Припекание порошковых покрытий

Припекание — это процесс получения металлического покрытия на поверхности детали, включающий нанесение на нее слоя порошка и нагрев их до температуры, обеспечивающей спекание порошкового материала и образование прочной диффузионной связи с деталью. В основу этого метода положены технологические приемы порошковой металлургии.

Для получения на поверхности детали прочного слоя, имеющего надежное сцепление с основой, необходимо активирование поверхности детали, порошка или обоих компонентов. Наиболее доступными и эффективными являются следующие виды активирования: химическое, термическое (ускоренный нагрев и введение присадок, снижающих температуру плавления в местах контакта порошка и детали), силовое (создание надежного контакта между порошком и деталью).

При химическом активировании в шихту вводятся активные присадки, обычно в виде дисперсного порошка (бора, кремния, фосфора, никеля и др.), равномерно распределенного в наносимом порошке. Они уменьшают окисление металла и разрушают окисные пленки.

Термическое активирование заключается в ускоренном нагреве с целью активизации диффузионных процессов и создания кратковременно в локальных зонах температуры, превышающей температуру плавления. При этом для снижения температуры появления жидкой фазы применяют присадки (как правило, совместно с химическим активированием), образующие легкоплавкую эвтектику. Наиболее эффективным и технологичным является нагрев в индукторе токами высокой частоты. Благодаря кратковременности нагрева до температуры, обеспечивающей припекание, уменьшается окисление порошка и детали, что исключает необходимость применения защитно-восстановительных сред или вакуума.

Силовое активирование необходимо в тех случаях, когда без надлежащего прилегания частиц порошка друг к другу и к поверхности детали невозможно создать условия, необходимые для припекания. Силовое активирование способствует повышению плотности покрытия и существенно ускоряет диффузионные процессы между частицами порошка и деталью. На практике для силового активирования применяют: статическое приложение нагрузки с одновременным нагревом, спекание с приложением вибраций, давление с использованием центробежных сил.

Одновременное применение химического, термического и силового активирования позволяет получать наиболее качественные покрытия.

Электроконтактное припекание. На практике обычно применяется метод электроконтактного припекания при силовом активировании. Процесс нанесения покрытия в этом случае осуществляется следующим образом. На поверхность детали подается порошок, который прижимается к ней электродом (обычно роликовым) контактной сварочной машины. Под действием импульсов электрического тока порошок нагревается до температуры 0,9— 0,95 температуры его плавления. Нагревание происходит за счет энергии, выделяемой при прохождении электрического тока через активное сопротивление, которое образуется контактами между частичками порошка, поверхностью детали и электрода.

Под действием давления со стороны электрода пластичные частички порошка деформируются, спекаются между собой и поверхностью детали. Покрытие образуется в результате бездиффузионного процесса схватывания и диффузионных процессов спекания и сваривания.

Процесс припекания обеспечивается при следующих параметрах: сила тока до 30 кА, напряжение 1—6 В, продолжительность импульса тока 0,01— 0,1 с, давление на порошок до 100 МПа.

Метод электроконтактного припекания, обладая высокой производительностью и низкой энергоемкостью, обеспечивает прочность сцепления нанесенного слоя порошка с деталью 150—200 МПа, создает в детали малую зону термического влияния, не требует применения защитной атмосферы, не сопровождается светоизлучением и газовыделением. Для придания покрытию необходимых показателей пористости, твердости и износостойкости применяют легированные порошки.

К недостаткам данного метода следует отнести нестабильность свойств покрытия по длине детали при традиционной (цилиндрической) форме электрода (ролика), что обусловлено неравномерным нагреванием порошка в пределах его ширины. Если под средней частью ролика, где оказываемое на порошок давление максимально, возможен его перегрев до расплавления, то под крайними участками температура нагрева может быть недостаточной для качественного припекания, что может быть причиной выкрашивания нанесенного слоя при эксплуатации.

Неравномерность нагрева порошка в этом случае обусловлена его сыпучестью, из-за которой плотность слоя порошка и, следовательно, его электрическое сопротивление по ширине ролика переменны. Для стабилизации нагрева порошка по ширине ролика, его наружную контактную поверхность выполняют вогнутой.

Все более широкое применение в промышленности получает разработанный в ИНДМАШе НАНБ способ припекания, при котором силовое активирование осуществляется центробежными силами, а порошок и деталь в процессе припекания разогревают индуктивным методом.

Существенным преимуществом данного способа припекания является то, что благодаря действию центробежных сил на каждую частицу порошка обеспечивается качественное формирование покрытия одновременно по всей длине поверхности детали. Кроме того, за счет совмещения во времени нагрева и формования покрытия, данный процесс припекания отличается высокой производительностью при минимальном окислении поверхности детали и порошка.

Индукционным центробежным припеканием наносят антифрикционные и износостойкие покрытия на внутренние, наружные и торцовые поверхности цилиндрических деталей в широком диапазоне диаметров. Для этого применяют специальные центробежные установки. Вращение детали обычно производят вокруг горизонтальной оси при наружном расположении индуктора, что позволяет получать равномерную толщину покрытия по длине детали и наносить покрытия в отверстиях небольшого диаметра.

По типовому технологическому процессу центробежного индукционного припекания в отверстии детали типа «втулка» ее помещают в защитную стальную оболочку, в отверстие засыпают смесь порошка и флюса, закрывают отверстие с обоих торцов детали антипригарными прокладками и крышками.

Собранное таким образом устройство закрепляют на шпинделе центробежной установки, обеспечив предварительно необходимое ее позиционирование относительно индуктора. Затем шпиндель приводят во вращение и включают цепь питания индуктора. Температуру нагрева детали контролируют соответствующей системой.

После спекания порошкового материала и припекания покрытия индуктор отключают, сохраняя вращение шпинделя. Вращение прекращают при охлаждении детали до 350—600 °С, после чего устройство снимают с установки и охлаждают его до естественной температуры. Полученное покрытие обрабатывают до требуемого размера.

Дата добавления: 2014-01-20