Спосіб одержання покриттів

Способ получения покрытий, включающий послойное плазменное напыление покрытий на подложку, расположенную в воде, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что напыление проводят через насадок-диффузор, выходной торец которого располагают в воде на расстоянии не более 10 мм от поверхности воды и на расстоянии 5 мм от напыляемой подложки, воде с температурой 0,55,0°С сообщают ультразвуковые колебания в направлении, перпендикулярном оси плазменной струи, угол падения луча ультразвуковой волны на напыляемую подложку во взаимно перпендикулярных плоскостях изменяют поочередно в диапазоне 30120°С с частотой 0.1-10 гц. С > ел Изобретение относится к технологии обработки материалов, в частности получения однородных аморфных материалов и покрытий с применением низкотемпературной плазмы и ультразвуковой обработки и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в частности авиа-, судо- и ракетостроении, электронной и электротехнической промышленности. Условия получения полностью аморфных высококачественных покрытий достаточно специфичны и находятся в узких технологических пределах, реализовать которые при помощи известных способов весьма затруднительно. Известен способ, позволяющий при помощи плазменного напыления полностью расплавить напыляемый материал, поддерживать температуру основы на значении, не превышающем 150-200°С и при помощи последующей ультразвуковой обработки непосредственно магнитострикционным преобразователем снизить пористость покрытия, а также повысить дисперсность структуры. Однако плазменное напыление не исключает окисления напыляемых частиц, температура 150-200°С для многих аморфизируемых сплавов является неприемлемой, для плазменного напыления ха о 5 о 15670 рактерен большой разброс значений скорости напыляемых частиц в центре плазменной струи и на его периферии, что приводит к неравнозначным условиям взаимодействия частиц. Это свидетельствует о значительной неоднородности покрытия как по структурным особенностям, так и по механическим характеристикам. Последующая механическая ультразвуковая обработка не повышает однородности покрытия, а только сглаживает уже имеющиеся изъяны, т.е. повышает число скрытых дефектов. Наиболее близким к изобретению является способ получения покрытий, включающий послойное плазменное напыление покрытий на подложку, расположенную в воде. Данный способ позволяет за счет под* жатия струи повысить равномерность скорости подлета частицы к основе, снизить окисление напыляемых частиц в силу окружения плазменной струи инертной средой, поддерживать температуру основы при более низких температурах за счет охлаждения жидкой средой. Однако в связи с необходимостью проведения напыления на малой дистанции от напыляемой основы имеет место значительной градиент температур в области формирования покрытия, что приводит к неравнозначным условиям взаимодействия частиц и поверхности. В итоге - неоднородность структуры в покрытии. Кроме этого, для данного способа характерен локальный перегрев и, как следствие, снижение процента объемной аморфизации в уже напыленном покрытии. Цель изобретения - повышение качества покрытий за счет повышения процента объемной аморфизации напыляемого покрытия с улучшением его однородности. Указанная цель достигается тем, что напыление проводят через изолирующий контур, например насадок-диффузор, выходной торец которого располагают в приповерхностной толще воды на расстоянии не более 10 мм от ее поверхности, 5 мм от напыляемой подложки, при этом воде сообщают ультразвуковые колебания в направлении, перпендикулярном оси плазменной струи, угол падения луча ультразвуковой волны на напыленную поверхность во взаимно перпендикулярных плоскостях изменяют поочередно в диапазоне 30-120°С с частотой 0,1-10 Гц. а воду охлаждают до температуры 0,5-5°С и в течение процесса напыления поддерживают ее постоянной в указанных пределах. П р и м е р 1.В качестве базы для сравнения исследованы характеристики покрытия полученного в соответствии с изве 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 стным способом. Выбраны наиболее удовлетворительные характеристики с точки зрения поставленной цели. Результаты сведены в таблицу. П р и м е р 2. Для реализации предложенного способа использовали насадокдиффузор длиной 130 мм. В качестве подложки использовали цилиндрический образец диаметром 50 мм и высотой 10 мм. Размеры плоской излучающей поверхности ультразвукового преобразования устанавливались из условия обеспечения угла падения в диапазоне 30-120°С,при угле излучения 90°. Во время напыления образец вращали вокруг собственной оси с частотой 1,0 Гц. При этом торцовую поверхность насадки фиксировали в воде на расстоянии 8 мм от ее поверхности и на расстоянии 5 мм от ближайшей точки образца. Емкость с установленными в ней образцами имела каналы подвода и отвода воды, замкнутые на холодильник. Во время напыления имело место циркулирование воды через холодильник, при этом температура воды не повышалась выше 4°С. На образец наносят аморфизирующийся сплав Fe4oNi4oB2O толщиной 300 мкм при помощи плазменной установки "Киев-7". О повышении качества напыленных покрытий судили по: повышению количества аморфной фазы, снижению пористости покрытия, повышению микротвердости, снижению дисперсии микротвердости, снижению значений коэрцитивной силы. При этом пористость, дисперсия микротвердости и коэрцитивная сила характеризуют однородность покрытия. В результате покрытие, полученное при описанных технологически режимах, имело 1 более высокие показатели по всем характё ристикам, чем по аналогичным для прототипа. Достигнут положительный эффект. Дальнейшие эксперименты проводили аналогично примеру 2, но с контролем одного из параметров, оговоренных в тексте. В таблице даны примеры с режимом нанесения и характеристикой полученных покрытий. Так, в примере 3 воде ультразвуковые колебания не сообщались, хотя образец попрежнему вращался с частотой 1 Гц. В результате положительный эффект не достигнут. Это позволяет обосновать необходимость сообщения воде ультразвуковых колебаний. Для обоснования технологичности способа в примере 4 использовался отличный от модельного сплав, а именно Fe-Cr-Mo-B. Как и в примере 2 имеет место достижение положительного эффекта. 15670 Примеры 5 и 6 позволяют сделать вытот падения луча ультразвуковой волны на вод, что расширение оптимального диапанапыленную поверхность. зона углов падения приводит к ухудшению П р и м е р ы 15 и 16 позволяют обоснохарактеристик покрытий, снижению половать допустимую глубину погружения изожительного эффекта и поэтому является не- 5 лирующего контура в воду. приемлемым. П р и м е р ы 17и18 позволяют обосновать допустимую температуру воды, выше П р и м е р ы 7 и 8 позволяют сделать которой достижение положительного эфвывод, что сужение оптимального диапазофекта не наблюдается. на углов падения приводит к отсутствию положительного эффекта. 10 П р и м е р ы 19и 20 позволяют обосновать оптимальное расстояние до напыляеП р и м е р ы 9 и 10 позволяют обосномой поверхности (оптимальную дистанцию напыления). вать однозначность взаимодействия ультраТехнико-экономическая эффективность звуковых колебаний с напыляемой поверхностью в зависимости от угла излуче- 15 изобретения заключается в получении возможности изготовления практически новония. го класса изделий с повышенными П р и м е р ы 11-14 позволяют обосноэксплуатационными характеристиками. вать приемлемый диапазон изменения часПример Технологические характеристики Угол иэ- Диапазон углов па- Частота Глубина Темпера- Дистанл учения. денис .град падения погруже- тура во- ционное Конеч- луча (вра- ния тор- ды. °С Начальград напыленый угол ный угол щения). ца, им ние, мм Характеристики покрытия Микро- Диспер- Коэрци- Количест сия мик- тивная тверво амор Пористость. дость, % МПа Гц ротвер- сила. А/м дости, фной фаэы. % МПа I (прототип) 2 3 4 S 6 7 8 90 90 80 90 90 90 9 100 4 20 1.6 7900 92 50 86 120 1.0 8 4 0.3 6510 40 28 100 1.0 8 4 3.2 7800 600 110 93 30 120 1.0 8 4 0.3 8500 37 100 100 30 28 32 30 30 30 94 10 30 86 125 1.0 8 4 5 5 5 5 120 1.0 8 4 5 120 1.0 8 4 5 115 1.0 8 4 5 120 1.0 8 4 5 0.5 8350 190 120 1.0 8 4 5 1.0 8100 270 0.3 8480 49 30 47 0.3 8500 56 35 0.9 8200 210 0.5 8290 160 65 54 60 77 100 97 100 100 94 Продолжение таблицы Технологические характеристики Угол ма- Диапазон углов па- Частота Глубина Темпера- ДистанПример л учения. град дения .град КонечНачаль падения погруже- тура волуча (вра- ния тор- ды. °С ный угол ный угол щения), ца, мм ционное напыление, мм 120 Гц 10.5 8 4 6 120 10.5 84 4 5 120 0,1 8 4 120 0.095 в 4 5 5 5 5 5 5 15 90 16 90 30 30 30 30 30 30 17 90 207 120 1,0 8 4 18 90 30 120 1.0 8 19 20 90 .30 120 1.0 8 5.5 5 4 90 30 120 1.0 8 5 6 12 90 90 13 90 14 90 11 Упорядник Замовлення 4195 120 },0 10 4 120 1.0 10.5 Пористость. % 4 Техред М.Моргентал Характеристики покрытия Микро- Диспер- Коэрци- Количесттвер сия мик дость, ротвер- сила, А/м МЛа 0.5 0,5 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 дости. 8400 МПа 67 8400 67 8270 8270 тивная во аморфной фазы.% 100 90 52 52 50 94 51 95 100 95 8450 60 38 100 8400 83 51 100 8500 71 45 100 8500 71 51 100 8500 80 48 100 8500 93 52 100 Коректор М. Керецман Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл м 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна.