Восстановление деталей припеканием металлических порошков

Известен метод порошковой металлургии, заключающийся в формовании детали из смесей металлических порошков и ее спекании, придающем детали не только необходимую форму, но и требуемые физико-механические свойства. Для восстановления деталей используется метод, который близко примыкает к технологии порошковой металлургии и называется припеканием металлических порошков. Первые работы в области припекания появились в 60-х годах прошлого века и проводились в дальнейшем под руководством члена-корреспондента НАН Беларуси Н. Н. Дорожкина.

Припекание — технологический процесс получения покрытий, заключающийся в нанесении на поверхность детали порошковой формовки или слоя порошка и нагреве их до температуры, обеспечивающей спекание порошкового материала и образование прочной диффузионной связи с деталью. Для припекания частиц к поверхности детали требуются иные условия, чем при спекании порошков.

Как правило, обеспечение условий спекания (применение защитно-восстановительной среды и достижение температуры спекания) еще не приводит к припеканию. Это обусловливается рядом причин: различием теплофизических свойств порошкового слоя и основы, образованием пленок, разделяющих соединяемые поверхности частиц порошка и детали, необходимостью создания надежного контактирования частиц порошка с основой в процессе припекания и т. д. Для получения на поверхности детали прочного слоя, имеющего хорошее сцепление с основой, необходимо активировать поверхность детали, порошка или того и другого одновременно.

Технологически наиболее доступными и эффективными считаются следующие процессы активирования:

1. химическое — введение специальных добавок, уменьшающих окисление и разрушающих оксидные пленки
2. температурное — ускоренный нагрев и введение присадок, снижающих температуру плавления на контактах
3. силовое, обеспечивающее получение надежного контакта соединяемых материалов (частиц порошка и основы)

При химическом активировании в шихту вводятся активные присадки в основном в виде дисперсного порошка, чтобы небольшое по массе и объему количество его наиболее равномерно распределилось по всей порошковой системе. Часто присадка наряду с восстанавливающим действием снижает температуру плавления. Для разных порошковых композиций используют различные присадки — бора, кремния, фосфора, никеля и др.

Температурное активирование заключается в ускоренном нагреве, который сопровождается повышением активности диффузионных процессов, созданием на некоторое время локальных температур, превышающих температуру плавления, и в снижении температуры жидкой фазы за счет присадок, образующих легкоплавкую эвтектику. Наиболее технологичным является ускоренный нагрев токами высокой частоты. Такой нагрев резко ускоряет диффузионные процессы и вследствие кратковременной выдержки, необходимой для обеспечения припекания, уменьшает окисление порошка и детали, что позволяет исключить применение защитно-восстановительных сред или вакуума.

Силовое активирование процесса необходимо во всех случаях, так как без надлежащего контакта частиц друг с другом и с поверхностью детали отсутствуют условия припекания, потому что нагрев разрозненных или находящихся в недостаточно тесном контакте частиц не обеспечивает получения спеченной системы. Силовое активирование в значительной степени ускоряет диффузионные процессы и наряду с температурным фактором является главным для получения необходимых физико-механических свойств слоев.

Имеется несколько технологических способов силового активирования:

• статическое приложение нагрузки с одновременным нагревом
• спекание с приложением вибраций
• давление с использованием центробежных сил

Одновременное применение химического, температурного и силового активирования является наиболее эффективным путем осуществления технологического процесса припекания.

В зависимости от вида нагрева и характера прилагаемых нагрузок припекание можно разделить на несколько видов: припекание в печах, электроконтактное и индукционное припекание.