Спосіб одержання покриттів

Изобретение относится к области металлургии, а именно, к получению износостойких покрытий на металлической основе, используемых в различных областях те хники. Известно, что сплавы эвтектического типа с микрокристаллической структурой, т.е. имеющие в твердом состоянии размер зерна более 1 мкм и содержащие метастабильные фазы, имеют высокую износостойкость. Микрокристаллическая структура формируется при скорости охлаждения расплава более 105 К/с, что достигается ограничением толщины кристаллизующегося слоя расплава величиной не более 50 мкм на массивной металлической подложке. [1]. Однако известные способы позволяют получать микрокристаллические материалы только в виде очень тонких (толщиной не более 50 мкм) неоднородных пористых лент или чешуек. Для промышленного использования преимуществ микрокристаллических материалов необходимо их получение в виде покрытий. Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату к предполагаемому является способ лазерной наплавки, по которому обмазку из порошка наплавляемого материала и связующего компонента наносят на поверхность упрочняемого изделия и производят ее оплавление путем сканирования лазерным лучом, осуществляемым со скоростью 7-50 мм/с при плотности мощности 105-106 Вт/см . В этом случае нет ограничений на состав наплавляемого материала. Однако данный способ позволяет получать наплавленные слои только с крупным зерном (4-5 мкм и более), легированные значительным количеством материала основы. Кроме того, при наплавке на таких режимах происходит выгорание легких элементов, а скорость охлаждения часто оказывается недостаточной для образования метастабильных фаз. Поэтому известные кристаллические лазерные наплавки по износостойкости также значительно уступают микрокристаллическим сплавам. Задачей предлагаемого изобретения является усовершенствование известного способа путем изменения режимов процесса, что позволяет повысить износостойкость покрытий. Задача решается тем, что в способе, включающем нанесение на поверхность изделия слоя обмазки из порошка эвтектического сплава и ее оплавление сканирующим лазерным лучом с плотностью мощности 105-106 Вт/см 2, согласно изобретению, слой обмазки наносят толщиной 0,04-0,06 мм, и сканирование осуществляют со скоростью 100-60 мм/с. При увеличении толщины слоя обмазки более 0,06 мкм происходит оплавление только нанесенного на деталь слоя обмазки, а поверхностный слой детали под обмазкой остается практически нерасплавленным. При такой обработке покрытие имеет очень низкую прочность сцепления с основой и соответственно низкую износостойкость. При уменьшении толщины слоя обмазки менее 0,04 мм происходит сильное разбавление наплавляемого покрытия материалом основы, его состав изменяется, становится неэвтектическим, в результате не происходит образования микрокристаллической структуры, содержащей метастабильные фазы, что приводит к снижению износостойкости. Уменьшение скорости сканирования менее 60 мм/с приводит к проплавленню поверхностного слоя на глубин у более 50 мкм. Как было указано выше, при увеличении толщины кристаллизующегося слоя расплава более 50-мкм скорость охлаждения становится меньше 10 5 К/с. В результате закристаллизовавшийся слой имеет крупнозернистое строение, не содержит метастабильных фаз и не имеет высокой из носостой кости. Заявляемое сочетание соотношения скорости сканирования итолщины слоя обмазки обеспечивает максимальную прочность сцепления наплавляемого покрытия с основой и сохранение химсостава покрытия близким к эвтектическому, что необходимо для формирования микрокристаллической структуры, т.е. получения покрытия, имеющего значительно более высокую износостойкость по сравнению с аморфными и равновесными кристаллическими материалами. Πример. На нержавеющей стали 40X13 получали покрытия оплавлением обмазки из эвтектического сплава СНГН-60, содержащей 67-76% Ni; 16-19% Сr; 4-5% . Si; 4,0-7,7% В; 0,9-1,1%С (ТУ 48-19-383-84, действует с 1.07.1984 г). Толщина слоя обмазки составляла 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 1,0 мм. Сканирование осуществляли со скоростями 20, 30, 40, 50, 60, 80,100, 110 мм/с. Таким образом, в идентичных условиях были получены покрытия по известному способу (прототип) и предлагаемому. Покрытия получали при помощи твердотельного лазера ЛТН-103 мощностью 250 Вт. Диаметр пятна равнялся 0,22 мм, плотность мощности составляла 6,58х105 Вт/см. Данные о толщине наплавленного слоя, его сплошности, размере зерна, наличии метастабильных фаз и износостойкости приведены в таблице. Структуру слоя изучали при помощи микроскопа Neophot-21, содержание никеля определялось на рентгеновском микроспектральном анализаторе MS-46. Наличие метастабильных фаз определяли при помощи рентгеновского дифрактометра ДРОН-2 в монохроматизированном молибденовом излучении. Прочность сцепления с основой определялась как усилие, необходимое для вырыва из отверстия в образце шти фта диаметром 1 мм. Испытания на износостойкость проводили при помощи машины трения СМЦ-2. Испытывалась пара ролик-колодка, обе детали с покрытием одинаковой толщины, при нагрузке 490 Η и скорости вращения 500 об/мин. Колодка была неподвижна. Износ определяли по потере веса. Из приведенных данных видно, что наиболее высокая износостойкость (наименьший износ) обеспечивается при получении сплошного слоя покрытия, благодаря его микрокристаллической структуре (размер зерна менее 1 мкм) и наличии метастабильных фаз. Это достигается оплавлением слоя обмазки толщиной 0,06-0,04 мм при скорости сканирования 100-60 мм/с.