SU1092029A1 - Method of applying coating (variants of method) - Google Patents

Abstract

1. Способ нанесени  покрыти  на поверхность детали путем послеП -- ..П .1 - r--. --;;.,i до1вательного возбуждени  разр дов в многокаскадной электродной системе с использованием стержневого электрода , подключенного к источнику питани , отличающийс  тем, что, с. целью повышени  прочности сцеплени  покрыти  с основой в замкнутом объеме, который ог)аничивают поверхностью детали, включенной в цепь источника питани , возбуждают искровые разр ды с задержкой начала разр да следующего каскада по отношению к началу разр да предыдущего каскада в интервале 1. The method of coating the surface of the part by means of P - ..P .1 - r--. - ;;., i an excitation of bits in a multi-stage electrode system using a rod electrode connected to a power source, characterized in that, c. In order to increase the adhesion strength of the coating to the substrate in a closed volume, which is ignited by the surface of the part included in the power supply circuit, they generate spark discharges with a delay in the start of the discharge of the next cascade relative to the beginning of the discharge of the previous cascade in the interval

Description

2. Способ нанесени  покрыти  на поверхность детали путем последовательного возбуждени  разр дов в многокаскадной электродной системе через среду дисперсного материала с использованием .стержневого электрода, подключенного к источнику питани , отличающийс  тем, что, с целью повышени  прочности сцеплени  покрыти  с основой в замкнутом2. The method of coating the surface of a part by successive excitation of bits in a multi-stage electrode system through a medium of dispersed material using a rod electrode connected to a power source, characterized in that, in order to increase the adhesion strength of the coating to the substrate in a closed

объеме, который ограничивают поверхностью детали, включенной в цепь источника питани , возбуждают искровые разр ды с задержкой начала разр да следующего каскада по отношению к началу разр да предыдущего каскада в интервале (0,8-1,1)Т , где длительность разр да предьщущего каскада, при плотности энергии в разр дном объеме 3-5 Дж/мм,volume, which is limited to the surface of the part included in the power supply circuit, excites the spark discharge with a delay in the start of the discharge of the next cascade relative to the beginning of the discharge of the previous cascade in the interval (0.8-1.1) T, where the duration of the discharge preceding cascade, with energy density in the discharge volume of 3-5 J / mm,

Изобретение относитс  к электрофизическим и электрохимическим методам обработки и, в частности, может быть использовано при электроискровом нанесении покрытий на поверхности деталей. The invention relates to electrophysical and electrochemical processing methods and, in particular, can be used in the electric-spark coating of surfaces.

Известен способ нанесени  покрыти  на поверхность детали путем последовательного возбуждени  разр дов в многоканальной электродной системе с включением детали в цепь источника питани , что позвол ет увеличит зону контакта газового потока с положительным столбом дуги, за счет чего возможен нагрев газа до более высокой температуры С 1.The known method of coating the surface of a part by successive excitation of discharges in a multichannel electrode system with the inclusion of the part in the power supply circuit, which will increase the contact zone of the gas flow with a positive arc, thereby heating the gas to a higher temperature C 1.

Недостатком известно го способа  вл етс  низкий коэффициент переноса эродированного материала за счет его распылени  по причине незамкнутости разр дных объемов, что приводи к интенсивному теплообмену газоразр дной плазмы с окружающей средой и тем самым резко понижает ее температуру и кинетическую энергию переносимых частиц. В этих услови х в эродированном материале в большом количестве присутствует капельно-жидка  фаза. Все это ухудшает равномерность плотность покрыти  и его сцепл емост с покрываемой поверхностью.A disadvantage of the known method is the low coefficient of transfer of eroded material due to its dispersion due to the non-closure of discharge volumes, which leads to intensive heat exchange between the discharge plasma and the environment and thereby sharply lowers its temperature and kinetic energy of the transferred particles. Under these conditions, a droplet-liquid phase is present in large quantities in the eroded material. All this affects the uniformity of the density of the coating and its adherence to the surface to be coated.

Кроме того, незамкнутость разр дных объектов  вл етс  причиной химического взаимодействи  эродированного материала с элементами межэлектродной среды, что приводит к образованию окислов и нитридов. Это ослабл ет взаимодействие вновь поступающих на поверхность порций материала с уже нанесенными и способствуетIn addition, the openness of discharge objects is the cause of the chemical interaction of eroded material with elements of the interelectrode medium, which leads to the formation of oxides and nitrides. This weakens the interaction of new portions of the material on the surface with those already applied and contributes to

охрупчиванию и разрушению сформированного сло .embrittlement and destruction of the formed layer.

Известен также способ нанесени  покрытий из тугоплавких порошков, которые подают в плазменную струю дугового плазмотрона, при этом Деталь располагают на рассто нии 10-30 мм от торца плазмотрона С2. Покрыти , получаемые этим способом также обладают малой прочностью сцеплени  (2-8 кг/мм), причем в результате интенсивного теплообмена с окружающей средой невозможно локальное превышение температуры вышеThere is also known a method of coating of refractory powders, which are fed into the plasma jet of an arc plasma torch, while the Part is located at a distance of 10-30 mm from the end of the plasma torch C2. The coatings obtained by this method also have low adhesion strength (2-8 kg / mm), and as a result of intensive heat exchange with the environment, it is not possible to locally exceed the temperature above

температуры плавлени  материала подложки и дисперсного материала.melting point of the substrate material and the particulate material.

Цель изобретени  - повышение прочности сцеплени  покрыти  с основой детали.The purpose of the invention is to increase the adhesion strength of the coating to the base part.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу нанесени  покрыти  на поверхность детали путем последовательного возбуждени  разр дов Ь многокаскадной электроднойThis goal is achieved by the fact that, according to the method of coating the surface of a part, by sequentially exciting bits B of a multi-stage electrode

системе с включением детали в цепь источника питани , искровые разр ды возбуждают в замкнутом объеме с задержкой начала разр да следующего каскада в интервале (1,5-2)Г,- ,system with the inclusion of parts in the power supply circuit, the spark bits are excited in a closed volume with a delay in the start of the discharge of the next cascade in the interval (1.5-2) G, -,

где tj - длительность разр да предыдущего каскада, при этом плотность энергии в разр дном объеме каждого каскада выбирают в пределах 1-ЗДж/мм. where tj is the duration of the discharge of the previous cascade, while the energy density in the discharge volume of each cascade is chosen within 1 -3J / mm.

Кроме того, при нанесении порошковых направл ющих материалов возбуждают искровые разр ды ограниченного сечени  в замкнутом объеме с задержкой начала разр да следующего каскада по отношению к началу разр да предьщущего каскада в интервалеIn addition, when applying powder guide materials, spark discharges of a limited section in a closed volume are excited with a delay in the start of the discharge of the next cascade relative to the beginning of the discharge of the previous cascade in the interval

(0,8-1,1)Т,- при плотности энергии в разр дном объеме 3-5 Дж/мм.(0.8-1.1) T, - at the energy density in the discharge volume of 3-5 J / mm.

Возбуждение разр дов ограниченно сечени  в замкнутом объеме приводит к многократному отражению возникших при разр де ударных волн, что способствует увеличению эрозии за счет .дополнительного выброса разм гченного и жидкого материала электродов после прекращени  действи  разр да, и диспергированию капельно-жидкой фазы в потоке наносимого материала.Excitation of limited-section discharges in a closed volume leads to multiple reflection of shock waves generated during discharge, which contributes to increased erosion due to additional emission of softened and liquid electrode material after the discharge ceases, and dispersion of the droplet-liquid phase in the applied material flow .

С другой стороны, замкнутый объем исключает теплообмен с окружающей средой. Это приводит к резкому повышению температуры внутри объема ( 10000 с), что в сочетании с концентрацией энергии в канале разр дов каждого каскада системы и с„указанной плотностью энергии в первом разр дном объеме 1-3 Дж/мм приводит к увеличению в потоке газоразр дной плазмы количества паров и ионов, а также к увеличению его скорости.On the other hand, a closed volume excludes heat exchange with the environment. This leads to a sharp increase in the temperature inside the volume (10,000 s), which in combination with the energy concentration in the discharge channel of each cascade of the system and with the indicated energy density in the first discharge volume of 1-3 J / mm leads to an increase in the gas discharge plasma quantities of vapor and ions, as well as an increase in its velocity.

Исследовани  показывают, что ведение процесса при плотности энергии выход щей за указанный предел, в одном случае приводит к недостаточному переводу капельно-жидкой фазы в паровую ( Дж/мм), что отрицательно сказываетс , как на качеств покрыти , так и на его сцепл емость с подложкой; в другом (3 Дж/мм) к сокращению ресурса работы электродов за счет интенсивного воздействи  ударных волн, больших температур и высокоскоростных потоков плазмы.Studies show that conducting the process at an energy density beyond the specified limit, in one case, leads to insufficient transfer of the droplet-liquid phase into the vapor phase (J / mm), which negatively affects both the qualities of the coating and its adherence to substrate; in another (3 J / mm) to reduce the life of the electrodes due to the intense impact of shock waves, high temperatures and high-speed plasma flows.

В св зи с тем, что процесс эрозии электродов (поступление материала с электродов в разр дньй объем происходит в течение (1,5-2,0) Т с, разр д во втором каскаде возбуждают с задержкой, равной указанному времени, что обеспечивает его воздействие на весь эродированный материал первого каскада: дополнительный подогрев, увеличение скорости частиц, - что, как было указано, интенсифицирует процесс и способствует получению качественных покрытий с высокой адгезионной св зью с подложкой.Due to the fact that the erosion process of the electrodes (the flow of material from the electrodes into the discharge volume occurs within (1.5-2.0) T s, the discharge in the second stage is excited with a delay equal to the specified time, which ensures its the impact on the entire eroded material of the first cascade: additional heating, an increase in the velocity of the particles — which, as mentioned, intensifies the process and contributes to obtaining high-quality coatings with a high adhesive bond with the substrate.

При формировании покрыти  из непровод щих материалов (второй вариант ) процесс ведут путем подачи дисперсного материала в разр дный объем первого каскада, который увеличивают в 2,0-2,5 раза. В качествеWhen forming a coating of non-conducting materials (the second option), the process is carried out by feeding dispersed material into the discharge volume of the first cascade, which is increased 2.0-2.5 times. As

материала покрыти  используют, например , окиси алюмини  или циркони  дибориды титана или циркони . Дл  этих материалов характерны высокие температура плавлени  и теплота испарени .The coating material uses, for example, alumina or zirconium titanium or zirconium diborides. High melting points and heat of evaporation are characteristic of these materials.

Как показали исследовани , в этом случае плотность энергии в объеме первого каскада выбирают в интервале 3-5 J K/MM, чем обеспечивают перевод необходимого количества материала покрыти  в паровую фазу, при выходе за указанный преде в одном случае ( 4 3 Дж/мм) интенсивность процесс, резко снижаетс , а качество покрыти  ухудшаетс , ибо в материале покрыти , транспортируемом газоразр дной плазмой, присутствует в основном капельно-жидка  фаза, кинетическа  энерги  частиц мала; во втором ( 5 Дж/мм) как и при осуществлении процесса компактными электродами, резко .снижаетс  ресурс работы электродов.Studies have shown that in this case the energy density in the volume of the first cascade is chosen in the range of 3-5 JK / MM, which ensures the transfer of the required amount of coating material into the vapor phase, when the output exceeds the specified limit in one case (4 3 J / mm) intensity the process is sharply reduced, and the quality of the coating deteriorates, because in the coating material transported by the gas discharge plasma there is mainly a droplet-liquid phase, the kinetic energy of the particles is low; in the second (5 J / mm), as in the implementation of the process with compact electrodes, the life of the electrodes decreases dramatically.

Задержка возбуждени  и разр да во втором каскаде системы равна (0,8-1,1) . Это обеспечивает полное использование тепловых и электродинамических возможностей разр да первого каскада и воздействие разр да второго каскада на весь транспортируемый материал покрыти .The delay of excitation and discharge in the second stage of the system is (0.8-1.1). This ensures full utilization of the thermal and electrodynamic capabilities of the first cascade discharge and the effect of the second cascade discharge on the entire transported coating material.

На чертеже представлено устройство дл  реализации предлагаемого способа.The drawing shows a device for implementing the proposed method.

На поверхность обрабатываемой детали 1 из стали 45 направл ют эрозионную плазму, которую возбуждают в первом разр дном объеме, образованном стержневым электродом 2 и электродом-шайбой 3. Последние изготовлены из материала, предназначенного дл  формировани  покрыти никел . Далее плазма поступает с транспортируемым материалом в разр дный объем второго каскада, образованного электродами - шайбами 3 и диэлектрической втулкой А, разр д в котором возбуждают с задержкой, выбираемой из интервала (1,5-2,0) Т Аналогично направл ют плазму в разр дный объем третьего каскада, образованного электродом-шайбой 3, электродом-деталью 1 и диэлектрической втулкой 4.An erosion plasma is directed onto the surface of the workpiece 1 of steel 45, which is excited in a first discharge volume formed by a rod electrode 2 and a washer electrode 3. The latter are made of a material intended to form a nickel coating. Next, the plasma enters with the transported material into the discharge volume of the second cascade formed by the electrodes — washers 3 and the dielectric sleeve A, in which the discharge is excited with a delay selected from the interval (1.5-2.0) T In a similar way, the plasma is directed to the discharge This is the volume of the third cascade formed by the electrode-washer 3, the electrode-part 1 and the dielectric sleeve 4.

Указанна  электродна  система размещена в металлическом корпусе, от которого стержневой электрод 2Said electrode system is housed in a metal housing, from which the rod electrode 2

j 1092029j 1092029

изолирован с помощью прижимной -стали 45 из никел  по известномуinsulated using hold-down steel 45 nickel known

диэлектрической втулки.способу привес образца за один циклdielectric sleeve. method of sample weight gain per cycle

При формировании неметаллических0,8 мг, равномерность покрыти  покрытий в разр дный промежуток42/18 мкм, пористость 6%, сцепл епервого каскада вводитс  порошок .5 мость 8,2 кгс/мм. Al-O- Задержка разр да во второмИспользование предлагаемого спокаскаде равн етс  80 мкс, а разр д-соба позвол ет по сравнению с известный объем первого каскада - 24 мм.ным повысить производительность проВ лабораторных услови х предлага-цесса в 5-7 раз и качество покрыти In the formation of non-metallic 0.8 mg, the uniformity of the coating of the coating in the discharge gap of 42/18 µm, porosity of 6%, a powder of 8.5 kgf / mm is introduced into the bonding cascade. Al-O- The discharge delay in the second use of the proposed spaccade is 80 µs, and the discharge-speed allows, compared to the known volume of the first cascade - 24 mm., To increase the productivity of the laboratory in the proposed conditions by 5-7 times and coating quality

емый способ осуществл ют с использо- за счет увеличени  равномерностиThis method is carried out using an increase in the uniformity

ванием генератора RC.в 2-2,5 раза, а также снизить порисВ проведенных экспериментах потость в 2-3 раза и увеличить сцепл получению покрыти  на образцах иземость с подложкой в 1,5-1,7 раза.2-2.5 times as well as reducing porosity in the experiments performed by 2-3 times and increasing the adherence of the coating on the samples to the yield on the substrate by 1.5-1.7 times.

Claims (2)

1. Способ нанесения покрытия на поверхность детали путем после- до'вательного возбуждения разрядов в многокаскадной электродной системе с использованием стержневого электрода, подключенного к источнику питания, отличающийся тем, что, с. целью повышения прочности сцепления покрытия с основой в замкнутом объеме, который ограничивают поверхностью детали, включенной в цепь источника питания, возбуждают искровые разряды с задержкой начала разряда следующего каскада по отношению к началу разряда предыдущего каскада в интервале (1,5-2) , где1. The method of coating the surface of the part by sequentially exciting discharges in a multistage electrode system using a rod electrode connected to a power source, characterized in that, p. In order to increase the adhesion strength of the coating to the base in a closed volume, which is limited by the surface of the part included in the power supply circuit, spark discharges are delayed with a delay in the beginning of the discharge of the next stage relative to the beginning of the discharge of the previous stage in the interval (1.5-2), where Ί\· - длительность разряда предыдущего каскада, при этом плотность β энергии в разрядном объеме каждого каскада выбирают в пределах 1-3 Дж/мм³.Ί \ · is the duration of the discharge of the previous cascade, while the density β of energy in the discharge volume of each cascade is selected within 1-3 J / mm ³ . 2. Способ нанесения покрытия на поверхность детали путем последовательного возбуждения разрядов в многокаскадной электродной системе через среду дисперсного материала с использованием стержневого электрода, подключенного к источнику питания, отличающийся тем, что, с целью повышения прочности сцепления покрытия с основой в замкнутом объеме, который ограничивают поверхностью детали, включенной в цепь источника питания, возбуждают искровые разряды с задержкой начала разряда следующего каскада по отношению к началу разряда предыдущего каскада в интервале (0,8-1,1)1^ , где длительность разряда предыдущего каскада, при плотности энергии в разрядном объеме 3-5 Дж/мм³.2. The method of coating the surface of the part by sequentially exciting discharges in a multistage electrode system through a dispersed material medium using a rod electrode connected to a power source, characterized in that, in order to increase the adhesion strength of the coating to the substrate in a closed volume, which is limited by the surface parts included in the power supply circuit excite spark discharges with a delay in the beginning of the discharge of the next stage relative to the beginning of the discharge of the previous cascade in the interval (0.8-1.1) 1 ^, where the discharge duration of the previous cascade, with an energy density in the discharge volume of 3-5 J / mm ³ .