Зносостійкий аморфний матеріал на основі цирконію

Реферат: Композиційний зносостійкий аморфний матеріал на основі цирконію включає цирконій, алюміній та бор. UA 82902 U (54) ЗНОСОСТІЙКИЙ АМОРФНИЙ МАТЕРІАЛ НА ОСНОВІ ЦИРКОНІЮ UA 82902 U UA 82902 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до галузі порошкової металургії, зокрема до складу порошкових матеріалів для газотермічного напилення функціональних покриттів на робочі поверхні деталей та механізмів будь-якої техніки, у тому числі і авіаційної, що працюють в умовах тертя, при відсутності мастил чи в їх оточенні, або у агресивних середовищах. Відомі засоби підвищення зносостійкості покриттів Існує аморфний матеріал для напилення на основі міді [Авторське свідоцтво СРСР SU1662119А1, МПК С22С 9/01, 28.11.89, ДСК], що містить такі компоненти (мас. %): алюміній (9,5-12,2) %; залізо (0,2-0,5) %, нікель (0,01-2,8) %; марганець (0,01-0,3) %; кремній (0,01-0,2) %; бор (0,01-0,015) %; мідь - решта. Цей матеріал має низьку мікротвердість, адгезійну міцність та крихкість при підвищених навантаженнях. Відома композиція для плазмового напилення, що містить цирконій (60-70) %, кобальт (2025) %, мідь (10-15) % [В.О. Абрамов, О.В. Абрамов, A.M. Белоконов, Р.А. Оганян, С.Б. Масленков. О влиянии химической природы легирующего элемента на свойства аморфных сплавов на основе переходных металлов // Металловедение и термическая обработка металлов. - М.: Машиностроение.-1990, № 11. - С. 49-52]. Матеріал не містить самофлюсуючих компонентів, що обумовлює низьку адгезійну міцність та присутність залишкових напружень, як слідство термічних умов напилення і різних теплофізичних властивостей. Найбільш близьким технічним рішенням зразка, вибраного за прототип, відповідає порошкова композиційна суміш на основі нікелю з наступним вмістом компонентів: нікель (7075) %, кобальт (15-20 %), бор (8-10 %). [Куницький Ю.А., Коржик В.Н., Борисов Ю.С. Некристаллические металлические покрытия в технике. - К.: Техника, 1988.-198 с.]. Зазначений матеріал відрізняється високими фізико-механічними властивостями: мікротвердість становить 20,8-23,2 Гпа, зносостійкість до 4,1 мкм/км. Вимоги сьогодення, обумовлені соціальними властивостями, постійно звертають увагу на використання національних природних ресурсів, тому техніко-економічно обґрунтованим є використання національних запасів країни. Тому не доцільно використовувати матеріал, який містить дефіцитні компоненти, нікель, кобальт та інші, котрі не раціонально вживати у широкому промисловому загалі, з причини високої ціни надані матеріали. Задачею корисної моделі є зниження коефіцієнта тертя, підвищення опору зносу, корозійної стійкості та адгезійної міцності при зниженні залишкових напружень, що вирішується шляхом додавання цирконію та алюмінію при оптимальному співвідношенні компонентів. Поставлена задача вирішується тим, що гетерогенний зносостійкий матеріал Zr-Al-B, з метою підвищення якості експлуатації, містить цирконій, алюміній, бор у такому наступному співвідношенні (мас. %) а саме: цирконій Zr 65-70 алюміній Al 20-30 бор B 5-15. В умовах досліджень аморфноризованих покриттів 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 корисної моделі і технічним результатом взаємообумовлений тим, що цирконій, як основа матеріалу відповідає високим фізико механічним властивостям. Однак, в разі поліпшення експлуатаційних можливостей потребує введення легованих домішок Аl та В, що приводить до зменшення крихкості, підвищенню поверхневої та адгезійної міцностей. Запропонований матеріал може використовуватися як матеріал деталей машин і механізмів триботехнічного призначення, що працюють в умовах відсутності мастил чи при їх обмеженнях, а також у агресивних середовищах. Детонаційне напилення запропонованого матеріалу здійснювалось у наступній послідовності: - підготовка до напилення основи (матеріал деталі); - підготовка порошку Zr-Al-B з діаметром часток композиційного порошку 45-60 мкм; - детонаційно-газове напилення; - механічна обробка поверхні напиленого шару. Режими напилення та фазовий склад детонаційних покриттів наведено в таблиці 1. Таблиця 1 № Режим напилення Аморфні Фазовий склад, % ZrB2 Zr45Al20B6 1 α-Zr Вміст газів, % кисень азот UA 82902 U Продовження таблиці 1 1 2 3 5 С2Н2:О+1:1 С2Н2:О+1:1,4 С2Н2:О2+1:1,6 75 82 51 7,4 9,8 8,4 5,1 5,8 4,3 4,2 2,1 38,2 0,49 0,27 1,6 1,0 0,55 3,6 Залежність зносостійкості покриттів від кількості аморфної фази у досліджуваних межах носить монотонний характер. При цьому присутня кореляційна залежність між кінетичними параметрами процесу формування амортизованого слою, та його фізико-механічними властивостями. Режими напилення, що призводять до збільшення кількості аморфної фази у покритті, відповідають збільшенню його зносостійкості. У таблиці 2, на отриманих зразках визначили фізико-механічні та триботехнічні властивості матеріалу. 10 Таблиця 2 № Zr 1 70 2 68 3 65 прототип 4 15 20 Коефіцієнт тертя, Інтенсивність Міцність на згін, ±0,002 зношування, ±0,6 мкм/км МПа Склад матеріалу, мас. % Аl 30 25 23 В 5 7 12 Ni Co 0,2 0,17 0,19 6,1 4,8 5,3 680 850 770 10 75 15 0,3 7,8 710 Запропоновані покриття, які виготовлені із сировинної бази України, 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. Об'єкт корисної моделі стосується галузі порошкової металургії і представляє композиційний зносостійкий матеріал системи Zr-Al-B. Галуззю застосування запропонованого матеріалу є загальне машинобудування. Матеріал може бути використаний при зміцнення та відновленні по епюрі нерівномірного зносу деталей машин та механізмів триботехнічного призначення. Суть корисної моделі полягає в тому, що композиційний зносостійкий матеріал системи ZrAl-B містить компоненти в такому співвідношенні. мас. %: Zr 65-70 Аl 20-30 В 5-15. Технічним результатом є зниження коефіцієнтів тертя, інтенсивності зношування, підвищення поверхневої міцності, корозійної стійкості покриттів і як наслідок покращення ефективності і якості їх експлуатації. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Композиційний зносостійкий аморфний матеріал на основі цирконію, що включає цирконій та алюміній, який відрізняється тим, що додатково містить бор у такому співвідношенні компонентів мас. %: цирконій 65-70 алюміній 20-30 бор 5-15. Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2