Композиційний зносостійкий матеріал на основі карбіду кремнію

Композиційний зносостійкий матеріал на основі карбіду кремнію, який містить оксид алюмінію, який відрізняється тим, що додатково містить оксид цирконію при такому співвідношенні компонентів, мас. %: оксид алюмінію 32-36 оксид цирконію 15-17 карбід кремнію решта. (19) (21) u201001338 (22) 09.02.2010 (24) 27.09.2010 (46) 27.09.2010, Бюл.№ 18, 2010 р. (72) ДОВГАЛЬ АНДРІЙ ГРИГОРОВИЧ, УМАНСЬКИЙ ОЛЕКСАНДР ПАВЛОВИЧ, ТАМАРГАЗІН ОЛЕКСАНДР АНАТОЛІЄВИЧ, ПАНАСЮК АЛЛА ДЕНИСІВНА, КОСТЕНКО ОЛЕКСІЙ ДМИТРОВИЧ, КОНОВАЛ ВОЛОДИМИР ПАВЛОВИЧ 3 стивості, відносно 50% твердих частинок SiC його компоненти знаходяться у такому співвідношенні, (мас.%): оксид алюмінію 32-36% оксид цирконію 15-17% карбід кремнію решта. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак корисної моделі і технічного результату очевидний із нижченаведеного опису. Як основа матеріалу використовується карбід кремнію, що має достатньо високу твердість і міцність, однак внаслідок крихкості не може бути використаним в якості матеріалу для отримання захисних зносостійких покриттів. Введення до матеріалу ZrО2 приводить до підвищення корозійної стійкості та зносостійкості, що пояснюється утворенням в процесі тертя вторинних структур взаємодії компонентів матеріалу в вигляді захисних плівок на поверхні тертя. Введення до матеріалу домішок цирконію приводить до зменшення крихкості та підвищує пластичність і адгезійні властивості матеріалу. Матеріал одержували методами порошкової металургії. Вихідні порошки карбіду кремнію, оксидів алюмінію та цирконію змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону в планетарному млині протягом 5-6 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 5мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1850-1870°С, при тиску 2,0-2,5МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 3%. Матеріал одержували таким чином: Приклад 1 Порошки карбіду кремнію 48мас.%, оксиду алюмінію 38% та оксиду цирконію 14мас.% змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 5-6 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 3-5мкм. Можлива наявність незначної кількості сталевого намолу до 1%. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1850-1870°С, при тиску 2,0-2,5МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 3%. Приклад 2 Порошки карбіду кремнію 49мас.%, оксиду алюмінію 36% та оксиду цирконію 15мас.%; змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 5-6 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 3-5мкм. Можлива наявність незначної кількості сталевого намолу до 1%. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1850-1870°С, при тиску 2,0-2,5МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 3%. 53010 4 Приклад 3 Порошки карбіду кремнію 50мас.%, оксиду алюмінію 34% та оксиду цирконію 16мас.%; змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 5-6 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 3-5мкм. Можлива наявність незначної кількості сталевого намолу до 1%. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1850-1870°С, при тиску 2,0-2,5МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 4%. Приклад 4 Порошки карбіду кремнію 51мас.%, оксиду алюмінію 32% та оксиду цирконію 17мас.%; змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 5-6 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 3-5мкм. Можлива наявність незначної кількості сталевого намолу до 1%. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1850-1870°С, при тиску 2,0-2,5МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 3%. Приклад 5 Порошки карбіду кремнію 53мас.%, оксиду алюмінію 29% та оксиду цирконію 18мас.%; змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 5-6 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 3-5мкм. Можлива наявність незначної кількості сталевого намолу до 1%. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1850-1870°С, при тиску 2,0-2,5МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 3%. На отриманих зразках визначали фізикомеханічні і триботехнічні властивості матеріалу: коефіцієнт тертя, інтенсивність зношування, міцність на згин, що наведені в таблиці. Міцність на згин визначали за стандартною методикою, затвердженою міжнародним стандартом ISO/TC206 при 4х точковому згині для зразків розміром 5×5×35мм. Механічна обробка поверхні алмазними кругами проводилась по довжині зразків. По ребрам знімалися фаски. Інтенсивність зношування (І, мкм/км) визначали за схемою «вал-втулка» за методом роботи [Є.Т. Мамикін, М.К. Ковпак, А.І. Юга та ін. Комплекс машин і методики визначення антифрикційних властивостей матеріалів при терті-ковзанні // Порошкова металургія. - 1973. - №1. - С.67-72] при навантаженні Р=2МПа та швидкості ковзання V=15м/с. 5 53010 6 Таблиця Склад та властивості зносостійкого матеріалу № п/п 1 2 3 4 5 Твердість по Роквелу, HRA Склад матеріалу, мас.% SiC 48 49 50 51 53 68 АІ2О3 SiO2 14 15 16 17 18 9,8 22,2 Міцність на згин, МПа 21 16 13 15 16 920 1080 1210 1190 680 18-30 1070 ZrO2 38 36 34 32 29 Інтенсивність зношування ±0,8мкм/км 87 90 91 88 86 Прототип 86-87 Таким чином, найбільш ефективні властивості матеріалу виявляються в інтервалі концентрацій компонентів: SiC - 49-51%; АІ2О3 - 32-36%; ZrО2 15-17%. Комп’ютерна верстка А. Рябко Матеріал, що заявляється, може бути використаний для деталей машин та механізмів, що працюють в умовах підвищеного зносу, великих швидкісних навантаженнях та агресивних середовищах. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601