Термостійкий матеріал для вузлів тертя

Реферат: Термостійкий матеріал для вузлів тертя, що містить ніобій та леговані домішки - цирконій, кремній та бор. UA 106563 U (54) ТЕРМОСТІЙКИЙ МАТЕРІАЛ ДЛЯ ВУЗЛІВ ТЕРТЯ UA 106563 U UA 106563 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі порошкової металургії, а саме до високоміцних термостійких антифрикційних композиційних матеріалів та захисних покриттів деталей машин та механізмів, що працюють в умовах високих температур, навантажень, підвищеного зносу та агресивних середовищ. Існує матеріал для жаростійких покриттів на основі нікелю [Самсонов В.Г., Эпик А.П., Тугоплавкие покрытия. М.: Металлургия, 1973. - с. 344-345], що містить такі компоненти (мас. %): хром (13-20) %, кремній (6-10) %, бор (2,7-4,7) %, нікель-решта. Цей матеріал має високу жаростійкість до 850 °C та зносостійкість при 550-600 °C. Відомий порошок для напилення температуростійких покриттів, який містить Ni-Cr - основу і тугоплавкий домішок у вигляді Аl2О3 в кількості (10-30) % [Авторське свідоцтво СРСР № 2016914, МПК С22С 4/10, 1992]. До недоліків зазначеного матеріалу слід віднести відсутність самофлюсуючих елементів, зокрема бору та кремнію, що погіршує структурну однорідність покриттів та адгезійні властивості, внаслідок чого обмежено їх використання в умовах ударних та знакозмінних навантажень. Найбільш близьким аналогом є порошкова композиційна суміш на основі ніобію [Патент Японії ІР06122935А, С22С 27/02, 1994], що містить такі компоненти (мас. %): тантал (1,015,0) %, вольфрам (1,0-15,0) %, алюміній (18,0-26,0) %, ніобій - решта. Цей сплав має підвищену міцність на згин, однак є недостатньо пластичним та зносостійким, особливо при підвищених та ударних навантаженнях. В сучасних умовах виробничо-економічної діяльності необхідно обмежувати застосування дефіцитних і дорогих складових матеріалів, таких як нікель, тантал, вольфрам та з більшою доцільністю використовувати компоненти з національної мінерально-сировинної бази. В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає у створенні термостійкого матеріалу для вузлів тертя, шляхом додавання до його складу легованих домішок, якими є цирконій, кремній та бор, що забезпечить зниження параметрів тертя та зношування і підвищить поверхневу міцність та опір зносу в умовах високих температур. Поставлена задача вирішується тим, що до термостійкого матеріалу, який містить ніобій, згідно з корисною моделлю, додають леговані домішки, якими є цирконій, кремній та бор у такому співвідношенні (мас. %): ніобій 55-72 цирконій 15-36 кремній 9-17 бор 4-13. Причинно-наслідковий зв'язок між логічно упорядкованим співвідношенням складу корисної моделі і технічним результатом взаємообумовлений тим, що ніобій, як основа матеріалу, відповідає високим фізико-механічним характеристикам в значному інтервалі температур. Однак для стабілізації властивостей термостійкості потребує введення легованих домішок Zr, Si, В, що забезпечують підвищення температури рекристалізації ніобію та сприяють утворенню тугоплавких сполук типу NbB2, Nb5Si3, ZrB2, крім того обумовлюють утворення в процесі трибоактивації вторинних плівок твердих розчинів ZrO2-SiO2, ZrO2-B2O3, Nb2O5-B2O3 по реакціях: ZrB2+5/2O2-ZrO2+B2O3, ZrSi2+3O2=ZrO2+2SiO2, 2NbB2+11/2O2=Nb2O5+2B2O3. У структурі плівок борний ангідрид знаходиться у стані твердого розчину, що підвищує термостійкість фази В2О3 та з склоутворюючими SiO2, ZrO2 оксидами, впливає на зниження коефіцієнта тертя і інтенсивності зношування. Запропонований матеріал може використовуватися як термостійке захисне покриття деталей машин та механізмів, що працюють в умовах підвищених температур при терті з високими швидкісно-навантажувальними параметрами, а також для зносостійких покриттів, напилених газотермічними методами, що експлуатуються в екстремальних умовах при значному температурному навантаженні. Матеріал одержують методами порошкової металургії. Вихідні порошки ніобію, цирконію, кремнію та бору змішують і 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. Середня величина частинок не перевищує 40-60 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1880-2500 °C, при тиску 30-45 МПа, час витримки 20-30 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 згин, що наведені у таблиці. 1 UA 106563 U Таблиця Склад матеріалу, мас. % № Коефіцієнт тертя, ±0,002 10 15 20 25 30 35 40 Si В Та W Αl 1 65 20 2 62 18 3 58 17 Прототип 4 58 5 Zr 10 12 15 5 8 10 20 °C 0,10 0,07 0,14 950 °C 0,08 0,05 0,11 10 12 20 0,10 Nb Інтенсивність зношування, ±0,06 мкм/км 20 °C 950 °C 2,7 2,6 2,2 2,0 3,5 5,2 3,0 Міцність на згин, МПа (±20МПа) 20 °C 580 620 480 950 °C 610 Приклад 1. Порошки ніобію 65 мас. %, цирконію 20 мас. %, кремнію 10 мас. %, бору 5 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спиртуректифікату в планетарному млині протягом 5-7 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 40-60 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1880-2500 °C, при тиску 30-45 МПа, час витримки 20-30 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищувала 1,5-3 %. Приклад 2. Порошки ніобію 62 мас. %, цирконію 18 мас. %, кремнію 12 мас. %, бору 8 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спиртуректифікату в планетарному млині протягом 5-7 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 40-60 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1880-2500 °C, при тиску 30-45 МПа, час витримки 20-30 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищувала1,5-3 %. Приклад 3. Порошки ніобію 58 мас. %, цирконію 17 мас. %, кремнію 15 мас. %, бору 10 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 5-7 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 40-60 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1880-2500 °C, при тиску 30-45 МПа, час витримки 20-30 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищувала 1,5-3 %. Детонаційне напилення запропонованого матеріалу здійснювалось у наступній послідовності: - підготовка до напилення основи (матеріал деталі); - підготовка порошку Nb-Zr-Si-B з діаметром часток композиційного порошку 40-60 мкм; - детонаційно-газове напилення; - механічна обробка поверхні напиленого шару. Міцність на вигин визначали за стандартною методикою, затвердженою Європейським стандартом ISO/TS 206 при 4-х точковому згині для зразків розміром Зх4 × 45 мм. Механічна обробка поверхні алмазними кругами проводилась по довжині зразків. По ребрам знімались фаски. Коефіцієнт тертя (f) та інтенсивність зношування (І, мкм/км) визначали за схемою валвкладка за методикою роботи (Мамыкин Э.Т., Ковпак М.К., Юга А.И. и др. Комплекс машин и методики определения антифрикционных свойств материалов при трении скольжении // Порошковая металлургия. - 1973. - № 1. - с. 67-72.). Запропоновані покриття, які виготовлені із сировинної бази країни можна використовувати як матеріали, що працюють в умовах тертя при високих температурах та швидкіснонавантажувальних параметрах, а також як зносо- та корозійностійкі покриття на деталі і вузли авто- та авіаційних двигунів. 2 UA 106563 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Термостійкий матеріал для вузлів тертя, що містить ніобій, який відрізняється тим, що до його складу додають леговані домішки, якими є цирконій, кремній та бор у такому співвідношенні компонентів, мас. %: ніобій 55-72 цирконій 15-36 кремній 9-17 бор 4-13. 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 3