1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 28632
(51) C23C 18/16 (2006.01)
C23C 18/34 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2012/1561.1
(22) 24.11.2010
(45) 16.06.2014, бюл. №6
(31) СО2009А000056
(32) 30.11.2009
(33) IT
(85) 30.05.2012
(86) PCT/EP2010/068163, 24.11.2010
(72) СОРБО, Франческо (IT); ЖАННОЦЦИ,
Массимо (IT); ДЖЁРНИ, Эудженио (IT)
(73) НУОВО ПИНЬОНЕ С.П.А. (IT)
(74) Тагбергенова Модангуль Маруповна;
Тагбергенова Алма Таишевна; Касабекова Найля
Ертисовна
(56) US 2005/0112399 A1, 26.05.2005
DE 10301135 A1, 29.07.2004
WO 2004/072357 A2, 26.08.2004
US 2005/0173834 A1, 11.08.2005
(54) ОСНОВА, ПОКРЫТАЯ КОМПОЗИТОМ
НА ОСНОВЕ ХИМИЧЕСКИ ОСАЖДЕННОГО
НИКЕЛЯ, И СПОСОБ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ
(57) Способ нанесения на основу износостойких
частиц посредством химического осаждения никеля
(Ni). Способ включает погружение основы в ванну,
обеспеченную в ячейке, при этом ванна содержит
соль Ni; добавление в ванну частиц кубического
нитрида бора (кBN), имеющих заданный размер, с
получением заданной концентрации кBN; выдержку
основы в ванне с частицами кBN в течение
заданного времени удаление основы из ванны, при
этом удаленная основа имеет покрытие из кBN и Ni
в первом диапазоне.
(19)KZ(13)B(11)28632
2. 28632
2
Воплощения объекта изложенного в данном
описании изобретения в общем относятся к
способам и системам, а более конкретно к
механизмам и технологиям нанесения на основу
покрытия с высокой износостойкостью.
Уровень техники
В нефтехимической и нефтяной
промышленности применяют различные
компрессоры. Многие из них применяют для
перекачивания технологической текучей среды,
которая может вызывать коррозию или
взаимодействовать нежелательным образом с
материалом компрессора. Из этих соображений для
защиты компрессора используют различные
способы. Одним из таких способов является
химическое осаждение никеля (химическое
никелирование, ХН).
В результате химического осаждения никеля на
основе получают покрытие из сплава никель-
фосфор. Содержание фосфора в полученных
химическим осаждением никелевых покрытиях
может находиться в диапазоне от 4% до 13%. Такие
покрытия обычно используют в инженерных
применениях покрытий, когда необходимы
износостойкость, твердость и стойкость к
истиранию. Другие применения химического
никелирования могут включать применяемые в
нефтяной промышленности клапаны, роторы,
ведущие валы, электрические/механические
инструменты и т.д.
Из-за высокой твердости этого покрытия его
можно также использовать для восстановления
изношенных деталей. На изношенные детали можно
нанести покрытия толщиной от 0,0254 до 0,1 мм (от
0,001 до 0,004 дюйма), а затем это покрытие можно
снова довести до конечных размеров посредством
механической обработки. Благодаря однородному
профилю нанесения эти покрытия можно наносить
на сложные детали, на которые невозможно нанести
другие износостойкие покрытия, такие как покрытия
на основе хрома.
Химическое осаждение никеля представляет
собой автокаталитическую реакцию, которая не
требует электрического тока для нанесения
покрытия из никеля на основу. Это происходит не
так, как при электролизе, когда для образования
осадка необходимо пропускать через раствор
электрический ток. Данный способ нанесения
покрытия используют для предотвращения
истирания и износа. Способ химического осаждения
никеля можно также использовать для изготовления
композитных покрытий, путем суспендирования
порошка в ванне, в которую погружают основу.
Химическое осаждения никеля обладает рядом
преимуществ по сравнению с гальваническим
нанесением покрытия. Независимое от плотности
распределения потоков и от подачи электрического
тока, химическое осаждение никеля обеспечивает
равномерное покрытие независимо от геометрии
обрабатываемой детали и, при использовании
соответствующего предварительно наносимого
катализатора, его можно наносить на непроводящие
поверхности.
Традиционная система нанесения химических
никелевых покрытий обсуждена в связи с фиг.1.
Система 10 включает ячейку 12, в которой
обеспечена специфичный раствор (ванна) 14. Состав
ванны 14 изменяется в зависимости от применения и
зависит от множества факторов. Можно обеспечить
мешалку 16, чтобы поддерживать однородное
распределение содержимого в ванне 14. Основу 18,
на которую следует нанести покрытие и которая
может представлять собой диск, закрепляют на
держателе 20, полностью погруженном в ванну 14.
В ванну 14 добавляют материал, который
желательно нанести на основу 18, и включают
лопастную мешалку 16, чтобы более равномерно
распределить желаемый материал 22 в ванне и
сохранить частицы этого материала в ходе
нанесения покрытия в состоянии постоянного
перемешивания. Желаемый материал 22 может
включать Ni, Р, SiC, ВС и ZrO2. Однако известные
композиции для нанесения химических никелевых
покрытий имеют короткий срок службы после
нанесения на втулки компрессоров.
Соответственно, было бы желательно обеспечить
системы и способы, которые позволяют избежать
вышеупомянутых проблем и недостатков.
Краткое описание изобретения
В соответствии с одним из примеров
воплощения, имеется способ нанесения посредством
химического осаждения никеля (Ni) на основу
покрытия, которое содержит износостойкие
частицы. Этот способ включает погружение основы
в ванну, обеспеченную в ячейке; при этом ванна
содержит соль Ni; добавление в ванну частиц
нитрида бора с кубической структурой (кBN),
имеющих заданный размер, с получением заданной
концентрации кBN; выдержку основы в ванне,
содержащей частицы кBN, в течение заданного
времени и удаление основы из ванны, причем
удаленная основа имеет покрытие из кBN и Ni в
первом диапазоне.
В соответствии с еще одним примером
воплощения, имеется способ нанесения посредством
химического осаждения никеля (Ni) на основу
покрытия с износостойкими частицами. Этот способ
включает погружение основы в ванну,
обеспеченную в ячейке; добавление в ванну частиц
нитрида бора с кубической структурой (кBN),
имеющих заданный размер и заданную
концентрацию, и частиц нитрида бора с
гексагональной структурой (гBN), имеющих
заданный размер и заданную концентрацию, при
этом ванна содержит соль Ni; выдержку основы в
ванне с частицами кBN и гBN в течение заданного
времени и удаление основы из ванны, при этом
удаленная основа имеет покрытие из кBN, гBN и Ni
в первом диапазоне.
В соответствии с еще одним примером
воплощения, имеется основа, на которую нанесено
покрытие, включающее износостойкие частицы,
нанесенное на основу способом химического
осаждения никеля (Ni), при этом покрытие включает
частицы кубического нитрида бора (кBN), более
половины которых имеют размер от 6 до 20 мкм.
3. 28632
3
В соответствии с другим примером воплощения,
имеется основа, на которую нанесено покрытие,
включающее износостойкие частицы, нанесенное на
основу способом химического осаждения никеля
(Ni), при этом покрытие включает частицы
гексагонального и кубического нитрида бора (гBN и
кBN) и более половины частиц кBN имеют размер
от 6 до 12 мкм, а более половины частиц гBN имеют
размер от 6 до 10 мкм.
Краткое описание чертежей
Сопровождающие чертежи, которые включены в
текст настоящего описания и составляют его часть,
иллюстрируют один или более примеров
воплощения и, совместно с описанием, разъясняют
эти примеры воплощения. На чертежах:
Фиг.1 представляет собой схему обычной
системы химического осаждения никеля;
Фиг.2 представляет собой технологическую
схему, иллюстрирующую химические реакции,
участвующие в нанесении Ni покрытия;
Фиг.3 иллюстрирует различные композитные
материалы, применяемые для нанесения покрытия
на основу в соответствии с примерами воплощения;
Фиг.4 иллюстрирует потерю металла для
различных композитных материалов Фиг.3;
Фиг.5 представляет собой график,
иллюстрирующий среднюю потерю массы для
различных композитных материалов фиг.3;
Фиг.6 представляет собой график,
иллюстрирующий средние скорости износа для
различных композитных материалов фиг.3;
Фиг.7 представляет собой таблицу,
иллюстрирующую численные значения потери
массы и скоростей износа для различных
композитных материалов фиг.3;
Фиг.8 представляет собой схематическое
изображение системы для нанесения на основу
покрытия из одного или более композитных
материалов фиг.3, согласно примеру воплощения
данного изобретения;
Фиг.9 представляет собой схематическое
изображение системы для нанесения на основу
покрытия из одного или более композитных
материалов фиг.3, согласно другому примеру
воплощения данного изобретения;
Фиг.10 представляет собой блок-схему,
иллюстрирующую стадии нанесения на основу
покрытия из частиц кBN и Ni, согласно примеру
воплощения данного изобретения; и
Фиг.11 представляет собой блок-схему,
иллюстрирующую стадии нанесения на основу
покрытия из частиц кBN, гBN и Ni, согласно
примеру воплощения данного изобретения.
Подробное описание изобретения
Последующее описание примеров воплощения
данного изобретения приведено со ссылкой на
сопровождающие чертежи. Одинаковые численные
сноски на различных чертежах обозначают
одинаковые или сходные элементы. Последующее
подробное описание не ограничивает данное
изобретение. Напротив, объем данного изобретения
ограничен только прилагаемой формулой
изобретения. Последующие воплощения обсуждают,
для простоты, с точки зрения терминологии и
устройства возвратно-поступательного компрессора.
Однако воплощения данного изобретения, которые
будут обсуждены далее, не ограничены этими
системами, и могут быть применены к другим
основам, которые работают в коррозионных средах
или подвержены механическому износу.
Ссылки в описании на «одно из воплощений»
или «пример воплощения», означают, что
конкретный признак, структура или характеристика,
описанные в связи с каким-либо воплощением,
включены по меньшей мере в одно воплощение
раскрываемого объекта изобретения. Таким
образом, появление в различных местах патентного
описания фраз «в одном из воплощения» или «в
примере воплощения» не обязательно относится к
одному и тому же примеру воплощения. Более того,
конкретные отличительные особенности, структуры
или характеристики могут быть объединены любым
подходящим образом в одном или более
воплощений данного изобретения.
Как обсуждалось выше, покрытия, полученные
химическим осаждением никеля, известны в уровне
техники. Однако покрытия, полученные химическим
осаждением никеля, могут включать керамические
частицы (ХН-композит) для улучшения
механических свойств основы, на которую нанесено
покрытие. Некоторые из ХН-композитов, например
XH-Al2O3 и XH-SiC, также известны в уровне
техники. Однако известные ХН-композиты не дают
покрытий, обладающих желаемой прочностью и
износостойкостью.
Согласно одному из примеров воплощения
данного изобретения, к обычному ХН добавляли
следующие композитные материалы: карбид
кремния (SiC), алмаз (кС), кубический нитрид бора
(кBN), а также частицы, обладающие
самосмазывающими свойствами, такие как
гексагональный BN (гBN). Как будет обсуждено
далее, были опробованы различные размеры и
концентрации частиц. Некоторые из исследованных
новых компонентов показывают замечательные
свойства по сравнению с другими, что приводит к
получению покрытий, которые способны
противостоять механическому износу и/или
коррозионным средам. Однако отмечено, что
имеется большое количество сочетаний Ni и других
частиц, которые можно исследовать.
Дополнительные сложности возникают из-за
большого разнообразия размеров и концентраций
частиц, чтобы выбрать лишь некоторые из них для
частиц, которые должны быть добавлены к ХН.
Таким образом, отмечено, что для специалиста
не является очевидным объединять правильный
размер и/или концентрацию известных частиц с
обычным ХН, поскольку этот процесс не является
предсказуемым, и небольшое изменение в одном из
параметров частиц может привести к большим
изменениям в свойствах покрытий, как это будет
обсуждено далее.
Согласно одному из примеров воплощения
данного изобретения, компоненты ванны и их
влияние обсуждают со ссылкой на фиг.2. Фиг.2
4. 28632
4
показывает, что двумя компонентами ванны 14
являются никелевые соли 30 и восстанавливающие
агенты 32. Никелевые соли 30 обеспечивают
материал (Ni) для нанесения покрытия, а
восстанавливающие агенты ответственны за
восстановление ионов никеля. Вследствие
взаимодействия никелевых солей 30 с
восстанавливающими агентами 32 в ячейке 12
получают различные Ni покрытия. Например,
можно получить Ni-P покрытие 34, или Ni-P
покрытие 36, или Ni-B покрытие 38, в зависимости
от применяемого восстанавливающего агента. В
одном из применений в качестве
восстанавливающего агента применяют только
гипофосфит натрия. Как показано на фиг.2, в
прямоугольниках 34, 36 и 38, в ходе процесса
нанесения покрытия получают окисленные
элементы.
Ванны можно подразделить на гипофосфитные
ванны и ванны на основе соединений бора и азота.
Гипофосфитная ванна позволяет получить покрытия
с содержанием фосфора в диапазоне от 1% масс. до
15% масс. Содержание фосфора в сильной степени
зависит как от состава, так и, главным образом, от
величины pH ванны. Чем более кислым является
раствор, из которого получают покрытие, тем выше
концентрация фосфора в покрытии.
Температура также влияет на поведение ванны, и
предпочтительно, чтобы она не превышала 90°С.
Поскольку состав ванны является сложным, можно
использовать большее количество ванн с
различными результатами.
Покрытия Ni-B и Ni-N можно нанести из
растворов, содержащих восстанавливающие
соединения на основе бора и азота. Такие покрытия
дают хорошую стойкость к истиранию и износу,
даже выше, чем сплавы Ni-P. Однако их осаждение
происходит только из щелочных растворов,
например с pH от 8 до 14 для нанесения сплава Ni-B
и от 8 до 10 для нанесения сплава Ni-N.
Этот недостаток является значимым, поскольку
при этих условиях невозможно получить хорошую
адгезию на стальных основах. Восстанавливающими
соединениями, применяемыми для получения слоя
Ni-B, являются боргидрид натрия и
диметиламинборан, в то время как в качестве
восстанавливающего соединения для нанесения
Ni-N используют гидразин. Другими добавками,
которые можно использовать, являются
органические лиганды, ускорители, стабилизаторы,
регуляторы pH и/или смачивающие добавки. Эти
добавки применяют для улучшения стабильности
ванн химического нанесения и для поддержания
постоянной скорости нанесения покрытия,
например, от 10 до 20 мкм/ч.
Для того чтобы получить ХН-композитные
покрытия, в ванну добавляют суспензию
керамических частиц. Некоторое количество этих
взвешенных частиц могут прилипать к поверхности
растущего осадка (покрытия), образуя включения,
которые упрочняют покрытие. Большая часть
характеристик процесса нанесения не зависит от
химической природы керамических материалов.
Этот аспект можно понять, рассматривая то
обстоятельство, что взаимодействие керамических
частиц с раствором и растущим осадком происходит
только в результате действия электростатических и
гравитационных сил.
Электростатические силы зависят от
поверхностного заряда частиц, а гравитационные
силы пропорциональны массе частиц; имеются
ограничения по размеру частиц, которые могут быть
включены в покрытие. Растворы с частицами,
имеющими диаметр больше 30 мкм, являются
нестабильными и имеют тенденцию осаждаться,
если их интенсивно перемешивают. С другой
стороны, если диаметры частиц малы, то
электростатические силы приводят к коагуляции.
Такие явления могут приводить к неоднородности
распределения частиц в покрытии. Коагуляции
можно избежать путем добавления поверхностно-
активных веществ в диапазоне концентраций
порядка нескольких млн. ч.
Согласно одному из примеров воплощения
данного изобретения, в ячейке 12 была обеспечена
ванна, имеющая состав и характеристики,
приведенные в Таблице 1; также была приведена в
действие лопастная мешалка 16, чтобы
поддерживать перемешивание в ванне. В эту ванну
добавляли керамические порошки, имеющие
различные составы, как это будет обсуждено далее.
Таблица 1
NiSO4×6H20 50,9 г/л
NaH2PO2 × Н20 30 г/л
CH3COONa × 3H2O 45 г/л
L-молочная кислота 85% 24 мл/л
Тиомочевина 1,5 мг/л
pH 4,0
Температура 85-90°С
Экспериментальные диски 18 были помещены в
ванну 14, чтобы осуществить осаждение
композитного покрытия на основе химического
никеля на этих дисках. В одном из применений
диаметр диска равен 5 см. Покрытия наносили по
внешнему периметру диска, где прилагают нагрузку
при проведении испытаний на износ. Если говорить
более конкретно о испытаниях на износ, растворы
ХН были испытаны на износ с использованием
конфигурации колодка-на-диске (block-on-disk), в
которой применяли диск из 42СrМо4 с нанесенным
покрытием (0,50 мм × 10 мм). Диск вращали таким
образом, что его периферия контактировала с
колодкой, которая производила износ покрытия на
5. 28632
5
диске. Скорость скольжения и контактная нагрузка
между колодкой и диском может составлять 1,5 м/с
и 80N. Можно использовать и другие значения.
Износ измеряли после того, как была отсчитана
дистанция 10000 м, то есть диск совершал число
оборотов, равное 10000, деленному на периметр
диска. Износ оценивали, измеряя на образце потери
металла через каждые 2500 м. На каждый раствор,
применяемый для нанесения покрытия, испытывали
три образца. Перед проведением испытания
покрытия его можно состарить для отверждения в
печи с воздушной атмосферой при 400°С в течение
4 часов. Например, если содержание Р составляет
менее 7%, нет необходимости проводить
термообработку.
Толщина диска может составлять 1 см, в то
время как толщина контакта между колодкой,
осуществляющей износ, и диском может составлять
около 8 мм. К испытанию на износ при скольжении
добавляется истирание в контакте между колодкой и
диском, с помощью дисперсии из 80 г корунда
(120меш) в 40 мл суспензии 0,1 мкм оксида
алюминия в 40 мл дистиллированной воды.
Материал колодки (например, сталь 42СrМо4)
термообрабатывают, например, закалкой с
последующим отпуском. Полагают, что размер
диска не является существенным с точки зрения
нанесения покрытия, и такие же покрытия можно
нанести на большие по величине компрессоры,
например, имеющие размер порядка от 10 см до
10 м. Испытания на износ, применяемые в примерах
воплощения данного изобретения, дополнительно
обсуждают далее по тексту.
Были нанесены и исследованы следующие
покрытия. Сначала на основу из стали 42СrМо4
были нанесены покрытия из Ni-P и композита Ni-P.
Покрытия имели толщину до 100 мкм. Можно
получить более тонкие или более толстые покрытия,
в зависимости от продолжительности времени, в
течение которого основа остается в ванне.
Нанесение ХН-оксида алюминия проводят с
использованием концентраций раствора в диапазоне
от 5 г/л до 20 г/л. Объемные концентрации
получают с использованием в покрытии суспензии
1 мкм частиц альфа-оксида алюминия, и было
обнаружено, что они составляют 15,8; 9,3 и 8,6%об.,
соответственно, для суспензий 20 г/л, 10 г/л и 5
г/л. Нанесенные покрытия имеют равномерное
распределение керамических включений. Было
обнаружено, что твердость покрытий составляет
около 980 Knоор при нагрузке 100 г. Knоор
представляет собой единицу для проведения
испытаний на твердость по Knоор, для
механической твердости, применяемой в частности
для очень хрупких материалов или тонких пластин,
когда для целей проведения испытаний можно
сделать лишь небольшое углубление. Тест по Knоор
проводят путем вдавливания с известным усилием
вершины алмазной пирамидки в полированную
поверхность испытуемого материала, в течение
определенного времени выдержки, и полученное
углубление измеряют с помощью микроскопа.
Снятие оксидной пленки с поверхности основы
можно осуществить путем погружения образцов
(дисков) в раствор, содержащий НС1 30% масс.,
менее чем на 60 секунд. Нанесение покрытий XH-
SiC проводили с частицами различных размеров и с
различными концентрациями, как показано на
фиг.3. Фиг.3 в столбце 40 дает химический состав
материалов, наносимых на основу. Столбец 42
указывает размер наносимых частиц. Столбец 44
указывает концентрацию наносимых частиц. Под
концентрацией подразумевают концентрацию
частиц в ванне до проведения нанесения покрытия
на основу. Столбец 46 указывает размер частиц,
обладающих смазочными свойствами, а столбец 48
указывает концентрацию этих частиц.
Количество внедрившихся в покрытие частиц
SiC измеряли в зависимости от концентрации
частиц SiC в растворе ХН. Для исследованного
диапазона концентраций частиц SiC (например, 20,
40 и 80 г/л) и их размеров в меш (например, 1500,
1000 и 600), где меш, как это известно в данной
отрасли, означает количество отверстий на
линейный дюйм сита, количество внедренных
керамических частиц в слабой степени зависит от
размера частиц (меш) и состава ванны ХН.
Увеличение размеров частиц обеспечивает рост
концентрации внедрившихся частиц.
В одном из примеров воплощения данного
изобретения все покрытия ХН-SiC были получены в
соответствии с вышеотмеченным протоколом
получения. Наиболее представительное покрытие
(SiC, 600 меш, 20 г/л) показало в испытании 10000 м
потерю массы 80 мг. Потеря массы представляет
собой количество покрытия и/или основы,
потерянное в ходе износа. С точки зрения толщины,
было обнаружено, что средняя потеря в ходе
10000 м теста составила в диапазоне от 10 до 15мкм.
В одном из примеров воплощения данного
изобретения было обнаружено, что параметром,
который оказывает большое воздействие на
износостойкость образца, является размер частиц
керамики. Изменение размера от 1000 до 600 меш
вызывает увеличение износа в четыре раза. На этом
основании попытались еще более увеличить размер
частиц до 400 меш, чтобы повысить
износостойкость. Однако увеличение размера
частиц увеличивает массу нанесенных частиц, что
вызывает сложности в нанесении однородного
покрытия. Образцы, покрытые в этих условиях,
показывают значительные различия в
распределении частиц по поверхности образца.
Теперь обсудим некоторые параметры тестов на
износ, проведенных на различных образцах.
Прилагаемая нагрузка была одинаковой для всех
исследованных образцов, и она была равна 80 Н.
Скорость скольжения нагрузки относительно
образца составляла 1,5 м/с. На каждом испытуемом
образце было проведено по четыре измерения
массы. Измерения проводили на 2500, 5000, 7500 и
10000 м. Фиг.4 приводит по оси X различные
изученные образцы и их химические составы, а по
оси Y - потерю металла вследствие износа. Образцы,
проиллюстрированные на фиг.4, были отверждены
при старении в течение 4 часов примерно при
6. 28632
6
400°С. Для каждого образца также приведены по
оси X размер частиц керамического материала и
концентрация керамического материала в ванне.
Столбцы, показанные на фиг. 4, включают число,
которое является показателем потери металла в мг.
Наблюдали, что желательными ХН-композитами
являются те, которые имеют потерю металла менее
60 мг. Такими композитами являются ХН + кBN
(10-20 мкм, 20 г/л); ХН + кBN (6-12 мкм, 20 г/л); ХН
+ кBN (6-12 мкм, 20 г/л) + гBN (10 г/л); ХН + кBN
(6-12 мкм, 20 г/л) + гBN (20 г/л); ХН + кBN (6-
12мкм, 20 г/л) + гBN (40 г/л); и ХН + кBN (6-12 мкм,
10 г/л). Потери металла для этих образцов
составляли одну четверть от этой величины для
традиционного покрытия карбид вольфрама/кобальт
(88WC12Co) (которое напыляют на основу) в
отношении массы; и примерно половину по
толщине, поскольку плотность WC-Со в два раза
больше плотности ХН. Фиг.5 и 6 приводят средние
потери массы и скорости износа для всех
исследованных образцов в формате таблицы.
Покрытиями с наилучшим поведением являются
ХН-кBN, с размерами частиц порошка 6-12 и 10-
20 мкм. Наилучшие концентрации частиц в растворе
составляли 20 г/л (0,0015 мг/м), затем 10 г/л
(0,0035 мг/м) и 40 г/л (0,0105 мг/м). Увеличение
скорости износа с ростом концентрации порошка в
суспензии, из которой производят осаждение, было
обнаружено для всех исследованных материалов,
кроме случая частиц оксида алюминия, которые
были более эффективными при осаждении из
растворов 40 г/л. Однако частицы оксида алюминия,
по видимому, не являются столь эффективными для
увеличения износостойкости основы, как карбид
кремния, кубический нитрид бора и алмаз.
Наилучшее композитное покрытие ХН на основе
оксида алюминия обеспечивало скорости износа, в
десять раз и более превышающие скорость износа
для покрытий на основе BN.
Композитные покрытия XH-SiC 20 г/л, 600 меш
обеспечивали промежуточные поведения, дающие
скорости износа порядка 0,008 мг/м, что выше, чем
у BN покрытий 10 г/л и 20 г/л, но ниже, чем у BN
покрытий 40 г/л. Также были исследованы алмазные
композитные покрытия, которые вели себя хуже,
чем покрытия на основе кBN.
Рассматривали также добавление гBN в качестве
смазывающего вещества. Были проведены
испытания при добавлении гBN в концентрации 10
и 20 г/л, содержащего 2-12 мкм порошки кBN,
поскольку было обнаружено, что они являются
покрытиями, ведущими себя наилучшим образом.
Однако такое добавление не приводило к
значительному улучшению износостойкости.
Скорее было обнаружено, что скорости износа
слегка выше, чем у простых покрытий XH-кBN
(0,0022 мг/м), возможно, из-за употребления более
мягкого порошка гBN. Кроме того, не было
обнаружено повышения стойкости
противодействующей колодки. Было доказано, что
наилучшим покрытием с точки зрения
износостойкости является покрытие, полученное из
20 г/л, 6-12 мкм кBN. Следует отметить, что
покрытие, включающее частицы, имеющие размер
6-12 мкм, не предполагает, что каждая частица в
этом покрытии обязательно имеет размер в
указанном диапазоне. Согласно примеру
воплощения данного изобретения более половины
частиц в этом покрытии имеют размер в указанном
диапазоне, в то время как другие частицы могут
иметь соответствующий размер, который больше
или меньше указанного диапазона. Однако согласно
другому примеру воплощения данного изобретения
считают, что более 90% частиц имеют размеры в
заданном диапазоне.
Было доказано, что для конкретной области
компрессоров и связанных с ними трубопроводов,
особенно для имеющих усложненную геометрию,
например, труднодоступные поверхности,
нанесение обсуждаемых выше покрытий является
полезным и эффективным. Обычно на простые ХН
покрытия не влияет геометрия образца, и толщина
покрытия является однородной. Однако применение
керамических суспензий отличается от простых ХН
покрытий и требует усиленной конвекции частиц,
чтобы поддерживать порошок в однородно
взвешенном состоянии.
Так, согласно одному из примеров воплощения,
течение жидкости поддерживают или пропуская
лопастную мешалку через основу 18, чтобы
получить покрытие, как это показано на фиг.8, или
же прокачивая жидкость насосом 90, чтобы
перемещать ее через внутренние части основы 18,
как это показано на фиг.9. В одном из примеров
воплощения можно обеспечить источник 92 частиц,
чтобы подавать частицы желаемого материала 22 по
мере того, как эти частицы поглощаются в ходе
процесса нанесения. Источник 92 частиц может
быть выполнен так, чтобы непрерывно и/или
постоянно обеспечивать желаемые материалы. Для
случая, когда в ванну подают более чем один вид
частиц, можно использовать более одного
источника 92 частиц. Согласно одному из примеров
воплощения данного изобретения основу 18
поддерживают погруженной в ванну 14 в течение
заданного количества часов, зависящего от толщины
покрытия, которое желательно нанести. Толщина
нанесенного покрытия может составлять от 2 до
500мкм, с предпочтительной толщиной от 50 до
200мкм.
Согласно одному из примеров воплощения
данного изобретения стадии нанесения на основу
покрытия с износостойкими частицами путем
химического осаждения никеля (Ni) обсуждают со
ссылкой на фиг.10. Способ, изображенный на
фиг.10, включает стадию 1000 погружения основы в
ванну, обеспеченную в ячейке; стадию 1002
добавления в ванну частиц кубического нитрида
бора (кBN), имеющих заданный размер, для
получения заданной концентрации кBN, при этом
ванна включает соль никеля; стадию 1004 выдержки
основы в ванне с частицами кBN в течение
заданного времени и стадию 1006 удаления основы,
при этом удаленная основа имеет покрытие из кBN
и Ni в первом диапазоне. Первый диапазон может
составлять от 50 до 200 мкм.
7. 28632
7
Согласно другому примеру воплощения данного
изобретения, стадии нанесения на основу покрытия
с износостойкими частицами посредством
химического осаждения никеля обсуждают со
ссылкой на фиг.11. Способ, изображенный на
фиг.11, включает стадию 1100 погружения основы в
ванну, обеспеченную в ячейке; стадию 1102
добавления в ванну частиц кубического нитрида
бора (кBN) и частиц гексагонального нитрида бора
(гBN), при этом каждый вид частиц имеет заданный
размер и заданную концентрацию кBN и гBN, и
ванна включает соль Ni; стадию 1104 выдержки
основы в ванне с частицами кBN и гBN в течение
заданного времени и стадию 1106 удаления основы,
при этом удаленная основа имеет покрытие из кBN,
гBN и Ni в первом диапазоне. Первый диапазон
может составлять от 50 до 200 мкм. В обоих
способах, после того, как основа с нанесенным
покрытием удалена из ванны, можно провести
термообработку, например, в течение 4 часов и
примерно при 400°С. Можно использовать и другие
величины, в зависимости от применения и
содержания Р.
Возможные стадии могут включать постоянное
перемешивание ванны и частиц кBN в то время как
основа находится в ванне; термообработку
покрытия на основе в течение примерно 4 часов при
температуре около 400°С; при этом основа является
деталью компрессора; а также обеспечение
лопастной мешалки, проходящей через деталь
компрессора.
Описанные примеры воплощения данного
изобретения обеспечивают систему, основу и способ
нанесения на основу покрытия с износостойкими
частицами посредством химического осаждения
никеля. Следует понимать, что данное описание не
предполагает ограничения данного изобретения.
Наоборот, предполагают, что примеры воплощения
данного изобретения охватывают альтернативы,
модификации и эквиваленты, которые включены в
объем и сущность данного изобретения, как оно
определено прилагаемой формулой изобретения.
Кроме того, в подробном описании примеров
воплощения данного изобретения приведены
многочисленные конкретные детали, чтобы
обеспечить всестороннее понимание заявленного
изобретения. Однако специалисту может быть
понятно, что можно осуществить различные
примеры воплощения данного изобретения без
таких конкретных подробностей.
Хотя отличительные особенности и элементы
данных примеров воплощения описаны в этих
примерах воплощения в конкретных комбинациях,
каждый признак или элемент можно использовать
самостоятельно, без других признаков и элементов
примеров воплощения данного изобретения, или в
различных комбинациях с другими признаками и
элементами, приведенными в тексте данного
описания, или без них.
Данное описание использует раскрытые
примеры объекта изобретения, чтобы дать
возможность специалисту осуществить их, включая
изготовление и использование любых устройств или
систем и осуществление любых включенных
способов. Патентоспособный объем предмета
данного изобретения определен в формуле
изобретения и может включать другие примеры,
которые могут встретиться специалистам.
Предполагается, что такие другие примеры входят в
объем, определяемый формулой изобретения.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ нанесения на основу износостойких
частиц посредством химического осаждения никеля
(Ni), включающий:
погружение основы в ванну, обеспеченную в
ячейке, причем эта ванна содержит соль Ni;
добавление в ванну частиц кубического нитрида
бора (кBN), имеющих заданный размер так, что
получают заданную концентрацию кBN;
выдержку основы в ванне с частицами кBN в
течение заданного времени и
удаление основы из ванны, при этом удаленная
основа имеет покрытие из кBN и Ni в первом
диапазоне; и
заданный размер составляет от 6 до 20 мкм для
более чем половины частиц кBN, заданная
концентрация частиц кBN в ванне составляет от 18
до 25 г/л, а первый диапазон составляет от 50 до
200мкм.
2. Способ по п.1, в котором заданный размер
составляет от 6 до 20 мкм для более чем половины
частиц кBN, заданная концентрация частиц кBN в
ванне составляет примерно от 8 до 15 г/л, а первый
диапазон составляет от 50 до 200 мкм.
3. Способ по п.1, дополнительно включающий:
подачу дополнительного количества частиц кBN
в ванну в ходе осаждения покрытия на основу для
компенсирования тех частиц кBN, которые
осаждены на основу.
4. Способ нанесения на основу покрытия с
износостойкими частицами посредством
химического осаждения никеля (Ni), включающий:
погружение основы в ванну, обеспеченную в
ячейке, причем эта ванна содержит соль Ni;
добавление в ванну частиц кубического нитрида
бора (кBN), имеющих заданный размер и заданную
концентрацию, и частиц гексагонального нитрида
бора (гBN), имеющих заданный размер и заданную
концентрацию;
выдержку основы в ванне с частицами кBN и
частицами гBN в течение заданного периода
времени; и
удаление основы из ванны, при этом удаленная
основа имеет покрытие из кBN, гBN и Ni в первом
диапазоне;
при этом заданный размер более чем половины
частиц кBN составляет от 6 до 12 мкм, а заданная
концентрация частиц кBN в ванне составляет от 18
до 25 г/л; заданный размер более чем половины
частиц гBN составляет от 6 до 10 мкм, а заданная
концентрация частиц гBN в ванне составляет от 8 до
45 г/л; и первый диапазон составляет от 50 до 200
мкм.
8. 28632
8
5. Способ по п.4, в котором заданный размер
более чем половины частиц кBN составляет от 6 до
12 мкм, заданная концентрация частиц кBN в ванне
составляет от 8 до 15 г/л; заданный размер более
чем половины частиц гBN составляет от 6 до 10мкм,
заданная концентрация частиц г BN в ванне
составляет от 8 до 15 г/л; и первый диапазон
составляет от 50 до 200 мкм.
6. Способ по п.5, дополнительно включающий:
подачу в ванну дополнительного количества
частиц кBN и гBN во время нанесения покрытия на
основу для компенсирования тех частиц, которые
осаждены на основу.
7. Основа, содержащая:
покрытие, включающее износостойкие частицы,
нанесенное на эту основу посредством химического
осаждения никеля (Ni), при этом покрытие включает
частицы кубического нитрида бора (кBN), более
половины которых имеют размер от 6 до 20 мкм.
8. Основа, содержащая:
покрытие, включающее износостойкие частицы,
нанесенное на эту основу посредством химического
осаждения никеля (Ni), при этом покрытие включает
частицы гексагонального нитрида бора (гBN) и
частицы кубического нитрида бора (кBN), где более
половины частиц кBN имеют размер от 6 до 12 мкм,
а более половины частиц гBN имеют размер от 6 до
10 мкм.
