Зносостійкий аморфний матеріал на основі хрому

Реферат: Композиційний зносостійкий аморфний матеріал на основі хрому містить леговані домішки, а саме кремній та бор. UA 101042 U (54) ЗНОСОСТІЙКИЙ АМОРФНИЙ МАТЕРІАЛ НА ОСНОВІ ХРОМУ UA 101042 U UA 101042 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 при їх обмеженнях, або у агресивних середовищах. Відомим аналогом є аморфний матеріал для напилення на основі міді (Авторське свідоцтво СРСР SU1662119А1, МПК С22С9/01, 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 (0,010,2)%; бор (0,01-0,015)%; мідь - решта. Цей матеріал має низьку мікротвердість, адгезійну міцність та крихкість при підвищених навантаженнях. Найближчий аналог до корисної моделі є зносостійкий сплав з наступним вмістом компонентів, %: Мо 50-77; Fe 17-38; В 5-13 (Патент 4.235 630, США, 1980 р.). Сплав отриманий змішуванням порошків феробору (евтектичного складу) і молібдену, пресуванням суміші при тиску 345 МПа і спіканні 1600 °C. Відносна щільність спеченого сплаву - 98 %. Даний матеріал має високі фізико-механічні властивості: мікротвердість матеріалу становить 23,5-25,5 ГПа, зносостійкість 3,7 мкм/км. Основним і найбільш техніко-економічно обґрунтованим фактором вибору композиції сучасних аморфних конструкційних матеріалів, є використання матеріалів із національних природних ресурсів. Недоцільно використовувати матеріали, які містить дефіцитні компоненти, нікель, вольфрам та інші, і призводять до підвищення ціноутворення кінцевого продукту, при цьому технологічні параметри отриманих матеріалів залишаються на невисокому рівні. В основу корисної моделі поставлена задача отримання зносостійкого аморфного матеріалу на основі хрому шляхом його легування кремнієм та бором, з низьким показником коефіцієнта тертя, підвищеним опором зносу, високою адгезійною міцністю та корозійною стійкістю. Поставлена задача вирішується тим, що до складу композиційного аморфного матеріалу на основі хрому, згідно з корисною моделлю, входить кремній та бор при такому співвідношенні компонентів (мас. %): хром 50-65 кремній 20-30 бор 10-15. В умовах досліджень аморфізованих покриттів близьких за структурно-фазовим складом, що нанесені газотермічними способами, встановлено, що максимальним експлуатаційним властивостям відповідають покриття, напилені детонаційно-газовим методом. Як основа матеріалу використовується хром, що має достатньо високу твердість і міцність, однак внаслідок крихкості не може бути використаним як матеріал для отримання захисних зносостійких покриттів. Введення в матеріал домішок кремнію та бору приводить до зменшення крихкості, підвищує пластичність, збільшує ступінь аморфізації та адгезійні властивості матеріалу. Високий ступінь аморфізації даного композиційного матеріалу досягається при детонаційно-газовому напиленні, за рахунок підбору оптимальних режимів напилення та складу горючої робочої суміші. Корисна модель може використовуватися як матеріал для деталей машин і механізмів триботехнічного призначення, що працюють в умовах відсутності мастила чи при їх обмеженнях, а також в агресивних середовищах. Матеріал одержують за допомогою порошкової металургії. Вихідні порошки хрому, кремнію, бору змішували і розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють через сито. Середня величина частинок не перевищує 15-20 мкм. Зразки одержують завдяки гарячому пресуванню в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1480-1500 °C, при тиску 20-30 МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. На отриманих зразках визначали фізико-механічні і триботехнічні властивості матеріалу: коефіцієнт тертя, інтенсивність зношування, міцність на вигін, що наведені в таблиці. Корисну модель здійснюють наступним чином: Приклад 1. Порошки бору 5 мас. %, кремнію 30 мас. %; хрому 65 мас. % змішують та розмелюють у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють через сито. Середня величина частинок не перевищує 15-20 мкм. Зразки одержують за допомогою гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 14801500 °C, при тиску 20-30 МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. 1 UA 101042 U 5 10 15 20 25 Приклад 2. Порошки бору 10 мас. %, кремнію 28 мас. %; хрому 62 мас. % змішують та розмелюють у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють через сито. Середня величина частинок не перевищує 15-20 мкм. Зразки одержують за допомогою гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 14801500 °C, при тиску 20-30 МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. Приклад 3. Порошки бору 14 мас. %, кремнію 26 мас. %; хрому 60 мас. % змішують та розмелюють у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють через сито. Середня величина частинок не перевищує 15-20 мкм. Зразки одержують за допомогою гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 14801500 °C, при тиску 20-30 МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. Приклад 4. Порошки бору 15 мас. %, кремнію 25 мас. %; хрому 58 мас. % змішують та розмелюють у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють через сито. Середня величина частинок не перевищує 15-20 мкм. Зразки одержують за допомогою гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 14801500 °C, при тиску 20-30 МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. Приклад 5. Порошки бору 21 мас. %, кремнію 23 мас. %; хрому 56 мас. % змішують та розмелюють у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють через сито. Середня величина частинок не перевищує 15-20 мкм. Зразки одержують за допомогою гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 14801500 °C, при тиску 20-30 МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. Таблиця Склад та властивості зносостійкого матеріалу № Склад матеріалу, мас. % п/п Сr Si В Fe 1 2 3 4 5 65 62 60 58 56 30 28 26 25 23 5 10 15 17 21 7 23 71 Коефіцієнт тертя ±0,002 Mo 0,14 0,13 0,09 0,1 0,15 Найближчий аналог 0,21 8,0 Інтенсивність Міцність зношування, ±0,8 на згін, МПа мкм/ км 5,1 805 4,7 845 3,2 885 4,0 895 5,5 825 3,7 790 30 35 40 45 Залежність зносостійкості покриттів від кількості аморфної фази у досліджуваних межах носить монотонний характер. При цьому присутня кореляційна залежність між кінетичними параметрами процесу формування аморфізованого шару, та його фізико-механічними властивостями. Режими напилення, що призводять до збільшення кількості аморфної фази у покритті, відповідають збільшенню його зносостійкості. Міцність на вигин визначали за стандартною методикою, затвердженою Європейським стандартом ISO/TS 206 при 4-х точковому згині для зразків розміром 45×4×3 мм. Механічна обробка поверхні алмазними кругами проводилась по довжині зразків. По ребрах знімались фаски. Коефіцієнт тертя (f) та інтенсивність зношування (І, мкм/км) визначали за схемою валвкладка за методикою роботи (Э.Т. Мамыкин, М.К. Ковпак, А.И. Юга и др. Комплекс машин и методики определения антифрикционных свойств материалов при трении скольжении// Порошковая металлургия, 1973, № 1, с. 67-72.). Корисну модель 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. 2 UA 101042 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Композиційний зносостійкий аморфний матеріал на основі хрому, який характеризується тим, що містить леговані домішки, а саме кремній та бор у такому співвідношенні компонентів мас. %: хром 50-65 кремній 20-30 бор 10-15. Комп’ютерна верстка І. Мироненко 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 3