Спосіб нанесення покриттів

Спосіб нанесення покриттів, що включає напилення матеріалу на основу з наступною термообробкою, що забезпечує проявлення наномасштабного ефекту, який відрізняється тим, що напилені покриття нагрівають до температури початку рекристалізації матеріалу покриття або одного із його компонентів, витримують протягом 0,510 хвилин з наступним охолодженням до температури навколишнього середовища зі швидкістю, яка унеможливлює перехід до крупнозернистого стану. (19) (21) a200902658 (22) 23.03.2009 (24) 10.11.2009 (46) 10.11.2009, Бюл.№ 21, 2009 р. (72) ДУБОВИЙ ОЛЕКСАНДР МИКОЛАЙОВИЧ, ЯНКОВЕЦЬ ТЕТЯНА АНАТОЛІЇВНА, КАРПЕЧЕНКО АНТОН АНАТОЛІЙОВИЧ, ЖДАНОВ ОЛЕКСАНДР ОЛЕКСАНДРОВИЧ (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ КОРАБЛЕБУДУВАННЯ ІМЕНІ АДМІРАЛА МАКАРОВА (56) RU 2007123814 A 27.12.2008 JP 63000453 A 05.01.1988 RU 2007115483 A 27.10.2008 UA 46073 C2 15.05.2002 3 аморфної структури, за рахунок чого досягається значне підвищення твердості отриманих покриттів і зниження теплопровідності. Для вирішення поставленої задачі в способі нанесення покриття, що включає напилення матеріалу на основу з наступною термообробкою, що забезпечує проявлення наномасштабного ефекту, напилені покриття нагрівають до температури початку рекристалізації матеріалу покриття або одного із його компонентів, витримують протягом 0,510 хвилин з наступним охолодженням до температури навколишнього середовища зі швидкістю, яка унеможливлює перехід до крупнозернистого стану. За рахунок високих швидкостей дисперсних частинок напилюваного матеріалу при співударі з поверхнею основи відбувається значна їх деформація. При нагріванні деформованого матеріалу до температури початку рекристалізації відбувається процес первинної рекристалізації (зародження нових дрібних зерен). При тривалому часі витримки починається ріст останніх, тому необхідно зафіксувати момент появи найбільшої кількості центрів первинної рекристалізації, розмір яких буде найменшим. Реалізувати це можливо шляхом достатньо швидкого охолодження матеріалу покриття до температури навколишнього середовища. Швидкість охолодження вибирається такою, щоб не здійснювався перехід до крупнозернистого стану. При наявності у структурі напилених покриттів зерен, розмір яких забезпечує проявлення наномасштабного ефекту, значно підвищуються їх фізико-механічні властивості. При напиленні дисперсні частинки матеріалу підлітають до основи у різних агрегатних станах зі швидкістю 50-200м/с, що призводить до їх значної деформації (близько 80-95%) під час удару об основу. Розплавлені частинки деформуються і набувають форму луски із співвідношенням товщини до діаметра 1:20-1:15. Як відомо, великі ступені деформації (більше 70-80%) призводять до подрібнення зерен через ковзання, яке відбулося на значні відстані. При нагріванні пластично деформованого матеріалу починає протікати процес усунення слідів наклепу, що складається з двох стадій: повернення та рекристалізації. Повернення проходить при відносно низьких температурах (нижче 0,3Тпл), рекристалізація - при більш високих (0,3-0,8Тпл). Формування нових зерен при рекристалізації проходить на ділянках з найбільшою щільністю дислокацій, насамперед на межах деформованих зерен. Чим вище ступінь деформації, тим більше центрів рекристалізації формується, а розмір сформованих центрів залежить від їх кількості. Отже під час напилення покриттів відбувається деформація дисперсних частинок і подрібнення зерен. При наступному нагріванні до температурного порогу рекристалізації відбувається формування нових більш дрібних зародків первинної рекристалізації. Такі фізико-механічні властивості матеріалів, як твердість та теплопровідність суттєво залежать від розміру зерен. Тому одним зі способів покращення цих показників є зменшення розмірів зерен, що досягається появою нових дрібних зерен рекристалізації у деформованому матеріалі. 88755 4 При нагріванні напиленого покриття до температури початку рекристалізації матеріалу покриття у деформованому матеріалі покриття починає проходити процес первинної рекристалізації. Завдяки великій кількості дислокацій та меж деформованих зерен утворюється велика кількість зародків нових рекристалізаційних зерен, що призводить до здрібнення зерна у структурі покриття. Створені центри нових зерен збільшують свої розміри, відбувається повне заміщення новими зернами всього об'єму деформованого матеріалу після чого, починає проходити ріст утворених зерен при збільшенні температури або часу витримки. Метою даного винаходу є отримання дрібнозернистої структури з розмірами зерен, які забезпечують проявлення наномасштабного ефекту, що дає змогу підвищити фізико-механічні властивості напилених газотермічних покриттів, тому необхідно зафіксувати момент появи найбільшої кількості центрів первинної рекристалізації, розмір яких буде найменшим. Досягти такого ефекту можливо за умови, якщо швидкість формування нових центрів буде значно перевищувати швидкість їх росту. Реалізувати це можливо при припиненні процесу первинної рекристалізації в момент досягнення зародками розмірів, що забезпечать проявлення наномасштабного ефекту, шляхом достатньо швидкого охолодження матеріалу покриття до температури навколишнього середовища. Швидкість охолодження вибирається такою, що не викликає подальшого росту зерен. Дуже важливо щоб час витримки був незначний і складав не більше 0,5-10 хвилин. Саме в цей період нагрівання і відбувається формування нових центрів первинної рекристалізації. Запропонований спосіб забезпечить підвищення фізико-механічних властивостей напилених покриттів. Приклад 1. На сталеву основу після дробеструминної обробки та знежирення наносили порошок нікелю плазмовим напиленням на установці "Київ - 7" при силі струму 100А і напрузі 250В. Потім отриманий зразок з покриттям піддавали нагріванню до температури початку рекристалізації нікелю, що відповідає 0,4-0,44Тпл і складає 420-480°С, протягом 2-9хв. з наступним охолодженням до температури навколишнього середовища. Оцінювання твердості напиленого покриття до та після нагрівання показало підвищення цього показника на 30-70% для різного часу витримки. Результати залежності твердості покриття нікелю від температури термічної обробки та часу витримки показано на Фіг.1. Оцінювання коефіцієнту теплопровідності напилених покриттів до термічної обробки та після термообробки, що привела до значного підвищення твердості (480°С, 5хв. витримки, приріст твердості склав 73%) показало зменшення коефіцієнту теплопровідності на 33%, що значно покращує теплозахисні властивості даного покриття. Вплив термічної обробки на коефіцієнт теплопровідності при різних температурах показано на Фіг.2. 5 88755 Приклад 2. На сталеву основу після дробеструминної обробки та знежирення плазмовим напиленням на установці "Київ-7" наносили порошок нержавіючої сталі Х18Н15 при силі струму 150А і напрузі 220В. Потім отримані зразки з покриттям піддавали нагріванню до температури початку рекристалізації Комп’ютерна верстка Н. Лиcенко 6 Х18Н15, що відповідає 0,7Тпл і складає 880°С, протягом 0,5-3хв. Оцінювання твердості напиленого покриття до та після нагрівання показало підвищення цього показника в середньому на 40%. Результати залежності твердості покриття Х18Н15 від потужності процесу напилення та часу витримки при нагріванні до 880 °С показано на Фіг.3. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601