RU2784024C1 - Способ получения вольфрамсодержащего покрытия на металлических деталях нефтегазового машиностроения - Google Patents
Способ получения вольфрамсодержащего покрытия на металлических деталях нефтегазового машиностроения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2784024C1 RU2784024C1 RU2022113804A RU2022113804A RU2784024C1 RU 2784024 C1 RU2784024 C1 RU 2784024C1 RU 2022113804 A RU2022113804 A RU 2022113804A RU 2022113804 A RU2022113804 A RU 2022113804A RU 2784024 C1 RU2784024 C1 RU 2784024C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- oil
- obtaining
- parts
- powder
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 11
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 title description 7
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 title description 2
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 25
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 18
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 8
- 238000010285 flame spraying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 claims abstract description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 claims abstract 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 229910019768 CSi Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910010380 TiNi Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010835 comparative analysis Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000004372 laser cladding Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 2
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 2
- -1 titanium carbides Chemical class 0.000 description 2
- 229910001104 4140 steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001315 Tool steel Inorganic materials 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N Tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 238000005296 abrasive Methods 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N argon Substances [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N dihydrogen sulfide Chemical compound S RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229910000037 hydrogen sulfide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000004137 mechanical activation Methods 0.000 description 1
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000036284 oxygen consumption Effects 0.000 description 1
- 238000007750 plasma spraying Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения и может быть использовано для восстановления и упрочнения деталей нефтегазового машиностроения. Способ получения стойкого композиционного покрытия на деталях нефтегазового машиностроения, включающий холодное газопламенное напыление, отличающийся тем, что используют порошковую композицию, содержащую по объему: 59,05% Ni, 28,86% W, 5,33% Cr, 1,74% Fe, 1,18% B, 2,45% Si, 1,39% C, c дисперсностью 15-30 мкм, напыление ведут в контролируемой среде кислорода и ацетилена с формированием армированной никелевой основы, содержащей фазу γ-Ni, с равномерным распределением дисперсных карбидных включений WC, а также карбидов и боридов Cr23C6, Cr7C3, Cr3W3C, Cr5B3, B4C, являющихся устойчивыми фазами, повышающими микротвердость и износостойкость покрытия. Обеспечивается получение износостойкого коррозионно-стойкого порошкового покрытия на поверхностях упомянутых деталей для увеличения межремонтных периодов их эксплуатации. 6 ил., 1 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, в частности к материалам для газопламенного напыления, а именно к порошковым материалам с содержанием вольфрама W, используемым для восстановления и упрочнения рабочей поверхности деталей насосно-компрессорного оборудования (НКО), в том числе штоков компрессора.
Существует множество способов восстановления и упрочнения поверхностей деталей НКО: газотермическое, высокоскоростное и плазменное напыление, лазерная наплавка и другие. Наиболее применяемыми являются способы, обеспечивающие требуемые эксплуатационные характеристики изделия.
Эффективным средством восстановления и упрочнения длинномерных деталей насосно-компрессорного оборудования, с сохранением геометрической точности, является формирование на их поверхности прочных износостойких и коррозионностойких покрытий. В рамках единичного ремонтного производства следует учитывать экономическую целесообразность применяемого способа, чему наиболее соответствует холодное газотермическое напыление. Для поверхностного упрочнения деталей путем нанесения покрытий применяют порошки различных композитных систем, где с целью повышения износостойкости обязательным элементом является вольфрам.
Так, например, известен способ получения на деталях износостойких покрытий из порошковых материалов, включающий очистку, промывку и струйно-абразивную обработку с целью обеспечения адгезии, с последующей лазерной наплавкой порошковым материалом в среде защитного газа – аргона. В качестве порошкового материала используют смесь из частиц вольфрама с размером – 80,0-150,0 мкм и порошка сплава кобальта В3К с фракцией 53-106 мкм, в массовом соотношении 1:4 или 1:5, а процесс наплавки осуществляют лазерным лучом мощностью 2 кВт, на скорости перемещения лазерного пучка 2 м/мин и расходе порошка 25 г/мин (патент РФ №2503740). Исходя из химического состава данной порошковой смеси, такой способ не обеспечивает достаточной стойкости деталей НКО, подвергающихся воздействию агрессивных сред.
Известен способ формирования многослойных композиционных покрытий, включающий нанесение нижнего слоя покрытия толщиной 20- 100 мкм порошком Ni, среднего слоя - толщиной 50-500 мкм из порошка основе TiNi и верхнего слоя - толщиной 50-500 мкм из смеси порошков В4С, WC, (Cr3C2 или CSi), Со, Ni, С, при их соотношении вес.%: В4С 35-80, WC 7-40, (Cr3C2 или CSi) 7-30, Со 1-5, Ni 4-7, С 1-3. После нанесения данного многослойного покрытия следует проводить отжиг при температуре от 600 до 800°С в течение 0,5-1 ч. После нанесения среднего слоя на основе TiNi также следует осуществлять его поверхностное пластическое деформирование. Механическую активацию порошков и высокоскоростное газопламенное напыление в данном случае производят в защитной атмосфере (патент RU 2605717). Такой способ является, во-первых, многооперационным, не обеспечивает достаточной эксплуатационной стойкости деталей нефтегазодобывающей отрасли, подвергающихся одновременному воздействию агрессивной сероводородосодержащей среды и изнашиванию, за счет того, что крупные карбиды вольфрама и титана (размером до 100мкм) неустойчивы, выкрашиваются при кавитационных нагрузках и являются очагами коррозионного разрушения.
Наиболее близким по технической сущности решением, принятым за прототип, является износостойкое покрытие для поршневых колец, способ нанесения износостойкого защитного покрытия включает приготовление компонентов в порошковой форме и их нанесение на основу способом высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF). При этом используют порошкообразную композицию сложного химического состава содержащую, мас.%: Fe 15 – 25, W 10 – 20, Cr 20 – 30, Ni 15 – 25, Mo 1 – 5, P 0,1 - 0,5, B 0,01 - 0,1, C 0,1 – 5, Si 0,1 – 2, с дисперсностью частиц основных элементов (Fe и Ni) до 80 мкм с добавлением частиц карбидов (W, Cr, Mo, B и Si) от 0,1 до 5 мкм (патент RU 2635119 C2, опубликовано 20.03.2013). Такой способ обладает следующими недостатками: технология высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF) требует специального высокотехнологичного оборудования, а заявленная пористость от 1 до 9% не является преимуществом в узлах насосно-компрессорного оборудования, работающих в агрессивных средах. Малая фракция порошковой композиции карбидов (в пределах от 0,1 до 5 мкм) редко встречается в порошковой металлургии, что требует применения дополнительного просеивающего оборудования, а выход годного гранулометрического состава такой фракции не превышает 10-15% промышленных металлургических порошков.
Задача изобретения заключается в разработке износостойкого и коррозионностойкого порошкового покрытия, и способа его нанесения на рабочие части ответственных деталей НКО с целью увеличения межремонтных периодов эксплуатации.
Для решения указанной задачи, предлагается использовать порошковые материалы сферической формы системы Ni-Cr-B-WC с общей дисперсностью порошковой композиции 15-30 мкм. Напыление проводить в контролируемой газовой среде ацетилена с кислородом.
Состав порошковой композиции обеспечивает формирование структуры на основе ламеллей никеля, армированных хромом и бором, в которой по границам ламеллей усвоены частицы карбида вольфрама (WC), представляющие собой сферические гранулы, имеющие размер в приделах 15 мкм., а также отдельные карбиды типа Cr23C6; Cr7C3; Cr3W3C; γ-Ni; Cr5B3; B4C, содержание которых является определяющим фактором дополнительного увеличения твердости, износостойкости и коррозионной стойкости напыленного покрытия. Фазовый состав покрытия определяли методом рентгеноструктурного анализа (фиг. 1). Сравнительный анализ способов и свойств покрытий представлен на фиг. 2, структура покрытия представлена фиг. 3, состав покрытия Ni-Cr-B-WС в характерных спектрах на фиг. 4 и 5 соответственно, фиг. 6 – Характер распределения пористости в анализируемых покрытиях.
Фракция 15-30 мкм является оптимальной, так как с увеличением размера напыляемой фракции от 30 до 100 мкм уменьшается количество усваемого вольфрама в покрытии, увеличивается межламельное расстояние и пористость, снижается износостойкость покрытия, и соответственно эксплуатационные характеристики.
Микротвердость основы покрытия (Ni-Cr-B) составила порядка 800 HV, включений типа WC до 2500 HV. Измерения микротвердости на поверхности покрытия определяли по методу Виккерса при нагрузках на индентор 0,98Н (HV0.1) и 9,8Н (HV1).
Предлагаемое покрытие обладает пористостью в пределах 0,5%, в отличие от аналогов, представленных на фиг. 2.
Пример реализации способа
Композиционный порошковый материал химического состава: 59.05% Ni, 28.86% W, 5.33% Cr, 1.74% Fe, 1.18% B, 2.45% Si, 1.39% C, с гранулометрическим составом 15-30 мкм сферической формы напыляли на деталь – шток компрессора, выполненного из стали AISI 4140.
Функциональное покрытие получали следующим образом.
Заготовку подвергали термической обработке, для достижения требований по механическим свойствам. Поверхность под напыление предварительно подвергали токарной обработке, обеспечивая шероховатость в пределах 3,2 Ra. Напыление осуществляли с применением многоцелевой горелки газопламенного напыления Castodyn DS 8000 в 10-15 проходов при температуре детали не более 150°С, линейной скорости вращения заготовки 125 об/мин, давление ацетилена 0,7 бар, давление кислорода 4,0 бар. Порошковая смесь подавалась из вертикально установленного питателя за счет сил тяжести, плавилась в пламени горелки, и переносилась сжатым воздухом на напыляемую поверхность транспортирующим газом, при расходе кислорода 5 л/ч, ацетилена 4 л/ч. Напыление проводили до достижения толщины покрытия 0,6 мм, после чего напыляемую поверхность подвергали шлифованию и полированию на металлообрабатывающем оборудовании с применением интенсивного охлаждения.
Испытания на износостойкость проводили на серийной машине трения СМЦ-2 по схеме «диск-колодка» без применения смазочного материала. В качестве контртела при испытании применяли диск, изготовленный из инструментальной стали 9ХС с твердостью 60 HRC. Из данных фиг.2 следует, что использование разработанных порошковой композиции для газотермического напыления износостойкого покрытия при заявленном соотношении компонентов обеспечивает получение качественного покрытия, обладающего значительной микротвердостью металлической основы в пределах 800 HV, карбидов вольфрама до 2500 HV, а также высокой стойкостью к износу в условиях агрессивных сред.
Из представленного сравнительного анализа способов и свойств покрытий, представленного на фиг. 2, видно, что заявляемый способ может получить применение для упрочнения и восстановления деталей нефтегазового машиностроения, используемых в условиях интенсивного изнашивания и в агрессивных средах.
Claims (1)
- Способ получения стойкого композиционного покрытия на деталях нефтегазового машиностроения, включающий холодное газопламенное напыление, отличающийся тем, что используют порошковую композицию, содержащую по объему: 59,05% Ni, 28,86% W, 5,33% Cr, 1,74% Fe, 1,18% B, 2,45% Si, 1,39% C, c дисперсностью 15-30 мкм, напыление ведут в контролируемой среде кислорода и ацетилена с формированием армированной никелевой основы, содержащей фазу γ-Ni, с равномерным распределением дисперсных карбидных включений WC, а также карбидов и боридов Cr23C6, Cr7C3, Cr3W3C, Cr5B3, B4C, являющихся устойчивыми фазами, повышающими микротвердость и износостойкость покрытия.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2784024C1 true RU2784024C1 (ru) | 2022-11-23 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2218425C2 (ru) * | 2001-02-21 | 2003-12-10 | Чудинов Борис Анатольевич | Способ создания упрочненного поверхностного слоя на деталях из металлических сплавов и композиционных материалов |
RU2487956C2 (ru) * | 2008-10-02 | 2013-07-20 | Гидро-Квебек | Композиционные материалы для смачиваемых катодов и их использование при производстве алюминия |
RU2635119C2 (ru) * | 2012-09-14 | 2017-11-09 | Федераль-Могуль Буршейд Гмбх | Износостойкое покрытие для поршневых колец |
JP2018502217A (ja) * | 2014-11-26 | 2018-01-25 | リーガル ウェアー インコーポレイテッド | 溶射された抵抗加熱体およびその使用 |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2218425C2 (ru) * | 2001-02-21 | 2003-12-10 | Чудинов Борис Анатольевич | Способ создания упрочненного поверхностного слоя на деталях из металлических сплавов и композиционных материалов |
RU2487956C2 (ru) * | 2008-10-02 | 2013-07-20 | Гидро-Квебек | Композиционные материалы для смачиваемых катодов и их использование при производстве алюминия |
RU2635119C2 (ru) * | 2012-09-14 | 2017-11-09 | Федераль-Могуль Буршейд Гмбх | Износостойкое покрытие для поршневых колец |
JP2018502217A (ja) * | 2014-11-26 | 2018-01-25 | リーガル ウェアー インコーポレイテッド | 溶射された抵抗加熱体およびその使用 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
MXPA04008463A (es) | Revestimiento y polvo resistente a corrosion. | |
CN110438487A (zh) | 一种微纳米颗粒增强耐磨损耐腐蚀激光熔覆层及其制备方法 | |
Kulu et al. | Wear resistance of thermal sprayed coatings on the base of recycled hardmetal | |
Singh et al. | Wear and friction behavior of NiCrBSi coatings at elevated temperatures | |
Sharma | Parametric study of abrasive wear of Co–CrC based flame sprayed coatings by response surface methodology | |
Kulu et al. | Selection criteria for wear resistant powder coatings under extreme erosive wear conditions | |
Wank et al. | Comparison of hardmetal and hard chromium coatings under different tribological conditions | |
Gui et al. | Residual stress in HVOF thermally sprayed WC-10Co-4Cr coating in landing gear application | |
Mishra et al. | Investigation of sliding wear behaviour of HVOF carbide coating | |
Zafar et al. | Microstructure and mechanical properties of microwave post-processed Ni coating | |
Teixeira et al. | Wear resistance of a Metco 1030A hard coating deposited on Hadfield steel by laser cladding for ore comminution application | |
Yadaw et al. | Tribological behavior of thin film coating-a review | |
RU2784024C1 (ru) | Способ получения вольфрамсодержащего покрытия на металлических деталях нефтегазового машиностроения | |
US4678511A (en) | Spray micropellets | |
Surzhenkov et al. | High temperature erosion wear of cermet particles reinforced self-fluxing alloy matrix HVOF sprayed coatings | |
Mishra et al. | An experimental study on abrasive wear behaviour of WC-12Co and WC-20Cr₂C3-7Ni coatings | |
ChandraYadaw et al. | Comparative study of surface coating for automotive application—a review | |
Eskandari et al. | Investigating the Microstructural, Mechanical, and Tribological Properties of NiCrBSi High-Velocity Oxygen Fuel and High-Pressure High-Velocity Oxygen Fuel Coatings | |
CN108194113A (zh) | 一种矿用液压支柱及其制造方法 | |
Lee | Wear behaviors of WC-CoCr and WC-CrC-Ni coatings sprayed by HVOF | |
Sivakumar et al. | Protective coatings by plasma spraying: a review | |
Bastidas et al. | Jet Slurry Erosion of CERMET Nano-Coatings Obtained by HVOF | |
Sharma et al. | Study of High-Velocity Oxy-fuel Coating Technique and Fe-Based High-Velocity Oxy-fuel Coatings | |
Wielage et al. | Influence of thermal spraying method on the properties of tungsten carbide coatings | |
Bendikiene et al. | Wear study of coatings obtained using different parameters of thermal spraying |