Високотемпературний зносостійкий наноматеріал

Реферат: Винахід належить до порошкової металургії і стосується високотемпературного зносостійкого наноматеріалу для зміцнення та відновлення деталей та механізмів триботехнічного призначення. Матеріал містить, мас. %: карбід цирконію 50-65, ванадій 20-30, ніобій 10-15. Технічним результатом є зниження коефіцієнтів тертя, інтенсивності зношування, підвищення поверхневої міцності, корозійної стійкості покриттів. UA 113933 C2 (12) UA 113933 C2 UA 113933 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до галузі порошкової металургії, зокрема до високоміцних зносостійких наноструктурних композиційних матеріалів, які можуть бути використані у машинобудуванні для виготовлення деталей, що експлуатуються в умовах тертя та формуванні покриттів при зміцненні і відновленні зношених поверхонь при їх навантаженні тертям у відсутності мастил і дії значних навантажень, температур та агресивних середовищ. Відомий композиційний матеріал, що містить (мас. %): цирконій (60-70) %; кобальт (2023) %; мідь (10-15) % [В.Д. Абрамов, О.В. Абрамов, А.Н. Белоконов и др. О влиянии химической природы легирующего элемента на свойства аморфних сплавов на основе переходных металлов // Металловедение и 10 термическая обработка металлов. - М: Машиностроение, 1990, № 11. - С. 49-52]. Зазначений матеріал не містить самофлюсуючих компонентів, що обумовлює низьку адгезійну міцність та присутність залишкових напружень, як наслідок термічних умов напилення і різних теплофізичних властивостей. Існує матеріал на основі ніобію (Патент Японії IP 0612935 А, С22С27/02, 1994), що містить також такі компоненти (мас. %): тантал (1,0-15,0)%, вольфрам (1,0-15,0)%, алюміній (18,026,0) %, ніобій - решта. Цей сплав має підвищену міцність на згин, однак є недостатньо пластичним та зносостійким, особливо при підвищених та ударних навантаженнях. Найбільш близьким до винаходу за сукупністю ознак є порошковий матеріал (Ю.С. Борисов, Ю.А. Харламов, С.Л. Сидоренко, Е.Н. Ардотовская, Справочник./ Под редакцией Трефилова В.И. - К. Наукова думка, 1987,с. 303), що містить (мас. %): карбід цирконію (99,2-99,8) %, азот (08-04) %. Даний матеріал має значні механічні властивості: мікротвердість 16,3 Гпа, інтенсивність зношування до 7,0 мкм/км, що обумовлює при навантаженні тертям значну крихкість, особливо при підвищених навантаженнях та в умовах знакоперемінних сил, що значно обмежує його функціональні можливості при захисті вузлів тертя від зносу. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення високотемпературного зносостійкого наноматеріалу шляхом додавання до його складу легованих домішок, якими є ванадій та ніобій, що забезпечує максимальну зносостійкість при значному зниженні коефіцієнта тертя, високу твердість і термостійкість у широкому навантажувально-швидкісному діапазоні. Поставлена задача вирішується тим, що високотемпературний зносостійкий наноматеріал на основі карбіду цирконію, згідно з винаходом, додатково містить леговані домішки, якими є ванадій та ніобій у такому співвідношенні компонентів мас. %: Карбід цирконію 50-65 Ванадій 20-30 Ніобій 10-15. В умовах досліджень високотемпературних зносостійких наноструктурних композиційних матеріалів близьких за структурно-фазовим складом, що нанесені газотермічними методами, встановлено, що максимальним експлуатаційним властивостям відповідають покриття, напилені детонаційно-газовим методом. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу і технічним результатом взаємообумовлений тим, що карбід цирконію, як основа матеріалу відповідає високим фізикомеханічним властивостям. Однак, з метою поліпшення експлуатаційних можливостей потребує введення легованих домішок ванадію та ніобію, які забезпечують підвищення поверхневої та адгезійної міцностей, корозійної стійкості. Запропоновані високотемпературні зносостійкі наноматеріали можуть використовуватися для деталей машин і механізмів триботехнічного призначення, що працюють в умовах відсутності мастила чи при їх обмеженнях, а також в агресивних середовищах. Високотемпературний зносостійкий наноматеріал одержують наступним чином. Вихідні порошки карбіду цирконію, ванадію, ніобію змішують і розмелюють у відповідних співвідношеннях в атритері протягом 3-7 годин. Середня величина частинок не перевищує 4050 нм. Приклад 1. Порошки карбіду цирконію 65 мас. %, ванадію 30 мас. %, ніобію 5 мас. % змішували і розмелювали у відповідних співвідношеннях в атритері протягом 3-7 годин. Середня величина частинок не перевищувала 40-50 нм. Приклад 2. Порошки карбіду цирконію 60 мас. %, ванадію 26 мас. %, ніобію 15 мас. % змішували і розмелювали у відповідних співвідношеннях в атритері протягом 3-7 годин. Середня величина частинок не перевищувала 40-50 нм. Приклад 3. Порошки карбіду цирконію 56 мас. %, ванадію 23 мас. %, ніобію 21 мас. % змішували і розмелювали у відповідних співвідношеннях в атритері протягом 3-7 годин. Середня величина частинок не перевищувала 40-50 нм. 1 UA 113933 C2 5 Детонаційне напилення запропонованого матеріалу здійснювалось у наступній послідовності: - підготовка до напилення основи (активування поверхні деталі); - підготовка порошку ZrC-V-Nb з розміром часток 40-50 нм; - детонаційно-газове напилення; - механічна обробка поверхні напиленого шару. На отриманих зразках визначали фізико-механічні і триботехнічні властивості матеріалу: коефіцієнт тертя, інтенсивність зношування, мікротвердість (таблиця 1). Таблиця 1 Склад матеріалу, мас. % № ZrC V Nb Ті Та Мо 1 2 3 65 60 56 30 26 23 5 15 21 4 69 10 7 9 5 Коефіцієнт тертя, ±0,002 0,15 0,09 0,12 Прототип 0,21 Інтенсивність зношування, ±0,06 мкм/км 5,3 3,8 4,3 Мікротвердість, ГПА 6,9 17,6 13,4 10,5 8,3 10 Запропоновані високотемпературні зносостійкі наноматеріали можливо використовувати для поверхневої міцності та зносостійкості деталей в умовах тертя без мастил та при обмеженому змащуванні, або в агресивних середовищах експлуатації для деталей, що працюють в екстремальних умовах тертя. 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 Високотемпературний зносостійкий наноматеріал на основі карбіду цирконію, який відрізняється тим, що додатково містить легуючі домішки, якими є ванадій та ніобій, у такому співвідношенні компонентів, мас. %: карбід цирконію 50-65 ванадій 20-30 ніобій 10-15. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2