Спосіб одержання аморфних металевих матеріалів

Изобретение относится к области металлургии, более конкретно к получению материалов из металлических сплавов в аморфном состоянии, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения, в приборостроении, электронной и электротехнической промышленности. Аморфные материалы представляют собой новый класс материалов, отличающи хся от кристаллических идентичного химического состава сочетанием повышенных эксплуатационных характеристик и улучшенных потребительских свойств, а именно: повышенной износостойкостью, коррозионной стойкостью, наличием улучшенных электромагнитных свойств и т.д. Известен способ получения аморфных металлических материалов методом детонационного напыления, включающий циклическое, послойное осаждение порошков металлических сплавов до-, за-, и эвтектического составов продуктами детонации газовой смеси с фиксированными технологическими параметрами по составу используемых газов и дисперсности напыляемых материалов [1]. Однако весьма значительным недостатком описанного способа является высокая газонасыщенность покрытия. Это происходит вследствие взаимодействия химически активных соединений продуктов детонации с наносимым материалом в процессе напыления. В некоторых случаях это т показатель может достигать 2,5-13% по массовому содержанию кислорода, азота или других газов. Это приводит к ухудшению качества покрытий, снижению их пластичности, прочности сцепления с основой, износостойкости, к снижению количества аморфной фазы. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному способу является выбранный в качестве прототипа способ детонационного газового получения аморфных материалов, включающих циклическое напыление расплавленных частиц аморфизирующи хся сплавов продуктами детонации газовой смеси на основе горючего газа (ацетилена) и окислителя (кислорода) с ограничением содержания окислителя [2]. Способ, выбранный в качестве прототипа, позволяет уменьшить газонасыщение покрытия, в частности по количеству кислорода в материале. Однако для большинства материалов в данных технологических условиях наблюдается снижение количества аморфной фазы вследствие взаимодействия продуктов детонации (таких кислородсодержащих химически активных соединений как окись углерода, окись азота, закись азота и пр.) с наносимым материалом и, как следствие, появление в аморфизируемом покрытии значительного количества оксидов и нитридов, а также растворенного азота и кислорода в концентрациях, на 1-3 порядка превышающих равновесные. Это приводит как к охрупчиванию покрытия, повышению его пористости, так и к снижению объемного содержания аморфной фазы в материале покрытия. Последнее приводит к уменьшению коррозионной стойкости, радиационной стойкости, ухудшению магнитомягких свойств и т.п. К недостаткам способа, выбранного в качестве прототипа, можно отнести и низкую технологичность, заключающуюся в необходимости трудоемкого поиска оптимального режима аморфизации материала при использовании детонирующих смесей на основе других видов горючего и окислителя, отличных от смеси "ацетон-кислород". Описанные явления сужают технологические возможности метода: снижается число сплавов, применяемых для нанесения аморфных покрытий. Уменьшение химической активности детонирующей смеси путем дальнейшего уменьшения содержания окислителя недопустимо, т.к. это приводит к усиленному сажеобразованию и, как следствие, снижению качества аморфизируемого покрытия. В основу изобретения поставлена задача разобрать такой способ получения аморфизированных покрытий, в котором подбор оптимального состава газовой среды позволил бы повысить их износостойкость, усталостную прочность, а также снизить количество растворенных газов и нежелательных включений и одновременно повысить количество аморфной фазы в покрытии. При этом новая совокупность действий должна обеспечить расширение технологических возможностей способа за счет расширения номенклатуры напыляемых сплавов, а также за счет снижения трудоемкости поиска оптимального режима для метода детонационного напыления покрытий. Поставленная задача решена тем, что в способе получения аморфных металлических материалов, включающем послойное напыление металлических порошков детонацией смеси, содержащей горючее и окислитель, согласно изобретению в детонирующую смесь вводят нейтральный газ в количестве 50...95% предела детонации по нейтральной добавке (или предельно допустимого).При этом детонирующая смесь содержит горючее в количестве 60...95% верхнего предела детонации (или максимально допустимого). Реализация оптимальных соотношений детонирующей смеси в указанных пределах позволяет уменьшить изменение химического состава напыляемого сплава и, соответственно, улучшить его аморфизацию, снизить хр упкость, пористость покрытия. При этом с позиций качественного получения аморфизированных покрытий расширяются технологические возможности способа, а именно - расширяется номенклатура сплавов, пригодных для получения аморфных покрытий. При формировании детонирующей смеси с соотношением газов ниже указанного нижнего значения существенного повышения содержания аморфной фазы уже не наблюдается. В случае превышения оптимального интервала относительно указанных пределов детонации имеет место нестабильность детонационного процесса, что приводит к снижению качества покрытия (повышение пористости, уменьшение прочности сцепления с основой). Ориентация выбора технологического режима на предел детонации позволяет эффективно реализовать оптимальную детонирующую смесь для любого состава детонирующи х газов, при этом существенно снижаются расходы на разработку технологического процесса получения аморфных покрытий с заданными свойствами, т.е. повышается технологичность способа. Разработанный способ реализован на основе анализа следующи х примеров конкретного исполнения: Пример 1. Получение аморфных металлических материалов осуществляли при помощи детонационной установки с длиной ствола 1500 мм, внутренним диаметром 22 мм, при осевой подаче порошка в ствол, дистанции напыления 180 мм. При этом расход порошка на единичный цикл осаждения поддерживали постоянным. Толщина формируемого покрытия за один выстрел поддерживалась на значении 7 мкм. В экспериментах использовали порошки фракции 50-63 мкм. Частота нанесения единичного слоя в покрытии - 4 Гц. В качестве детонирующей смеси использовали состав "С3Н3-О2-N2". Результаты по влиянию соотношений компонентов детонирующей смеси на свойства покрытия приведены в таблице 1. Из результатов по экспериментам 1.1-1.6 видно, что выполнение условий по заявленным концентрационным интервалам детонирующей смеси обеспечивает достижение технического результата для смеси "C3H8-О2-N2". Пример 2. Аналогично примеру 1, но в качестве детонирующей среды использовали состав ''Н2-О2-Аr". Результаты по влиянию соотношений компонентов детонирующей среды на свойства покрытий приведены в таблице 2. Из результатов экспериментов 2.1-2.6 видно, что выполнение условий по заявленным концентрационным интервалам детонирующей смеси обеспечивает достижение технического результата для смеси "Н2-О2-Аr". Пример 3. Для выявления зависимости между состоянием покрытия (отражаемым через количество аморфной фазы и количество растворенных газов) и эксплуатационными характеристиками, например, износостойкостью и пределом усталостной прочности, были проведены испытания газотермических покрытий с различным содержанием аморфной фазы и растворенных газов. Результаты испытаний сведены в таблицу 3. Из результатов таблицы 3 видно, что снижение количества аморфной фазы и повышение количества растворенных газов в покрытии приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик. Технико-экономическая эффективность заявленного технического решения заключается в получении возможности создания принципиально новых изделий с аморфными слоями, расширении номенклатуры изделий с новыми потребительскими свойствами.