Способ получения аморфных покрытий

(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Шамшур Александр Семенович Ильющенко Татьяна Александровна Мишкина Марина Анатольевна Еженков Григорий Григорьевич(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(56) Фельц А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела.М. Мир, 1986. - С. 46-47.2324 1, 1998.2092610 1, 1997.2053312 1, 1996.61217568 , 1986.(57) Способ получения аморфных покрытий, включающий газотермическое напыление на поверхность перемещающейся детали аморфообразующего сплава с последующим охлаждением парами жидкого гелия или азота, отличающийся тем, что до охлаждения напыленный аморфообразующий сплав локально нагревают импульсами тока экспериментально подобранной длительности и амплитуды с частотойследования импульсов, рассчитанной по формуле,гдескорость перемещения детали, м/миндлина зоны нагрева в метрах. 7323 1 2005.09.30 Изобретение относится к области получения аморфных покрытий для повышения физико-механических свойств поверхностей деталей машин и оборудования и может быть использовано в машиностроении и других областях промышленности. Физические и механические свойства аморфных покрытий значительно улучшаются по сравнению с их кристаллическими дубликатами. Из-за отсутствия дефектов, обусловленных диффузией элементов при быстром охлаждении, значительно повышается их коррозионная стойкость. Отличительными чертами механического поведения аморфных покрытий являются полное отсутствие деформационного упрочнения и наличие высокой твердости,что снижает их схватывание при трении скольжения и снижает коэффициент трения. Известны способы получения аморфных покрытий непосредственно на деталях 1 стр. 38-54, которые можно свести к следующим гемогенным осаждением гелей, электролитическим осаждением аморфных слоев, получением аморфных слоев из газовой фазы путем конденсации твердого вещества из паровой фазы на подложку (испарение, катодное распыление, разложение в тлеющем разряде и реакции различных газообразных компонентов, приводящих к твердым растворам) путем облучения поверхностей деталей нейтронами или сильно ускоренными ионами и др. Недостатком известных способов получения аморфных покрытий является сложность процесса их получения, сложность оборудования, малая толщина аморфных покрытий и ограниченные размеры и форма покрываемых изделий (деталей). Известен способ получения аморфных покрытий на поверхностях деталей из паровой фазы 1 стр. 46-47 - прототип, сущность которого заключается в том, что малые расплавленные частицы аморфнообразующего сплава попадают (чаще всего путем свободного падения) в предварительно нагретый до высоких температур реактор, в котором они очень быстро испаряются. В результате в газовой фазе появляется набор фрагментов, осаждение которых на охлажденную поверхность детали приводит к образованию аморфных покрытий. Недостатком прототипа является то, что получаемые аморфные покрытия на деталях имеют небольшую толщину (до 60 мкм), а также ограничены размеры и форма покрываемых изделий из-за того, что весь процесс происходит в вакууме. Сложность существующего процесса получения аморфных покрытий не позволяет широко использовать его в машиностроении. Задача, решаемая изобретением, заключается в получении аморфных покрытий на деталях машин и оборудования заданной толщины без ограничения формы и размеров детали. Поставленная задача реализуется тем, что способ получения аморфных покрытий,включающий газотермическое напыление на поверхность перемещающейся детали аморфообразующего сплава с последующим охлаждением парами жидкого гелия или азота,отличающийся тем, что до охлаждения напыленный аморфообразующий сплав локально нагревают импульсами тока экспериментально подобранной длительности и амплитуды с частотойследования импульсов, рассчитанной по формуле/,где- скорость перемещения детали, м/мин- длина зоны нагрева в метрах. Сущность изобретения заключается в том, что аморфнообразующий сплав формулы, гдепредставляет переходный металл, например, , , , 0,или их смесиявляется металлоидом, например, , В, С или их смеси иявляется элементом из группы , , , , , ,или их смесями а может составлять 60-90 ат. ,может составлять 10-30 ат.и с - 0,1-15 ат.2 в виде порошка, ленты, проволоки или шнура наносится на поверхность детали заданной толщины (0,5-0,6 мм) газотермическим напылением (газопламенным, плазменным и др.), а формирование аморфной структуры осуществляется на второй стадии процесса последующим локальным нагревом импульсами тока большой плотности и охлаждением расплава, детали и инструмента (ролик, пластина) парами жидкого гелия (4,2 К) или азота (77 ). 2 7323 1 2005.09.30 Длительность и амплитуда импульса тока подбирается экспериментально, а при непрерывной обработке покрытия на детали частота следования импульсов токарассчитывается по формуле/,где- скорость движения детали или инструмента в м/мин,- длина зоны прогрева в метрах. На чертеже представлена структурная схема формирования импульсов тока большой плотности и заданной частоты их следования. Напряжение от сети 220 или 380 В подается на автотрансформатор 1, позволяющий регулировать напряжение, а следовательно и амплитуду тока до заданной величины. Переменное напряжение промышленной частоты подается от автотрансформатора 1 на понижающий трансформатор Тр 2 через тиристор 1, управляющий электрод которого подключен к блоку управления 2, позволяющему регулировать длительность импульсов тока и частоту их следования. Пониженное импульсное напряжение подается через токосъемное устройство 3 на инструмент (ролик, пластину) 4 и деталь 5. При прохождении импульса тока большой плотности за счет выделения джоулевого тепла происходит локальный нагрев покрытия 6 до температуры плавления аморфно-образующего сплава. Зона оплавления покрытия, деталь, инструмент интенсивно охлаждаются через сопло 7 парами жидкого гелия или азота, т.е. происходит быстрое охлаждение расплава, вследствие чего образуется аморфная структура покрытия. Пример. При использовании автотрансформатора мощностью 100 кВт, понижающего трансформатора типа - ОСУ-100 (100 кВт) и тиристора Т 2-320 ток плавления зоны покрытия составляет 8000 А и более. Приведенный способ получения аморфных покрытий путем нанесения на поверхность детали аморфнообразующего сплава с последующим его плавлением и интенсивным охлаждением зоны расплава позволяет получать аморфное покрытие на деталь неограниченных размеров и формы (тела вращения, плоские детали и т.п.). Источники информации 1. Фельц А. Аморфные и стеклообразные неорганические твердые тела Пер. с нем. Г.З. Виноградовой и др. / Под ред И.В. Тананаева, Дембовского. - М. Мир, 1986. - С. 556. 2. Ковнерский Ю.К., Осипов Э.К. и др. Физико-химические основы создания аморфных металлических сплавов - . Наука, 1983. - С. 144. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.