RU2228972C1 - Method of application of multi-layer coats - Google Patents
Method of application of multi-layer coats Download PDFInfo
- Publication number
- RU2228972C1 RU2228972C1 RU2002134897/02A RU2002134897A RU2228972C1 RU 2228972 C1 RU2228972 C1 RU 2228972C1 RU 2002134897/02 A RU2002134897/02 A RU 2002134897/02A RU 2002134897 A RU2002134897 A RU 2002134897A RU 2228972 C1 RU2228972 C1 RU 2228972C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rolling
- vibration
- coating
- indenter
- vibro
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electroplating Methods And Accessories (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области технологии машиностроения, в частности к способам нанесения многослойных покрытий, и может быть использовано для получения качественных многослойных покрытий большой толщины на поверхностях гидроцилиндров, штоков и т.п., а также при восстановлении изношенных участков деталей.The invention relates to the field of engineering technology, in particular to methods for applying multilayer coatings, and can be used to obtain high-quality multilayer coatings of large thickness on the surfaces of hydraulic cylinders, rods, etc., as well as when restoring worn parts.
Известен способ (журнал “Машиностроитель” 1997 г., №10, стр. 23-24. В.П. Смоленцев, Е.В. Смоленцев, С.Ю.Жачкин, статья Технология покрытия и восстановления деталей) гальваномеханического (гальванодеформирующего) нанесения покрытий, который заключается в периодическом многократном электролитическом осаждении малых (менее 1 мкм) слоев с последующим пластическим деформированием каждого слоя.There is a known method (magazine “Mashinostroitel” 1997, No. 10, pp. 23-24. VP Smolentsev, EV Smolentsev, S.Yu. coatings, which consists in periodic repeated electrolytic deposition of small (less than 1 μm) layers with subsequent plastic deformation of each layer.
Однако в публикации не указан способ поверхностного пластического деформирования наносимых слоев покрытий и вид предварительной обработки поверхности перед нанесением покрытий, которая влияет на качество сцепления материала основы с покрытием.However, the publication does not indicate the method of surface plastic deformation of the applied coating layers and the type of surface pretreatment before coating, which affects the adhesion quality of the base material with the coating.
В качестве прототипа принят способ электролитического хромирования (патент РФ №2175032, C 25 D 5/22 от 20.10.2001 г.), включающий предварительное осаждение хрома и окончательное хромирование с механическим воздействием на катодную пленку за счет контакта обрабатываемой поверхности с хонинговальными брусками, совершающими возвратно-поступательное перемещение при вращении обрабатываемого изделия с принудительной прокачкой электролита в межэлектродном зазоре, причем перед предварительным осаждением хонинговальные бруски устанавливают с гарантированным зазором, а в процессе хонингования делают паузу в подаче технологического тока с последующим повышением плотности тока до рабочей величины.As a prototype, a method of electrolytic chromium plating (RF patent No. 2175032, C 25 D 5/22 dated 10/20/2001) was adopted, including preliminary deposition of chromium and final chromium plating with mechanical action on the cathode film due to contact of the treated surface with honing bars making reciprocating movement during rotation of the workpiece with forced pumping of the electrolyte in the interelectrode gap, and before preliminary deposition, honing bars are installed with a guarantee gap, and in the process of honing, pause the supply of technological current with a subsequent increase in current density to the operating value.
Основные параметры и режимы способа электролитического хромирования по прототипу: обрабатываемая деталь - валик из стали 9Х2МФ; предварительный гарантированный зазор между брусками и обрабатываемой поверхностью 0,3-0,5 мм (не более 1,5 мм); толщина предварительного слоя хрома - 55 мкм; скорость возвратно-поступательного движения абразивных брусков 0,1 м/с с усилием прижима - 2 МПа; время обработки - 16 мин; с паузой в подаче тока 11,7 мин; при окончательном повышении плотности тока до рабочей величины.The main parameters and modes of the electrolytic chromium plating method according to the prototype: the workpiece is a 9Kh2MF steel roller; preliminary guaranteed clearance between the bars and the treated surface of 0.3-0.5 mm (not more than 1.5 mm); the thickness of the preliminary layer of chromium is 55 microns; the speed of the reciprocating movement of the abrasive bars of 0.1 m / s with a clamping force of 2 MPa; processing time - 16 min; with a pause in the current supply of 11.7 minutes; with a final increase in current density to a working value.
Режим электролитического хромирования по прототипу: катодная плотность тока изменяется от 0 А/м2 до 5·104 А/м2; температура электролита – 621°С; скорость протока электролита υэ - 3,2 м/с; скорость электролитического осаждения покрытия υn – 3,2 мм/мин. Электролит стандартный с содержанием компонентов: хромовый ангидрид - 250 г/л, серная кислота - 2,5 г/л.The electrolytic chromium plating mode according to the prototype: the cathode current density varies from 0 A / m 2 to 5 · 10 4 A / m 2 ; electrolyte temperature - 621 ° C; electrolyte flow velocity υ e - 3.2 m / s; the electrolytic deposition rate of the coating υ n - 3.2 mm / min The electrolyte is standard with the content of components: chromic anhydride - 250 g / l, sulfuric acid - 2.5 g / l.
В результате сравнительных исследований покрытий установлено, что для электролитического хромирования характерны зерна крупного размера (≈1,2 мкм) со сквозными микротрещинами большой протяженности, проходящими через все покрытие. Причем на границе раздела хрома с металлом основы образуются крупные и мелкие поры, снижающие сцепления покрытия с металлом основы.As a result of comparative studies of coatings, it was found that electrolytic chromium plating is characterized by large grains (≈1.2 μm) with long microcracks through which pass through the entire coating. Moreover, large and small pores are formed at the interface between chromium and the base metal, which reduce the adhesion of the coating to the base metal.
Однако этот способ недостаточно повышает качество биметаллического слоя (сталь-хром), работающих в сложных условиях эксплуатации.However, this method does not sufficiently improve the quality of the bimetallic layer (steel-chromium) operating in difficult operating conditions.
Это обусловлено следующими обстоятельствами: рассматриваемый совмещенный способ обработки не исключает появления остаточных напряжений растяжения, присущих хромированию, а хонингование, направленное на повышение шероховатости, выглаживая поверхность, частично снимает наносимое хромовое покрытие.This is due to the following circumstances: the combined processing method under consideration does not exclude the appearance of residual tensile stresses inherent in chromium plating, and honing, aimed at increasing the roughness by smoothing the surface, partially removes the applied chrome coating.
Задачей разработки предлагаемого способа нанесения многослойных покрытий является обеспечение высоких качественных характеристик покрытий.The task of developing the proposed method for applying multilayer coatings is to ensure high quality characteristics of the coatings.
Технический результат - увеличение микротвердости покрытия и материала основы, формирование в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия, повышение сопротивления износу, снижение шероховатости поверхности.The technical result is an increase in the microhardness of the coating and the base material, the formation of residual compressive stresses in the surface layer, an increase in wear resistance, and a decrease in surface roughness.
Этот технический результат достигается тем, что в способе нанесения многослойных покрытий, включающем электролитическое осаждение и механическое воздействие, механическое воздействие осуществляют вибронакатыванием, причем первое вибронакатывание проводят перед электролитическим осаждением покрытия и повторяют процесс циклами до получения требуемой толщины, после нанесения каждого последующего слоя проводят вибронакатывание через промежуток времени где δ - общая толщина покрытия, мм, υ - скорость хромирования, мм/мин. Причем способ осуществляют по следующему режиму: зазор между анодом и обрабатываемой поверхностью не более 1,5 мм, усилие вибронакатывания Р=250-300 Н, катодная плотность тока 6-9·104 А/м2, скорость вращения заготовки υз 10-30 м/мин, радиус индентора (шарика) Rинд=1,5-2,0 мм, амплитуда колебаний индентора А=1,0-1,5 мм, частота колебаний n=1400-2800 мин-1, подача S=0,05-0,15 мм/об.This technical result is achieved by the fact that in the method of applying multilayer coatings, including electrolytic deposition and mechanical impact, mechanical action is carried out by vibro-rolling, the first vibro-rolling being carried out before electrolytic deposition of the coating and the process is repeated in cycles until the required thickness is obtained, after each subsequent layer is applied, vibro-rolling through time interval where δ is the total coating thickness, mm, υ is the chromium plating rate, mm / min. Moreover, the method is carried out according to the following mode: the gap between the anode and the treated surface is not more than 1.5 mm, the vibration rolling force is P = 250-300 N, the cathodic current density is 6-9 · 10 4 A / m 2 , the workpiece rotation speed υ з 10- 30 m / min, indenter (ball) radius R ind = 1.5-2.0 mm, indenter oscillation amplitude A = 1.0-1.5 mm, oscillation frequency n = 1400-2800 min -1 , feed S = 0.05-0.15 mm / rev
В структуре поверхностного слоя, полученного по предлагаемому способу, формируются плотно прилегающие друг к другу колонки мелких зерен (≈ 0,2 мкм) со сдвигом и ориентацией их в направлении усилия вибронакатывания. Причем для предлагаемого способа характерно отсутствие на границе раздела хрома с металлом основы пор и других дефектов, а также наличие хрома, которое объясняется явлением массопереноса, протекающего в процессе многослойного гальванодеформационного нанесения покрытия. При дальнейшем послойном гальванодеформирующем нанесении покрытия (до 1000 мкм) происходит дальнейшее измельчение и дробление зерен на фрагменты и блоки (до ≈ 0,01 мкм).In the structure of the surface layer obtained by the proposed method, tightly adjacent columns of small grains (≈ 0.2 μm) are formed with a shift and their orientation in the direction of the vibratory rolling force. Moreover, the proposed method is characterized by the absence of a pore base and other defects at the interface of chromium with the metal, as well as the presence of chromium, which is explained by the phenomenon of mass transfer that occurs during multilayer electroplating coating. With further layer-by-layer galvanic deformation coating (up to 1000 μm), further grinding and crushing of grains into fragments and blocks occurs (up to ≈ 0.01 μm).
При предварительной обработке поверхности вибронакатыванием по сравнению с известными способами обработки, такими как резание, шлифование и т.п., характеризующимися хаотичным расположением неровностей, образуется регулярный микрорельеф, увеличивающий площадь сцепления материала основы и покрытия. Повышается качество покрытия. Наряду с этим комбинация гальванического осаждения (например, хромирования и т.п.), для которого характерно появление остаточных напряжений растяжения с поверхностным пластическим деформированием вибронакатыванием, позволяет формировать в поверхности остаточные напряжения сжатия.When pre-treating the surface by vibro-rolling as compared with known processing methods, such as cutting, grinding, etc., characterized by a random arrangement of irregularities, a regular microrelief is formed, which increases the adhesion area of the base material and the coating. The quality of the coating improves. Along with this, a combination of galvanic deposition (for example, chromium plating, etc.), which is characterized by the appearance of residual tensile stresses with surface plastic deformation by vibro-rolling, allows the formation of residual compression stresses in the surface.
На фиг.1, 2 показано устройство для реализации способа.Figure 1, 2 shows a device for implementing the method.
Устройство включает в себя ванну 1 для электролитического нанесения покрытий и приспособление 2 для вибронакатывания. Ванна 1 снабжена анодом 3, источником тока 4 и приспособлением 5 для перемещения и вращения заготовки 6, к которому подсоединен редуктор 7 с двигателем 8. Приспособление 2 для вибронакатывания снабжено деформирующим элементом - индентором 9.The device includes a
Способ осуществляют следующим образом. Заготовку 6, подлежащую обработке, тщательно промывают и устанавливают в приспособлении 5. В работу включается деформирующий элемент - индентор 9 и происходит процесс поверхностного пластического деформирования вибронакатыванием. Далее заготовку в приспособлении 5 устанавливают так, чтобы зазор между анодом 3 и обрабатываемой поверхностью заготовки 6 был небольшим - не более 1,5 мм. Затем одновременно включается система циркуляции электролита (наполнения ванны 1) и рабочее движение (вращение) заготовки 6, включается постоянный ток и начинается процесс электроосаждения. Плотность тока при этом значительно (в несколько раз) должна превышать величину, которая применяется при обычном электроосаждении. При гальваническом осаждении слоя покрытия толщиной (0,1-0,2)δ (где δ - общая толщина покрытия) в работу включается деформирующий инструмент и происходит процесс поверхностного пластического деформирования. Затем циклы непрерывно повторяются до получения требуемой толщины покрытия.The method is as follows. The workpiece 6 to be processed is thoroughly washed and installed in the fixture 5. A deforming element, an indenter 9, is turned on and a process of surface plastic deformation by vibro-rolling takes place. Next, the workpiece in the device 5 is set so that the gap between the anode 3 and the workpiece surface 6 is small - not more than 1.5 mm. Then, at the same time, the electrolyte circulation system (bath filling 1) and the working movement (rotation) of the workpiece 6 are turned on, a direct current is turned on, and the process of electrodeposition begins. In this case, the current density should significantly (several times) exceed the value that is used in conventional electrodeposition. During the galvanic deposition of a coating layer with a thickness of (0.1-0.2) δ (where δ is the total coating thickness), a deforming tool is included in the work and a surface plastic deformation process occurs. Then the cycles are continuously repeated until the desired coating thickness is obtained.
В результате происходит формирование многослойного покрытия большой толщины (до 1000 мкм).As a result, a multilayer coating of large thickness (up to 1000 μm) is formed.
Пример осуществления способа.An example implementation of the method.
Сравнительные исследования проведены на полых цилиндрических образцах с внутренним диаметром Dвн=27-46,5 мм, наружным диаметром Dн=30-50 мм, длиной L=50 мм из стали 9Х2МФ.Comparative studies were carried out on samples with a hollow cylindrical inner diameter D ext = 27-46,5 mm, an outer diameter D n = 30-50 mm and a length L = 50 mm steel 9H2MF.
Предварительные операции: обезжиривание, промывка в горячей и холодной воде, установка в приспособление.Preliminary operations: degreasing, washing in hot and cold water, installation in the device.
Стандартный режим электролитического хромирования: температура электролита - 621°С; скорость протока электролита υэ - 3-3,2 м/с; скорость электролитического осаждения покрытия υn мм/мин. Электролит стандартный с содержанием компонентов: хромовый ангидрид - 250 г/л, серная кислота - 2,5 г/л.Standard electrolytic chromium plating mode: electrolyte temperature - 621 ° С; electrolyte flow velocity υ e - 3-3.2 m / s; electrolytic deposition rate of the coating υ n mm / min. The electrolyte is standard with the content of components: chromic anhydride - 250 g / l, sulfuric acid - 2.5 g / l.
Основные параметры и режимы предлагаемого способа гальванодеформирующего нанесения многослойных покрытий: зазор между анодом и обрабатываемой поверхностью заготовки 1,5 мм; катодная плотность тока 6-9·104 А/м2; усилие вибронакатывания Р=250-300 Н, скорость вращения заготовки υз=10-30 м/мин, радиус индентора (шарика) Rинд=1,5-2,0 мм, амплитуда колебаний индентора А=1,0-1,5 мм, частота колебаний n=1400-2800 мин-1, подача S=0,05-0,15 мм/об, промежуток времени, через который проводят вибронакатывание t=3,5-4,0 мин. Толщина получаемого покрытия 80 мкм.The main parameters and modes of the proposed method of galvanic deformation deposition of multilayer coatings: the gap between the anode and the workpiece surface 1.5 mm; cathodic current density of 6-9 · 10 4 A / m 2 ; vibration rolling force P = 250-300 N, workpiece rotation speed υ з = 10-30 m / min, indenter (ball) radius R ind = 1.5-2.0 mm, indenter oscillation amplitude A = 1.0-1, 5 mm, the oscillation frequency n = 1400-2800 min -1 , the feed S = 0.05-0.15 mm / rev, the period of time through which vibro-rolling is carried out t = 3.5-4.0 min. The thickness of the resulting coating is 80 microns.
Уменьшение и увеличение зазора между анодом и обрабатываемой поверхностью заготовки менее 1,5 мм понижает производительность гальванического осаждения.Reducing and increasing the gap between the anode and the workpiece surface under 1.5 mm reduces the performance of galvanic deposition.
Уменьшение катодной плотности тока менее 6·104 А/м2 не обеспечивает получение высокой прочности сцепления между слоями покрытия.A decrease in the cathodic current density of less than 6 · 10 4 A / m 2 does not provide a high adhesion strength between the coating layers.
Увеличение катодной плотности тока более 9·104 А/м2 не обеспечивает вынос продуктов промежуточного восстановления из зоны межэлектродного зазора.The increase in cathodic current density of more than 9 · 10 4 A / m 2 does not provide the removal of intermediate recovery products from the interelectrode gap zone.
При уменьшении усилия вибронакатывания Р менее 250 Н параметры: шероховатости Ra, остаточные напряжения σост, микротвердость Нμ - неоптимальны.With a decrease in the vibration rolling force P of less than 250 N, the parameters: roughness R a , residual stresses σ ost , microhardness Нμ - are not optimal.
При увеличении усилия вибронакатывания Р более 300 Н возможны микротрещины в хромовом покрытии.With an increase in the vibration rolling force P of more than 300 N, microcracks in the chrome coating are possible.
При уменьшении скорости вращения заготовки υз менее 10 м/мин снижается производительность обработки, образуются места (“островки”) недонаклепа или совсем не подверженные вибронакатыванию.When reducing the speed of rotation of the workpiece υ s less than 10 m / min, the processing productivity decreases, places ("islands") of under-riveting or not at all subject to vibration rolling are formed.
При увеличении скорости вращения заготовки υз более 30 м/мин возможно прохождение индентора по одному и тому же месту, что вызывает перенаклеп (микротрещины, шелушение).With an increase in the workpiece rotation speed υ З more than 30 m / min, the indenter can pass through the same place, which causes re-riveting (microcracks, peeling).
При уменьшении радиуса индентора Rинд менее 1,5 мм увеличивается контактное давление, что вызывает перенаклеп (микротрещины, шелушение).With a decrease in the radius of the indenter R ind less than 1.5 mm, the contact pressure increases, which causes perenaklep (microcracks, peeling).
При увеличении радиуса индентора Rинд более 2,0 мм уменьшается контактное давление, что отрицательно влияет на формирование остаточных напряжений сжатия, уменьшает их.With an increase in the radius of the indenter R ind more than 2.0 mm, the contact pressure decreases, which negatively affects the formation of residual compressive stresses, reduces them.
Уменьшение менее 1,0 мм и увеличение более 1,5 мм амплитуды колебаний А, уменьшение менее 1400 мин-1 и увеличение более 2800 мин-1 частоты колебаний n, уменьшение менее 0,05 мм/об и увеличение более 0,15 мм/об подачи параметры: шероховатости Ra, остаточные напряжения σост, микротвердость Hμ - неоптимальны.A decrease of less than 1.0 mm and an increase of more than 1.5 mm in the amplitude of vibrations A, a decrease of less than 1400 min -1 and an increase of more than 2800 min- 1 of the oscillation frequency n, a decrease of less than 0.05 mm / rev and an increase of more than 0.15 mm / about feed parameters: roughness R a , residual stresses σ ost , microhardness Hμ - not optimal.
Уменьшение и увеличение промежутка времени t, через который проводят вибронакатывание, не обеспечивает требуемую величину и качество покрытия.Reducing and increasing the time interval t through which vibro-rolling is carried out does not provide the required size and quality of the coating.
В таблице представлены результаты сравнительных исследований поверхностного слоя, полученные после обработки по технологии прототипа и предлагаемым способом.The table shows the results of comparative studies of the surface layer obtained after processing by the technology of the prototype and the proposed method.
Результаты сравнительных исследований, представленные в таблице, показали, что предложенный способ гальванодеформирующего нанесения многослойных покрытий обеспечивает увеличение микротвердости покрытия и материала основы в среднем на 10-20%, формирование в поверхностном слое по сравнению с прототипом (от минус 18 МПа до плюс 21 МПа) остаточных напряжений сжатия в пределах от минус 400 МПа до минус 800 МПа, повышение сопротивления износу на 200-400% по сравнению с прототипом 26%, снижение шероховатости поверхности с Ra=1,25 мкм до Ra=0,32-0,16 мкм.The results of comparative studies presented in the table showed that the proposed method of galvanic deformation deposition of multilayer coatings provides an increase in the microhardness of the coating and base material by an average of 10-20%, formation in the surface layer compared to the prototype (from minus 18 MPa to plus 21 MPa) residual compressive stresses ranging from minus 400 MPa to minus 800 MPa, an increase in wear resistance by 200-400% compared to the prototype 26%, a decrease in surface roughness from R a = 1.25 μm to R a = 0.32-0, 16 microns.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002134897/02A RU2228972C1 (en) | 2002-12-23 | 2002-12-23 | Method of application of multi-layer coats |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002134897/02A RU2228972C1 (en) | 2002-12-23 | 2002-12-23 | Method of application of multi-layer coats |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2228972C1 true RU2228972C1 (en) | 2004-05-20 |
RU2002134897A RU2002134897A (en) | 2004-07-27 |
Family
ID=32679390
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002134897/02A RU2228972C1 (en) | 2002-12-23 | 2002-12-23 | Method of application of multi-layer coats |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2228972C1 (en) |
-
2002
- 2002-12-23 RU RU2002134897/02A patent/RU2228972C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Belkin et al. | Mechanism and technological opportunity of plasma electrolytic polishing of metals and alloys surfaces | |
CN1958206A (en) | Electrochemical machining method in cellular dimple structure | |
EA029583B1 (en) | METHOD AND MEANS OF ABRASIVE TREATMENT FOR THE SATINATION OF THE SURFACE ALUMINUM SURFACE | |
CN110091129B (en) | Composite Strengthening Method of Large Area Flat Coatings | |
US9994966B2 (en) | Method for producing a coated surface of a tribological system | |
CN112708832A (en) | Surface modification method for improving corrosion resistance of aluminum alloy | |
CN111421236A (en) | Micro-textured self-lubricating ball joint with ceramic coating and preparation method thereof | |
CN110424032A (en) | A kind of jet stream electric deposition device and its method for principal axis of pressing machine reparation | |
Rao et al. | Precision finishing of external cylindrical surfaces of EN8 steel by electro chemical honing (ECH) process using OFAT technique | |
RU2228972C1 (en) | Method of application of multi-layer coats | |
RU2674362C2 (en) | Method for processing cylinder bore of internal combustion engine | |
RU2424381C1 (en) | Procedure for application of wear resistant coating on aluminium and its alloys | |
RU2427457C1 (en) | Method of reconditioning parts from aluminium and its alloys | |
CN114481254A (en) | Novel surface treatment method for aluminum alloy material | |
US3962834A (en) | Method of producing a pitted, porous electrodeposited chromium coating | |
RU2075557C1 (en) | Method of electroplating | |
RU2837057C1 (en) | Method of restoring worn-out inner working surfaces of cylinder liners of internal combustion engines to nominal size | |
RU2227088C1 (en) | Method for restoring skirts of pistons of internal combustion engines | |
RU2620209C1 (en) | Method of impregnating abrasive tools | |
RU2175032C2 (en) | Chrome plating method | |
CN111254422B (en) | Annular surface composite strengthening method | |
RU2716329C1 (en) | Method of hardening of hard-alloy tool | |
Misra et al. | Performance study of pulsating power supply assisted electrochemical honing of bevel gears | |
RU2333298C2 (en) | Method of galvanic and mechanical recovery of current-conducting parts and device to this effect | |
UA156794U (en) | A method of restoring worn surfaces of parts |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041224 |