением толщин, после чего сваривают его взрывом. Затем проводят термическую обработку сваренной заготовки при температуре 450-480°С в течение 6-10 часов для получения между слоями из меди и магниевого сплава сплошной высокотвердой интерметаллидной диффузионной прослойки, состоящей из меди и компонентов магниевого сплава. Полученную заготовку охлаждают в водном растворе поваренной соли с ее концентрацией 5-10%, что приводит к самопроизвольному отделению медного слоя от слоя из магниевого сплава по диффузионной интерметаллидной прослойке с формированием при этом на пластинах из меди и из магниевого сплава высокотвердых износостойких покрытий. Способ обеспечивает одновременное получение высокотвердых износостойких покрытий на пластинах из меди и из магниевого сплава с малой амплитудой волн на их наружных поверхностях. (Патент РФ №2679814, МПК В23К 20/08, опубл. 13.02.2019, бюл. №5 - прототип).The closest in technical level and the achieved result is a method of obtaining wear-resistant coatings on the surfaces of copper and magnesium alloy plates, in which a two-layer package is made in which the clad plate is made of copper and the clad plate is made of magnesium alloy with a given thickness ratio, and then welded its explosion. Then heat treatment of the welded billet is carried out at a temperature of 450-480 ° C for 6-10 hours to obtain a continuous high-hard intermetallic diffusion layer consisting of copper and components of a magnesium alloy between the layers of copper and magnesium alloy. The resulting billet is cooled in an aqueous solution of sodium chloride with its concentration of 5-10%, which leads to spontaneous separation of the copper layer from the magnesium alloy layer along the diffusion intermetallic layer with the formation of highly hard-wearing wear-resistant coatings on copper and magnesium alloy plates. The method provides the simultaneous production of high hardness wear-resistant coatings on plates made of copper and magnesium alloy with a small amplitude of the waves on their outer surfaces. (RF patent No. 2679814, IPC V23K 20/08, publ. 02/13/2019, bull. No. 5 - prototype).

Недостатком данного способа является невысокая твердость, не превышающая 2,7-2,8 ГПа, а, следовательно, и низкая износостойкость получаемых этим способом покрытий, а это весьма ограничивает возможности применения данного способа при изготовлении ряда тормозных устройств и других пар трения, где требуется с повышенная долговечность. Кроме того, этим способом невозможно за один технологический цикл одновременно получать односторонние покрытия на пластинах из алюминиевого сплава и двусторонние - на пластинах из меди.The disadvantage of this method is the low hardness not exceeding 2.7-2.8 GPa, and, consequently, the low wear resistance of the coatings obtained by this method, and this greatly limits the possibilities of using this method in the manufacture of a number of brake devices and other friction pairs, where required with increased durability. In addition, in this way it is impossible in one technological cycle to simultaneously obtain one-sided coatings on aluminum alloy plates and two-sided coatings on copper plates.

В связи с этим важнейшей задачей является создание нового способа одновременного получения (за один технологический цикл) односторонних износостойких покрытий на двух пластинах из алюминиевого сплава и двусторонних - на медной пластине с значительно большей, чем у покрытий по прототипу твердостью, по новой технологической схеме формирования состава и свойств интерметаллидных диффузионных прослоек между металлическими слоями.In this regard, the most important task is to create a new method for the simultaneous production (in one technological cycle) of one-sided wear-resistant coatings on two plates of aluminum alloy and two-sided - on a copper plate with significantly higher hardness than coatings of the prototype, according to a new technological scheme for forming the composition and the properties of intermetallic diffusion layers between metal layers.

Техническим результатом заявленного способа является создание новой технологии, обеспечивающей с помощью сварки взрывом на оптимальных режимах двух пластин из алюминиевого сплава с расположенной между ними медной пластиной и последующих термических воздействий на сваренную трехслойную заготовку путем создания в сваренной и термически обработанной заготовке благоприятной системы внутренних напряжений в процессе ее охлаждения в водном растворе поваренной соли с оптимальной концентрацией последней, одновременное получение на двух пластинах из алюминиевого сплава односторонних высокотвердых износостойких покрытий, а на медной пластине - двусторонних, с значительно большей твердостью, чем у покрытий по прототипу, не склонных при этом к отслаиванию от металлов как в процессе ускоренного охлаждения в процессе операции разделения выращенных интерметаллидных диффузионных прослоек, так и в процессе эксплуатации изделий с полученными покрытиями в парах трения.The technical result of the claimed method is the creation of a new technology that ensures, using explosion welding, at optimal conditions, two aluminum alloy plates with a copper plate located between them and subsequent thermal effects on the welded three-layer billet by creating a favorable system of internal stresses in the welded and heat-treated billet in the process its cooling in an aqueous solution of sodium chloride with an optimal concentration of the latter, simultaneous production on two aluminum alloy plates of one-sided high hardness wear-resistant coatings, and on a copper plate - double-sided, with significantly higher hardness than that of the prototype coatings, not prone to peeling from metals both during accelerated cooling during the separation operation of grown intermetallic diffusion layers, and during the operation of products with coatings obtained in friction pairs.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения износостойких покрытий на поверхностях пластин из алюминиевого сплава и меди, включающем составление пакета из металлических пластин, размещение над ним заряда взрывчатого вещества (ВВ), осуществление сварки взрывом, термическую обработку сваренной заготовки для получения между металлическими слоями интерметаллидной диффузионной прослойки с последующим разделением полученной заготовки по этой прослойке путем охлаждения ее в водном растворе поваренной соли с формированием при этом на поверхностях разнородных металлических пластин износостойких покрытий, упомянутый пакет составляют с симметричным размещением между двумя одинаковыми пластинами из алюминиевого сплава (метаемые пластины) медной пластины, соотношение толщин метаемых пластин и медной пластины в пакете выбирают равным 1:(1-3) при толщине каждой метаемой пластины равной 2-5 мм, при этом используют одинаковые заряды ВВ, которые располагают с двух сторон пакета на поверхностях метаемых пластин, и осуществляют сварку взрывом при одновременном инициировании в упомянутых зарядах ВВ процесса детонации со скоростью в каждом из них, равной 2200-2580 м/с, при этом высоту зарядов ВВ и сварочные зазоры между соединяемыми металлами выбирают из условия получения скорости соударения метаемых пластин с пластиной из меди в пределах 430-500 м/с, причем термическую обработку сваренной заготовки для получения между слоями из алюминиевого сплава и меди сплошных высокотвердых интерметаллидных диффузионных прослоек из алюминия и меди проводят при температуре 350-530°С в течение 5-30 ч, затем ее охлаждают в водном растворе поваренной соли с концентрацией последней от 15 до 20%, что обеспечивает самопроизвольное отделение слоев из алюминиевого сплава от медного слоя по диффузионным интерметаллидным прослойкам с формированием при этом на пластинах из алюминиевого сплава и меди высокотвердых износостойких покрытий, состоящих из интерметаллидов системы алюминий-медь. При реализации способа используют метаемые пластины из алюминиевого сплава АМг6, каждая из которых содержит с двух сторон слои из алюминия АД1 с толщиной каждого из них 0,2-0,3 мм.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed method for the production of wear-resistant coatings on the surfaces of aluminum alloy and copper plates, which includes composing a package of metal plates, placing an explosive charge (BB) above it, performing explosion welding, and heat treating the welded workpiece to obtain between metal layers of the intermetallic diffusion layer with the subsequent separation of the obtained workpiece on this layer by cooling it in an aqueous solution salt with the formation on the surfaces of dissimilar metal plates of wear-resistant coatings, the said package is composed with a symmetrical placement between two identical aluminum alloy plates (throwing plates) of a copper plate, the ratio of the thickness of the throwing plates and the copper plate in the package is chosen equal to 1: (1- 3) with a thickness of each missile plate equal to 2-5 mm, using the same explosive charges, which are located on both sides of the package on the surfaces of the missile plates, and carry out welding ohm, while simultaneously initiating the detonation process in the above-mentioned explosive charges with a velocity in each of them equal to 2200-2580 m / s, while the height of the explosive charges and welding gaps between the metals to be joined are selected from the condition of obtaining the collision speed of the missile plates with the copper plate within 430-500 m / s, and the heat treatment of the welded billet to obtain between the layers of aluminum alloy and copper continuous high-hard intermetallic diffusion layers of aluminum and copper is carried out at a temperature of 350-530 ° C for 5-30 then it is cooled in an aqueous solution of sodium chloride with a concentration of the latter from 15 to 20%, which ensures spontaneous separation of the layers of aluminum alloy from the copper layer by diffusion intermetallic interlayers with the formation of highly hard-wearing wear-resistant coatings on aluminum alloy and copper plates, consisting of intermetallic system aluminum-copper. When implementing the method, throwable plates of aluminum alloy AMg6 are used, each of which contains AD1 aluminum layers on both sides with a thickness of 0.2-0.3 mm each.

Новый способ получения износостойких покрытий на поверхностях пластин из алюминиевого сплава и меди имеет существенные отличия по сравнению с прототипом как по используемым материалам, составу и свойствам получаемых покрытий, так и по совокупности технологических приемов и режимов их получения. Так предложено составлять пакет из металлических пластин с симметричным размещением между двумя одинаковыми пластинами из алюминиевого сплава (метаемые пластины) медной пластины, соотношение толщин метаемых пластин и медной пластины в пакете предложено выбирать равным 1:(1-3) при толщине каждой метаемой пластины равной 2-5 мм, что создает необходимые условия для получения качественных сварных соединений разнородных металлических слоев и получения при последующей термической обработке на межслойных границах трех сваренных металлических пластин сплошных высокотвердых интерметаллидных диффузионных прослоек, состоящих из алюминия и меди. При толщине метаемых пластин менее 2 мм возможны их неконтролируемые деформации при сварке взрывом, а также в процессе разделения металлических слоев. При толщине этих пластин более 5 мм возможно появление оплавов в зонах соединения слоев при сварке взрывом, что снижает качество получаемых покрытий. При соотношении толщин метаемых пластин и медной пластины в пакете, выходящим за рекомендованные пределы, возможно снижение качества получаемой продукции, либо увеличение доли металла, идущего в отходы после сварки взрывом. Симметричное размещение одинаковых метаемых пластин относительно медной пластины в пакете обеспечивает одинаковое качество сварных соединений с двух ее сторон, благодаря одинаковым условиям формирования сварных соединений на межслойных границах, способствует получению покрытий высокого качества, снижает вероятность неконтролируемых деформаций при последующей сварке взрывом.A new method for producing wear-resistant coatings on the surfaces of aluminum alloy and copper plates has significant differences compared with the prototype both in the materials used, the composition and properties of the resulting coatings, and in the combination of technological methods and modes of their production. It is proposed to make a package of metal plates with a symmetrical placement between two identical aluminum alloy plates (throwing plates) of a copper plate, it is proposed to choose the ratio of the thickness of the throwing plates and the copper plate in the package to be 1: (1-3) with a thickness of each throwable plate equal to 2 -5 mm, which creates the necessary conditions for obtaining high-quality welded joints of dissimilar metal layers and for subsequent heat treatment at the interlayer boundaries of three metal welded highly rigid plate continuous intermetallic diffusion layers consisting of aluminum and copper. When the thickness of the throwing plates is less than 2 mm, their uncontrolled deformation is possible during explosion welding, as well as in the process of separation of metal layers. When the thickness of these plates is more than 5 mm, the appearance of melts in the zones of connection of the layers during explosion welding, which reduces the quality of the resulting coatings. When the ratio of the thicknesses of the plates being thrown and the copper plate in a bag that exceeds the recommended limits, it is possible to reduce the quality of the products obtained, or to increase the proportion of metal that goes to waste after explosion welding. The symmetrical placement of the same throwable plates relative to the copper plate in the bag ensures the same quality of welded joints on both sides, due to the same conditions for the formation of welded joints at the interlayer boundaries, it contributes to the production of high-quality coatings, reduces the likelihood of uncontrolled deformations during subsequent explosion welding.

Предложено при сварке взрывом пакета из металлических пластин использовать одинаковые заряды ВВ, располагать их с двух сторон пакета на поверхностях метаемых пластин, и осуществлять сварку взрывом при одновременном инициировании в упомянутых зарядах ВВ процесса детонации со скоростью в каждом из них, равной 2200-2580 м/с, при этом высоту зарядов ВВ и сварочные зазоры между соединяемыми металлами предложено выбирать из условия получения скорости соударения метаемых пластин с пластиной из меди в пределах 430-500 м/с. Применение одинаковых зарядов ВВ в сочетании с одновременным инициированием в зарядах ВВ процесса детонации обеспечивают одинаковые скоростные режимы метаемых пластин, что, в свою очередь, обеспечивает одинаковое высокое качество сварных соединений с двух сторон медной пластины, способствует недопущению неконтролируемых деформаций металлических пластин при сварке взрывом.It is proposed to use the same explosive charges during explosion welding of a package of metal plates, place them on both sides of the package on the surfaces of the plates being thrown, and carry out explosion welding while simultaneously initiating the detonation process in the explosive charges at a speed in each of them equal to 2200-2580 m / s, while the height of the explosive charges and welding gaps between the metals to be joined are proposed to be selected from the conditions for obtaining the collision speed of the throwing plates with the copper plate within 430-500 m / s. The use of the same explosive charges in combination with the simultaneous initiation of the detonation process in the explosive charges ensures the same high-speed modes of the throwing plates, which, in turn, ensures the same high quality of welded joints on both sides of the copper plate, helps to prevent uncontrolled deformation of metal plates during explosion welding.

При скорости детонации в каждом заряде ВВ и скорости соударения пластин в пакете ниже нижних предлагаемых пределов в зонах соединения пластин возможно появление непроваров, что приводит к невозможности дальнейшего использования полученных заготовок. При скорости детонации ВВ и скорости соударения пластин выше верхних предлагаемых пределов в зонах их соединения возможно появление обширных оплавленных зон, а также может происходить избыточное волнообразование, что исключает возможность получения качественных износостойких покрытий на металлических поверхностях со стабильной толщиной. Кроме того, это приводит к неоправданно высокому расходу взрывчатых материалов в расчете на единицу продукции.When the detonation velocity in each explosive charge and the collision velocity of the plates in the package are lower than the proposed limits, the formation of incomplete fusion in the plate connection zones is possible, which makes it impossible to further use the obtained blanks. At the detonation velocity of explosives and the collision velocity of the plates above the upper suggested limits, extensive melted zones may appear in the zones of their connection, and excessive wave formation can occur, which excludes the possibility of obtaining high-quality wear-resistant coatings on metal surfaces with a stable thickness. In addition, this leads to an unreasonably high consumption of explosive materials per unit of production.

Предложено термическую обработку сваренной заготовки проводить при температуре 350-530°С в течение 5-30 ч для получения между слоями из алюминиевого сплава и меди сплошных высокотвердых интерметаллидных диффузионных прослоек, состоящих из алюминия и меди. При температуре и времени выдержки ниже нижних предлагаемых пределов толщина получаемых диффузионных интерметаллидных прослоек оказывается недостаточной, что снижает служебные свойства получаемых изделий. Температура и время выдержки выше верхних предлагаемых пределов являются избыточными, поскольку при этом может происходить заметное ухудшение механических свойств металлических слоев из-за происходящих в них процессов рекристаллизации.It is proposed that heat treatment of the welded billet be carried out at a temperature of 350-530 ° C for 5-30 hours to obtain continuous high hardness intermetallic diffusion layers consisting of aluminum and copper between the layers of aluminum alloy and copper. At a temperature and exposure time below the lower proposed limits, the thickness of the resulting diffusion intermetallic layers is insufficient, which reduces the service properties of the resulting products. The temperature and exposure time above the upper proposed limits are excessive, since there may be a noticeable deterioration in the mechanical properties of the metal layers due to recrystallization processes occurring in them.

Предложено термически обработанную заготовку охлаждать в водном растворе поваренной соли с концентрацией последней от 15 до 20%, для обеспечения самопроизвольного отделения слоев из алюминиевого сплава от медного слоя по диффузионным интерметаллидным прослойкам с формированием при этом на пластинах из алюминиевого сплава и меди высокотвердых износостойких покрытий, состоящих из интерметаллидов системы алюминий-медь.It is proposed to cool a heat-treated preform in an aqueous solution of sodium chloride with a concentration of the latter from 15 to 20%, to ensure spontaneous separation of the layers of aluminum alloy from the copper layer along diffusion intermetallic interlayers with the formation of highly hard-wearing wear-resistant coatings on aluminum alloy and copper plates consisting of from intermetallic compounds of aluminum-copper system.

Охлаждение заготовки после термообработки в водном растворе поваренной соли с предложенной концентрацией последней обеспечивает самопроизвольное, без дополнительных силовых воздействий, отделение слоев из алюминиевого сплава от медного по интерметаллидным диффузионным прослойкам с формированием при этом на пластинах из алюминиевого сплава и меди высокотвердых износостойких покрытий высокого качества. Концентрация поваренной соли в ее водном растворе менее 15% является недостаточной, поскольку при этом может происходить лишь частичное разделение металлических слоев. Ее концентрация более 20% является избыточной, поскольку это приводит к излишнему расходу этой соли в расчете на единицу продукции.The billet cooling after heat treatment in an aqueous solution of sodium chloride with the proposed concentration of the latter provides spontaneous, without additional force, separating aluminum alloy from copper layers by intermetallic diffusion layers with the formation of high-quality wear-resistant high-quality coatings on aluminum alloy and copper plates. A concentration of sodium chloride in its aqueous solution of less than 15% is insufficient, since only partial separation of the metal layers can occur. Its concentration of more than 20% is excessive, since this leads to an excessive consumption of this salt per unit of production.

Предложено использовать метаемые пластины из алюминиевого сплава АМг6, каждая из которых содержит с двух сторон слои из алюминия АД1 с толщиной каждого из них 0,2-0,3 мм, что обеспечивает высокую прочность получаемых изделий, необходимую при их эксплуатации. Алюминиевые слои обеих пластин из алюминиевого сплава, приваренные к медной пластине взаимодействуют с медью при термической обработке, что способствует получению интерметаллидных прослоек необходимого состава, а это, в свою очередь, обеспечивает высокую твердость и износостойкость получаемых покрытий. Остальные алюминиевые слои обеспечивает защиту наружных поверхностей полученных изделий от коррозионного воздействия окружающей среды. Толщина алюминиевых слоев менее 0,2 мм приводит к снижению качества получаемых покрытий из-за появления в них нежелательных фаз, а также к снижению защитных свойств наружных поверхностей алюминиевых пластин с нанесенными на них покрытиями. Толщина слоев из алюминия АД1 на поверхностях сплава АМг6 более 0,3 мм является избыточной, поскольку это приводит к снижению удельной прочности пластин из алюминиевого сплава с нанесенными на них покрытиями.It is proposed to use throwable plates made of aluminum alloy AMg6, each of which contains on both sides layers of aluminum AD1 with a thickness of each of them 0.2-0.3 mm, which ensures high strength of the products obtained, necessary for their operation. The aluminum layers of both aluminum alloy plates welded to a copper plate interact with copper during heat treatment, which contributes to the production of intermetallic layers of the required composition, and this, in turn, provides high hardness and wear resistance of the resulting coatings. The remaining aluminum layers provides protection of the outer surfaces of the obtained products from the corrosive effects of the environment. The thickness of aluminum layers less than 0.2 mm leads to a decrease in the quality of the resulting coatings due to the appearance of undesirable phases in them, as well as to a decrease in the protective properties of the outer surfaces of aluminum plates coated with coatings. The thickness of the layers of aluminum AD1 on the surfaces of the alloy AMg6 more than 0.3 mm is excessive, since this leads to a decrease in the specific strength of the plates of aluminum alloy coated with coatings.

Предлагаемый способ получения износостойких покрытий на поверхностях пластин из алюминиевого сплава и меди осуществляется в следующей последовательности. Очищают от окислов и загрязнений свариваемые поверхности металлических пластин, после чего составляют трехслойный пакет с симметричным размещением между двумя одинаковыми пластинами из алюминиевого сплава (метаемые пластины) медной пластины, соотношение толщин метаемых пластин и медной пластины в пакете выбирают равным 1:(1-3) при толщине каждой метаемой пластины равной 2-5 мм. Пластины в пакете располагают параллельно друг другу на расстоянии одинаковых технологических сварочных зазоров. Располагают с двух сторон пакета на поверхностях метаемых пластин защитные прослойки из высокоэластичного материала, например, из резины, с одинаковыми зарядами ВВ, располагают полученную сборку вертикально на песчаном грунте и осуществляют сварку взрывом полученной при этом сборки путем одновременного взрыва зарядов ВВ с помощью электродетонатора и двух отрезков детонирующих шнуров равной длины. Скорость детонации каждого заряда ВВ должна быть равной 2200-2580 м/с, при этом их высоту, а также сварочные зазоры между соединяемыми металлами выбирают из условия получения скорости соударения метаемых пластин с пластиной из меди в пределах 430-500 м/с. Затем сваренную заготовку подвергают термической обработке, для чего ее нагревают до температуры 350-530°С, например, в электропечи и выдерживают при этой температуре в течение 5-30 ч для образования в зоне соединения металлических слоев сплошных высокотвердых интерметаллидных диффузионных прослоек. Затем полученную заготовку охлаждают в водном растворе поваренной соли с концентрацией последней от 15 до 20%, что приводит к самопроизвольному отделению слоев из алюминиевого сплава от медного по интерметаллидным диффузионным прослойкам с формированием при этом на пластинах из алюминиевого сплава и меди высокотвердых износостойких покрытий, состоящих из интерметаллидов системы алюминий-медь.The proposed method of obtaining wear-resistant coatings on the surfaces of plates of aluminum alloy and copper is carried out in the following sequence. The welded surfaces of metal plates are cleaned from oxides and contaminants, after which they make up a three-layer bag with a symmetrical placement between two identical aluminum alloy plates (throwable plates) of a copper plate, the ratio of thicknesses of the plates to be wound and the copper plate in the bag is chosen equal to 1: (1-3) with a thickness of each throwable plate equal to 2-5 mm. The plates in the bag are placed parallel to each other at a distance of the same technological welding gaps. Protective layers of highly elastic material, for example, rubber, with the same explosive charges are placed on both sides of the package on the surfaces of the plates being thrown, the assembly is arranged vertically on sandy soil and explosion welding of the assembly obtained by simultaneous explosion of explosive charges using an electric detonator and two pieces of detonating cords of equal length. The detonation velocity of each explosive charge should be equal to 2200-2580 m / s, while their height, as well as the welding gaps between the metals to be joined, are selected from the condition for obtaining the collision speed of the throwing plates with a copper plate within 430-500 m / s. Then, the welded billet is subjected to heat treatment, for which it is heated to a temperature of 350-530 ° C, for example, in an electric furnace and kept at this temperature for 5-30 hours to form continuous highly hard intermetallic diffusion interlayers in the joint zone of the metal layers. Then, the obtained preform is cooled in an aqueous solution of sodium chloride with a concentration of the latter from 15 to 20%, which leads to spontaneous separation of the layers of aluminum alloy from copper by intermetallic diffusion layers with the formation of highly hard-wearing wear-resistant coatings on aluminum alloy and copper plates, consisting of intermetallic system aluminum-copper.

В результате одного технологического цикла на двух пластинах из алюминиевого сплава АМг6 получают односторонние износостойкие покрытия, а на медной пластине - с двух ее сторон. Их твердость значительно превосходит твердость покрытий на металлических пластинах, получаемых по прототипу. На всех пластинах твердость у всех поверхностных слоев полученных покрытий примерно одинаковая и равна 11-12 ГПа, что в 4-4,4 раза больше, чем у покрытий по прототипу. В глубине, вплоть до границ с металлами алюминиевого сплава, твердость покрытий равна 6-7 ГПа, что в 2,1-2,5 раза выше, чем у покрытий по прототипу, а до границ с металлом медной пластины твердость обоих покрытий равна 7-9 ГПа, что в 2,5-3,3 раза выше, чем у покрытий по прототипу. Благодаря переменной твердости покрытий по их толщине, снижающейся по мере приближения к металлу, полученные покрытия не склонны к отслаиванию от металла как в процессе ускоренного охлаждения в процессе операции разделения выращенных интерметаллидных диффузионных прослоек, так и в процессе эксплуатации полученных материалов в парах трения. Толщина покрытий на пластинах из алюминиевого сплава составляет около 60% средней толщины диффузионной интерметаллидной прослойки. Толщина каждого покрытия на медной пластине - около 40%.As a result of one technological cycle, on two plates of AMg6 aluminum alloy one-sided wear-resistant coatings are obtained, and on a copper plate - on its two sides. Their hardness significantly exceeds the hardness of coatings on metal plates obtained by the prototype. On all plates, the hardness of all surface layers of the resulting coatings is approximately the same and equal to 11-12 GPa, which is 4-4.4 times greater than that of the coatings of the prototype. In depth, up to the boundaries with aluminum alloy metals, the hardness of the coatings is 6-7 GPa, which is 2.1-2.5 times higher than that of the prototype coatings, and the hardness of both coatings is 7- up to the boundaries with the copper plate metal 9 GPa, which is 2.5-3.3 times higher than that of the prototype coatings. Due to the varying hardness of the coatings by their thickness, which decreases as they approach the metal, the resulting coatings are not prone to peeling from the metal both during accelerated cooling during the separation of grown intermetallic diffusion layers and during operation of the obtained materials in friction pairs. The thickness of coatings on aluminum alloy plates is about 60% of the average thickness of the diffusion intermetallic layer. The thickness of each coating on a copper plate is about 40%.

Пример 1 (см. таблицу, пример 1). Для составления трехслойного пакета под сварку взрывом берут две пластины из алюминиевого сплава АМг6, каждая из которых содержит с двух ее сторон слои из алюминия АД1 с толщиной каждого из них 0,2-0,3 мм, третья пластина - из меди M1 и очищают их соединяемые поверхности от окислов и загрязнений. Размеры метаемых пластин: длина 300 мм, ширина 200 мм, толщина δ₁=2 мм. У пластины из меди длина и ширина такие же, а также и ее толщина δ₂=2 мм, при этом соотношение толщин δ₁:δ₂=1:1. Медную пластину в пакете располагают симметрично относительно метаемых пластин, которые устанавливают параллельно друг другу на расстоянии одинаковых технологических сварочных зазоров. Для сварки взрывом выбираем взрывчатое вещество со скоростью детонации D_BB=2200 м/с, представляющее собой порошкообразный аммонит 6ЖВ. Взрывчатое вещество помещают в два одинаковых контейнера, например из электрокартона, длиной 340 мм, шириной 240 мм, с обеспечением высоты каждого заряда ВВ Н_вв=10 мм. Из предлагаемого диапазона выбираем необходимую для надежной сварки скорость соударения V_c=430 м/с. Для обеспечения такой скорости с помощью компьютерной технологии, с учетом указанных выше параметров ВВ и свариваемых пластин, определяем величину необходимых сварочных зазоров h между медной пластиной и метаемыми алюминиевыми пластинами. Величина каждого из них в данном случае равна: h=0,8 мм. Располагают с двух сторон пакета на поверхностях метаемых пластин защитные прослойки из высокоэластичного материала толщиной 1 мм, например, из резины, с одинаковыми зарядами ВВ, размещают полученную сборку вертикально на песчаном грунте и осуществляют сварку взрывом полученной при этом сборки путем одновременного взрыва зарядов ВВ с помощью электродетонатора и двух отрезков детонирующих шнуров равной длины. Направление детонации - вдоль свариваемого пакета. У сваренного трехслойного пакета, например, на фрезерном станке, обрезают боковые кромки с краевыми эффектами. Ширина удаленных кромок - по 10 мм каждой стороны сваренной заготовки.Example 1 (see table, example 1). To make a three-layer package for explosion welding, two plates of aluminum alloy AMg6 are taken, each of which contains on its two sides layers of aluminum AD1 with a thickness of each of them 0.2-0.3 mm, the third plate is made of copper M1 and cleaned connected surfaces from oxides and contaminants. The dimensions of the throwing plates: length 300 mm, width 200 mm, thickness δ ₁ = 2 mm. The copper plate has the same length and width, as well as its thickness δ ₂ = 2 mm, while the ratio of thicknesses is δ ₁ : δ ₂ = 1: 1. The copper plate in the bag is placed symmetrically with respect to the throwing plates, which are installed parallel to each other at a distance of the same technological welding gaps. For explosion welding, we select an explosive with a detonation velocity of D _BB = 2200 m / s, which is a powdery ammonite 6ZHV. Explosive placed in two identical containers, such as pressboard, length 340 mm, width 240 mm, height ensuring each explosive charge _cc H = 10 mm. From the proposed range, we select the impact velocity V _c = 430 m / s necessary for reliable welding. To ensure this speed using computer technology, taking into account the above parameters of the explosive and the welded plates, we determine the value of the necessary welding gaps h between the copper plate and the aluminum to be thrown. The value of each of them in this case is equal to: h = 0.8 mm. On both sides of the bag, protective layers of highly elastic material 1 mm thick, for example, rubber, with the same explosive charges are placed, the assembly obtained is placed vertically on sandy ground, and explosion welding of the assembly obtained by simultaneous explosion of explosive charges is carried out using an electric detonator and two pieces of detonating cords of equal length. The direction of detonation is along the welded package. In a welded three-layer package, for example, on a milling machine, side edges with edge effects are cut off. The width of the removed edges is 10 mm on each side of the welded workpiece.

Термическую обработку сваренной заготовки проводят, например, в муфельной электропечи в специальном герметичном контейнере из коррозионностойкой стали при температуре 530°С в течение 5 ч, что приводит к образованию в зоне соединения металлических слоев сплошных высокотвердых интерметаллидных диффузионных прослоек толщиной около 0,06 мм. Затем полученную заготовку охлаждают в водном растворе поваренной соли с концентрацией К=15%, что приводит к самопроизвольному отделению обоих слоев из алюминиевого сплава от медного слоя по диффузионным интерметаллидным прослойкам с формированием при этом на пластинах из алюминиевого сплава и меди высокотвердых износостойких покрытий, состоящих из интерметаллидов системы алюминий медь.Heat treatment of the welded billet is carried out, for example, in a muffle electric furnace in a special airtight container made of corrosion-resistant steel at a temperature of 530 ° C for 5 hours, which leads to the formation of continuous highly hard intermetallic diffusion interlayers with a thickness of about 0.06 mm in the joint zone of metal layers. Then, the obtained preform is cooled in an aqueous solution of sodium chloride with a concentration of K = 15%, which leads to spontaneous separation of both layers of aluminum alloy from the copper layer along diffusion intermetallic interlayers with the formation of high-hardness wear-resistant coatings on aluminum alloy and copper plates, consisting of intermetallic system aluminum copper.

В результате получают покрытия сразу на трех пластинах, две из которых из алюминиевого сплава АМг6, третья - из меди, имеющие длину 280 мм, ширину 180 мм, толщину, близкую к исходной. Сплошные высокотвердые износостойкие интерметаллидные покрытия нанесены с одной стороны каждой из двух пластин из алюминиевого сплава. Покрытия с аналогичным составом нанесены также с двух сторон медной пластины. Твердость всех покрытий на их наружных поверхностях одинаковая и равна 11-12 ГПа, что в 4-4,4 раза больше, чем у покрытий по прототипу. В глубине, вплоть до границ с металлом пластин из алюминиевого сплава, твердость покрытий равна 6-7 ГПа, что в 2,1-2,5 раз выше, чем у покрытий по прототипу, а до границ с металлом медной пластины твердость покрытий равна 7-9 ГПа, что в 2,5-3,3 раза выше, чем у покрытий по прототипу. Благодаря переменной твердости покрытий по их толщине, снижающейся по мере приближения к металлу, полученные покрытия не склонны к отслаиванию от металла как в процессе ускоренного охлаждения в процессе операции разделения выращенной интерметаллидной диффузионной прослойки, так и в процессе эксплуатации полученных материалов в парах трения. Толщина покрытия на каждой пластине из алюминиевого сплава около 0,035 мм, на медной пластине их толщина - около 0,025 мм, что обеспечивает у них возможность достаточно длительной эксплуатации в парах трения.As a result, coatings are obtained immediately on three plates, two of which are made of aluminum alloy AMg6, and the third is made of copper, having a length of 280 mm, a width of 180 mm, and a thickness close to the original. Continuous, high-hard, wear-resistant intermetallic coatings are applied on one side of each of the two aluminum alloy plates. Coatings with a similar composition are also applied on both sides of the copper plate. The hardness of all coatings on their outer surfaces is the same and equal to 11-12 GPa, which is 4-4.4 times greater than that of the coatings of the prototype. In depth, up to the boundaries with aluminum metal plates, the hardness of the coatings is 6-7 GPa, which is 2.1-2.5 times higher than that of the prototype coatings, and up to the borders with the copper plate metal, the hardness of the coatings is 7 -9 GPa, which is 2.5-3.3 times higher than that of the prototype coatings. Due to the varying hardness of the coatings over their thickness, which decreases as they approach the metal, the resulting coatings are not prone to peeling off from the metal both during accelerated cooling during the separation of the grown intermetallic diffusion layer and during operation of the obtained materials in friction pairs. The coating thickness on each plate of aluminum alloy is about 0.035 mm, on a copper plate their thickness is about 0.025 mm, which provides them with the possibility of a sufficiently long-term operation in friction pairs.

Пример 2 (см. таблицу, пример 2).Example 2 (see table, example 2).

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина метаемых пластин из алюминиевого сплава АМг6 δ₁=3,5 мм. У пластины из меди M1 толщина δ₂=7 мм, при этом соотношение их толщин δ₁:δ₂=1:2. Для сварки взрывом выбираем ВВ со скоростью детонации D_BB=2310 м/с, представляющее собой смесь порошкообразного аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 3:1, Н_вв=15 мм, скорость соударения V_c=460 м/с, сварочные зазоры h=2 мм.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of the throwing plates of aluminum alloy AMg6 δ ₁ = 3.5 mm A copper plate M1 has a thickness of δ ₂ = 7 mm, and the ratio of their thicknesses is δ ₁ : δ ₂ = 1: 2. For explosion welding select BB at a speed of detonation D _BB = 2310 m / s, which is a mixture of the powdered ammonite 6GV with ammonium nitrate in the ratio 3: 1, H _cc = 15 mm and impact speed V _c = 460 m / s, the welding gap h = 2 mm.

Термическую обработку сваренной заготовки проводят, при температуре 450°С в течение 12 ч, что приводит к образованию в зонах соединения металлических слоев сплошных высокотвердых интерметаллидных диффузионных прослоек толщиной около 0,04 мм.Heat treatment of the welded billet is carried out at a temperature of 450 ° C for 12 hours, which leads to the formation of continuous highly hard intermetallic diffusion interlayers with a thickness of about 0.04 mm in the zones of the metal layers.

Для самопроизвольного отделения обоих слоев из алюминиевого сплава от медного слоя по интерметаллидным диффузионным прослойкам полученную заготовку охлаждают в водном растворе поваренной соли с ее концентрацией К=18%. Результаты получения покрытий на металлических пластинах те же, что в примере 1, но толщина покрытия на каждой пластине из алюминиевого сплава - около 0,024 мм, на медной пластине их толщина - около 0,016 мм.For spontaneous separation of both layers of aluminum alloy from the copper layer through intermetallic diffusion layers, the resulting preform is cooled in an aqueous solution of sodium chloride with its concentration K = 18%. The results of coatings on metal plates are the same as in example 1, but the coating thickness on each aluminum alloy plate is about 0.024 mm, and on the copper plate their thickness is about 0.016 mm.

Пример 3 (см. таблицу, пример 3).Example 3 (see table, example 3).

То же, что в примере 1, но внесены следующие изменения. Толщина метаемых пластин из алюминиевого сплава АМг6 δ₁=5 мм. У медной пластины толщина δ₂=15 мм, при этом соотношение их толщин δ₁:δ₂=1:3. Для сварки взрывом выбираем ВВ со скоростью детонации D_BB=2580 м/с, представляющее собой смесь порошкообразного аммонита 6ЖВ с аммиачной селитрой в соотношении 3:1, Н_вв=20 мм, скорость соударения V_c=500 м/с, сварочные зазоры h=3 мм.The same as in example 1, but the following changes. The thickness of the throwing plates of aluminum alloy AMg6 δ ₁ = 5 mm The thickness of the copper plate is δ ₂ = 15 mm, and the ratio of their thicknesses is δ ₁ : δ ₂ = 1: 3. For explosion welding select BB at a speed of detonation D _BB = 2580 m / s, which is a mixture of the powdered ammonite 6GV with ammonium nitrate in the ratio 3: 1, H _cc = 20 mm and impact speed V _c = 500 m / s, the welding gap h = 3 mm.

Термическую обработку сваренной заготовки проводят, при температуре 350°С в течение 30 ч, что приводит к образованию в зонах соединения металлических слоев сплошных высокотвердых интерметаллидных диффузионных прослоек толщиной около 0,033 мм.Heat treatment of the welded billet is carried out at a temperature of 350 ° C for 30 h, which leads to the formation of continuous highly hard intermetallic diffusion interlayers with a thickness of about 0.033 mm in the zones of the metal layers.

Для самопроизвольного отделения обоих слоев из алюминиевого сплава от медного слоя по интерметаллидным диффузионным прослойкам полученную заготовку охлаждают в водном растворе поваренной соли с ее концентрацией 20%. Результаты получения покрытий на металлических пластинах те же, что в примере 1, но толщина покрытий на каждой пластине из алюминиевого сплава - около 0,02 мм, на медной пластине толщина каждого покрытия - около 0,013 мм.For spontaneous separation of both layers of aluminum alloy from the copper layer through intermetallic diffusion layers, the resulting preform is cooled in an aqueous solution of sodium chloride with its concentration of 20%. The results of coatings on metal plates are the same as in example 1, but the thickness of the coatings on each plate of aluminum alloy is about 0.02 mm, on a copper plate the thickness of each coating is about 0.013 mm.

При получении покрытий на металлических пластинах по прототипу (см. таблицу, пример 4) за один технологический цикл формируют износостойкие покрытия всего лишь на двух металлических пластинах, одна из которых - из меди, другая - из магниевого сплава МА20 с твердостью 2,7-2,8 ГПа, что в 2,1-4,4 раза ниже, чем у покрытий на пластинах из алюминиевого сплава, полученных по предлагаемому способу, а в сравнении с двусторонними покрытиями, полученными по предлагаемому способу на медной пластине - ниже в 2,5-4,4 раза.Upon receipt of coatings on metal plates according to the prototype (see table, example 4), wear-resistant coatings are formed on only two metal plates in one technological cycle, one of which is made of copper, the other is made of MA20 magnesium alloy with a hardness of 2.7-2 8 GPa, which is 2.1-4.4 times lower than that of coatings on aluminum alloy plates obtained by the proposed method, and in comparison with double-sided coatings obtained by the proposed method on a copper plate is lower by 2.5 -4.4 times.

Claims (2)

1. Способ получения износостойких покрытий на поверхностях пластин из алюминиевого сплава и меди, включающий составление пакета из металлических пластин, размещение над ним заряда взрывчатого вещества (ВВ), осуществление сварки взрывом, термическую обработку сваренной заготовки для получения между металлическими слоями интерметаллидной диффузионной прослойки с последующим разделением полученной заготовки по этой прослойке путем охлаждения ее в водном растворе поваренной соли с формированием при этом на поверхностях разнородных металлических пластин износостойких покрытий, отличающийся тем, что упомянутый пакет составляют с симметричным размещением медной пластины между двумя одинаковыми метаемыми пластинами из алюминиевого сплава, причем соотношение толщин метаемых пластин и медной пластины в пакете выбирают равным 1:(1-3) при толщине каждой метаемой пластины, равной 2-5 мм, при этом используют одинаковые заряды ВВ, которые располагают с двух сторон пакета на поверхностях метаемых пластин, и осуществляют сварку взрывом при одновременном инициировании в упомянутых зарядах ВВ процесса детонации со скоростью в каждом из них, равной 2200-2580 м/с, при этом высоту зарядов ВВ и сварочные зазоры между соединяемыми металлами выбирают из условия получения скорости соударения метаемых пластин с пластиной из меди в пределах 430-500 м/с, причем термическую обработку сваренной заготовки для получения между слоями из алюминиевого сплава и меди сплошных высокотвердых интерметаллидных диффузионных прослоек из алюминия и меди проводят при температуре 350-530°С в течение 5-30 ч, затем ее охлаждают в водном растворе поваренной соли с концентрацией последней от 15 до 20% с обеспечением самопроизвольного отделения слоев из алюминиевого сплава от медного слоя по диффузионным интерметаллидным прослойкам и формированием на пластинах из алюминиевого сплава и меди высокотвердых износостойких покрытий, состоящих из интерметаллидов системы алюминий-медь.1. A method of producing wear-resistant coatings on the surfaces of aluminum alloy and copper plates, comprising compiling a package of metal plates, placing an explosive charge (BB) above it, performing explosion welding, heat treating the welded workpiece to obtain an intermetallic diffusion layer between the metal layers, followed by separation of the obtained billet along this layer by cooling it in an aqueous solution of sodium chloride with the formation of heterogeneous metal on the surfaces allic plates of wear-resistant coatings, characterized in that the said package is composed with a symmetrical placement of a copper plate between two identical throwable plates of aluminum alloy, and the ratio of the thickness of the throwable plates and the copper plate in the package is chosen equal to 1: (1-3) with the thickness of each throwable plate equal to 2-5 mm, while using the same explosive charges, which are located on both sides of the package on the surfaces of the throwable plates, and carry out explosion welding while initiating the above explosive charges of the detonation process with a speed in each of them equal to 2200-2580 m / s, while the height of the explosive charges and welding gaps between the metals to be connected are selected from the condition for obtaining the collision speed of the throwing plates with a copper plate within 430-500 m / s moreover, the heat treatment of the welded billet to obtain between the layers of aluminum alloy and copper continuous high-hard intermetallic diffusion layers of aluminum and copper is carried out at a temperature of 350-530 ° C for 5-30 hours, then it is cooled in an aqueous solution by cook salt with a concentration of the latter from 15 to 20%, ensuring spontaneous separation of the layers of aluminum alloy from the copper layer along diffusion intermetallic interlayers and the formation on plates of aluminum alloy and copper of high-hard wear-resistant coatings consisting of intermetallic compounds of aluminum-copper system. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что метаемые пластины выполняют из алюминиевого сплава АМг6, каждая из которых содержит с двух сторон слои из алюминия АД1 с толщиной каждого из них 0,2-0,3 мм.2. The method according to p. 1, characterized in that the throwable plates are made of aluminum alloy AMg6, each of which contains on both sides layers of aluminum AD1 with a thickness of each of them 0.2-0.3 mm.