Спосіб виготовлення катодів для електродугових випаровувачів

Реферат: Спосіб виготовлення катодів для електродугових випаровувачів включає одержання циліндричної заготовки, механічну обробку отриманої заготовки, гаряче ізостатичне пресування. Заготовку катода виготовляють методом лиття в кокіль, а гаряче ізостатичне пресування здійснюють після попередньої механічної обробки отриманої заготовки. При цьому гаряче ізостатичне пресування проводять під тиском, що перевищує границю плинності сплаву заготовки, при температурі, близькій до температури розчинення γ'-фази, після чого виконують термообробку та остаточну механічну обробку. UA 90480 U (54) СПОСІБ ВИГОТОВЛЕННЯ КАТОДІВ ДЛЯ ЕЛЕКТРОДУГОВИХ ВИПАРОВУВАЧІВ UA 90480 U UA 90480 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів виготовлення катодів, що використовуються у промисловому іонно-плазмовому обладнанні, зокрема, у електродугових випаровувачах, для отримання і нанесення жаростійких багатокомпонентних покриттів. Для використання в промисловості, а саме при виготовленні газотурбінних лопаток, необхідно довговічне покриття, яке працюватиме в умовах, при яких існують зовнішні короткочасні напруження, що виникають у результаті різкого охолодження і різкого нагріву, тобто покриття повинно бути жароміцним. Крім того, покриття повинно бути однорідним за складом і рівномірним за товщиною. У покритті не повинні зустрічатися дефекти, наприклад, пори, тріщини, місцеві зменшення товщини покриття [див. Коломыщев П.Т. "Высокотемпературные защитные покрытия для никелевых сплавов". М.: "Металлургия", 1991 г., с. 141-146, 173-179, 222-226]. Для того, щоб дотриматись всіх вищезгаданих вимог до покриття, велике значення має якість катода за формою та структурою. Відомий спосіб виготовлення катода електродугового випаровувача для нанесення нітридів або карбонітридів титанових сплавів, який полягає в тому, що заготовку катода виготовляють із титанового сплаву пошаровим наплавленням вакуумно-дуговим переплавом, а витратну вставку на нього закріплюють наплавленням [патент України, № 40097, МПК С23С 14/34, 2009]. Даний спосіб є трудомістким через складність процесу отримання заготовки катода і кріплення витратної вставки. Спосіб виготовлення катодної мішені [патент Росії, № 2405062, МПК С23С 14/34, 2008], вибраний як найближчий аналог заявленого технічного рішення. Відомий спосіб включає отримання заготовки, що представляє собою зливок-електрод циліндричної форми на основі нікелю або кобальту, її механічну обробку для надання необхідних геометричних розмірів, потім зливок розплавляють плазмою для отримання сферичних гранул, які згодом засипають у вакуумі в капсулу кільцевої форми для утворення мішені з порожниною, далі капсулу заварюють і піддають гарячому ізостатичному пресуванню, після чого виконують розгерметизацію капсули і здійснюють механічне очищення заготовки. У способі зазначені розміри катодної мішені і сферичних гранул, межі температурних режимів, часові межі, а також особливості отримання катодної мішені та її властивості. До недоліків зазначеного способу варто віднести його витратність і трудомісткість, оскільки катодну мішень виготовляють компактуванням капсули, заповненої сферичними гранулами. Попередньо гранули отримують шляхом плазмового розтоплення зливка-електрода. Також виконуються операції по заварюванню і розгерметизації капсули. В основу корисної моделі поставлено задачу спрощення технологічного процесу виготовлення катода без погіршення його якісних характеристик. Технічним результатом при реалізації корисної моделі є зниження ливарної пористості, отримання рівномірної структури та підвищення щільності матеріалу катода, виготовленого методом обробки заготовки-зливка. Це дозволяє спростити технологічний процес виробництва катода за рахунок виключення операцій по виготовленню та компактуванню капсули. При використанні такого катода одержують захисне покриття високої якості (бездефектне, однорідне за складом, рівномірне по товщині). Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення катодів для електродугових випаровувачів, що включає одержання циліндричної заготовки, механічну обробку отриманої заготовки, гаряче ізостатичне пресування, згідно з корисною моделлю заготовку катода виготовляють методом лиття в кокіль, а гаряче ізостатичне пресування (ГІП) виконують після попередньої механічної обробки отриманої заготовки, причому ГІП проводять під тиском, що перевищує границю плинності сплаву заготовки, при температурі, близькій до температури розчинення   фази . Далі виконують термообробку та остаточну механічну обробку для надання катода необхідних розмірів. Для прискорення операції ГІП, і, у деяких випадках, для стабілізації отриманої структури катода, після витримки застосовується операція прискореного охолодження. В одному з варіантів здійснення корисної моделі при виготовленні катода на основі нікелю ГІП проводять при тиску 140-160 МПа і витримці при температурі 1160-1200 °C не менше 4-х годин. Конкретні температура і тиск у зазначених межах залежать від хімічного складу обраного матеріалу. Відмінною ознакою запропонованого способу виготовлення катода в порівнянні із найближчим аналогом є те, що ГІП піддається зливок, отриманий методом лиття в кокіль. Особливістю технології ГІП є вплив на деталь всебічного рівномірного стиснення при високих температурах протягом певного часу витримки. Пресування відбувається тиском, що повинен перевищувати границю плинності матеріалу оброблюваного зливка. При виборі температури ГІП використовують температуру, близьку до температури розчинення   фази . 1 UA 90480 U 5 10 15 20 25 30 У результаті відбувається "заліковування" внутрішніх дефектів структури зливка, що дозволяє ущільнити матеріал і знизити мікропористість. У той же час, відкриті дефекти типу несуіцільностей, що виходять на поверхню внаслідок попадання в них аргону із середовища газостату, при ГІП не усуваються. Для їхнього усунення і надання катоду необхідних розмірів виконують механічне обточування. Це дозволяє виключити операції по виготовленню та компактуванню капсули, і, як наслідок, спростити технологічний процес виробництва катода без зниження його якості. Для пояснення корисної моделі далі наведено приклад виготовлення катода заявленим методом. Залежно від вимог до властивостей металу стосовно конкретного випадку використання, вибирають сплав заданого хімічного складу на основі нікелю. Хімічний склад катода на основі нікелю (Ni) може включати 20,3-20,7 % Сr; 12-12,6 % АІ; 0,4-0,6 % Y; 0,09 Fe, 0,02 % Сu. Розплавлений метал заливають у кокіль для одержання однорідної заготовки-зливка циліндричної форми. Після попереднього механічного обточування і термообробки заготовка-зливок піддається ГІП. Для сплаву зазначеного складу розроблені наступні режими ГІП. Початковий тиск - 20-30 МПа. Далі виконують нагрівання заготовки до температури 1030-1050 °C, витримку при тиску 120 МПа протягом 1,5 годин. Після чого роблять підвищення температури до 1160-1200 °C, і витримку при цій температурі і тиску 140-160 МПа протягом 4-х годин. При обробці заготовки за температурою і тиском нижче вказаних меж не відбувається розчинення   фази та матеріал не набирає пластичності, а при обробці за межами верхніх показників тиску і температури відбувається ріст зерна та межове оплавлення зерен, що знижує якість матеріалу катода. Далі заготовку прискорено охолоджують до температури 800 °C. Кінцева температура охолодження зливка не більше 300 °C. Далі виконують термообробку отриманого катода (відпуск) для зняття механічних напружень. У процесі ГІП приповерхневі дефекти "виходять" на поверхню, тому для їхнього усунення і додання катода необхідних геометричних розмірів здійснюється механічне обточування. Готовий катод фіксують в установці для іонно-плазмового напилення, де здійснюється нанесення жаростійких покриттів на деталь. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 1. Спосіб виготовлення катодів для електродугових випаровувачів, що включає одержання циліндричної заготовки, механічну обробку отриманої заготовки, гаряче ізостатичне пресування, який відрізняється тим, що заготовку катода виготовляють методом лиття в кокіль, а гаряче ізостатичне пресування здійснюють після попередньої механічної обробки отриманої заготовки, причому гаряче ізостатичне пресування проводять під тиском, що перевищує границю плинності сплаву заготовки, при температурі, близькій до температури розчинення γ'-фази, після чого виконують термообробку та остаточну механічну обробку. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що процес гарячого ізостатичного пресування включає операцію прискореного охолодження. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що гаряче ізостатичне пресування здійснюють під тиском 140-160 МПа та витримкою при температурі 1160-1200 °C не менше 4 годин. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2