Аморфний матеріал триботехнічного призначення

Реферат: Композиційний зносостійкий аморфний матеріал на основі магнію, причому до його складу входять також леговані домішки, якими є ванадій, кремній та бор у такому співвідношенні компонентів (мас. %): магній 52-68 ванадій 13-28 кремній 10-25 бор 3-11. UA 107189 U (12) UA 107189 U UA 107189 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі порошкової металургії, зокрема до складу порошкових композиційних матеріалів, для газотермічного напилення покриттів, що експлуатуються в умовах підвищеного зносу, значних швидкісних навантаженнях та агресивних середовищах. Відомий композиційний матеріал на основі магнію. Так, існує композиція [Кобелев Н.П., Сойфер Я.М., Бродова И.Г. и др. Внутреннее трение и изменение модуля Юнга в сплаве Mg-NiY, обусловленное переходом аморфного в нанонкристаллическое состояние // Физика твердого тела. -1999. - Т. 41. - Вип. 41. -С. 561-566], що містить (мас. %): магній (76-90)%, нікель (9-17)%, ітрій (2,7-4,2)%. Зазначений матеріал не містить самофлюсуючих компонентів, що зменшує адгезійну міцність та обумовлює присутність руйнівних залишкових напружень, як наслідок термічних умов напилення і різних теплофізичних властивостей, що значно обмежує експлуатаційні можливості, особливо в навантажувальних режимах. Існує матеріал [Авіаційні матеріали та їх обробка / За ред. Ю.М.Терещенка. К.: Вища освіта, 2003. - С. 114], що містить такі компоненти (мас. %): алюміній (7,6-8,9)%, цинк (0,15-0,32)%, марганець (0,23-0,39)%, магній - решта. Цей сплав має тимчасовий опір σв = 190 МПа при твердості до НВ 575 МПа, однак є недостатньо пластичним та зносостійким, особливо при ударних навантаженнях. Найбільш близьким технічним рішенням зразка, вибраного за прототип, відповідає композиція [Порошковая металлургия и напыление покрытия. Под ред. IS.С. Митина. - М: Металлургия, 1987.- С. 407], що містить (мас. %): бор (20-35)%, магній - решта. Зазначений матеріал відрізняється досить високими механічними характеристиками при міцності на згин до 350-400 МПа, однак має незначну зносостійкість як при навантаженнях, так і при підвищених швидкостях ковзання. Важливим фактором вибору композиції сучасних аморфних матеріалів є використання національних природних ресурсів, тому техніко-економічно обґрунтованим є використання компонентів з національних запасів країни. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення зносостійкого аморфного матеріалу на основі магнію шляхом додавання до його складу легованих домішок - ванадію, кремнію та бору, які забезпечують зниження коефіцієнту тертя, підвищення опору зносу, адгезійної міцності та корозійної стійкості. Поставлена задача вирішується тим, що до зносостійкого аморфного матеріалу на основі магнію, згідно з корисною моделлю, входять також ванадій, кремній, бор при такому співвідношенні компонентів (мас. %): магній 52-68 ванадій 13-28 кремній 10-25 бор 3-11. В умовах досліджень аморфізованих покриттів близьких за структурно-фазовим складом, що нанесені газотермічними технологіями, встановлено, що максимальним експлуатаційним властивостям відповідають покриття, що отримані детонаційно-газовим методом. Причинно-наслідний зв'язок між сукупністю ознак корисної моделі і технічним результатом взаємообумовлений тим, що магній як основа матеріалу відповідає високим фізико-механічним властивостям. Однак, з метою поліпшення експлуатаційних можливостей потребує введення легованих домішок V, Si, В, що забезпечує підвищення поверхневої та адгезійної міцності, корозійної стійкості. Запропонований аморфний матеріал може використовуватися як матеріал для деталей машин і механізмів триботехнічного призначення, які працюють в умовах відсутності мастила чи при їх обмеженнях, а також в агресивних середовищах. Матеріал одержують методами порошкової металургії. Вихідні порошки магнію, ванадію, кремнію, бору змішували і розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-10 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали. Середня величина частинок не перевищує 50-65 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1850-2000 °C, під тиском 25-45 МПа, час витримки 20-35 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3,0 %. На отриманих зразках визначали фізико-механічні і триботехнічні властивості матеріалу: коефіцієнт тертя, інтенсивність зношування, міцність на згин, що наведені в таблиці 2. Матеріал одержують таким чином. Приклад 1. Порошки магнію 56 мас. %, ванадію 18 мас. %, кремнію 21 мас. %, бору 5 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спиртуректифікату в планетарному млині протягом 6-10 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а 1 UA 107189 U 5 10 15 20 25 потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 50-65 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах у температурному інтервалі 1850-2000 °C, під тиском 25-45 МПа, час витримки 20-35 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3,0 %. Приклад 2. Порошки магнію 59 мас. %, ванадію 15 мас. %, кремнію 20 мас. %, бору 6 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спиртуректифікату у планетарному млині протягом 6-10 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 50-65 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1850-2000 °C, під тиском 25-45 МПа, час витримки 20-35 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3,0 % Приклад 3. Порошки магнію 62 мас. %, ванадію 14 мас. %, кремнію 16 мас. %, бору 8 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спиртуректифікату у планетарному млині протягом 6-10 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потом просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 50-65 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1850-2000 °C, під тиском 25-45 МПа, час витримки 20-35 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3,0 %. Детонаційне напилення запропонованого матеріалу здійснювалось у наступній послідовності: - підготовка до напилення основи (матеріал деталі); - підготовка порошку Mg-V-Si-B з діаметром часток композиційного порошку 50-65 мкм; - детонаційно-газове напилення; - механічна обробка поверхні напиленого шару. Режими напилення та фазовий склад детонаційних покриттів наведено в таблиці 1. Таблиця 1 № Режим напилення 1 2 3 30 С2Н2:О2+1:1 С2Н2:О2+1:1,3 С2Н2:О2+1:1,6 аморфні 83 77 61 Фазовий склад, % Mg2Si MgB2 8,2 4,8 9,3 5,4 15,6 12,0 VB 2,9 6,2 9,1 інші 2,3 2,1 1,1 Вміст газів, % кисень азот 1,4 3,6 0,48 1,12 0,25 0,45 Залежність зносостійкості покритті 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. У таблиці 2 на отриманих зразках визначили фізико-технічні та триботехнічні властивості матеріалу. 35 Таблиця 2 Склад матеріалу Mg V Si В Коефіцієнт тертя ±0,002 1 2 3 63 61 57 23 20 19 9 12 16 5 7 8 0,16 0,20 0,27 Інтенсивність зношування ±0,06 мкм/км 5,6 8,5 9,1 4 79 21 0,34 10,3 № Міцність на згин, МПа 550 520 440 Прототип 40 380 Міцність на згин визначали за стандартною методикою, затвердженою Європейським стандартом ISO/TS 206 при 4-точковом згині для зразків розміром 4543 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 2 UA 107189 U 5 методики определения антифрикционных свойств материалов при трении и скольжении // Порошковая металлургия. - 1973. - № 1. -С. 62-72]. Запропоновані покриття 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. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Композиційний зносостійкий аморфний матеріал на основі магнію, який відрізняється тим, що до його складу входять також леговані домішки, якими є ванадій, кремній та бор у такому співвідношенні компонентів (мас. %): магній 52-68 ванадій 13-28 кремній 10-25 бор 3-11. Комп’ютерна верстка М. Мацело 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