Зносостійкий аморфно-кристалічний матеріал

Реферат: Винахід належить до порошкової металургії і стосується зносостійкого аморфно-кристалічного матеріалу для відновлення деталей і механізмів триботехнічного призначення. Матеріал містить, мас. %: магній 55-81, титан 13-28, кремній 8-25, карбон 4-9. Технічним результатом є зниження коефіцієнтів тертя, інтенсивності зношування, підвищення поверхневої міцності, корозійної стійкості покриттів. UA 114047 C2 (12) UA 114047 C2 UA 114047 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід 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 режимах навантаження. Існує композиційний 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 в=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 напиленние покрытия. Под ред. Б.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 вигин 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 винаходу поставлена задача вдосконалення зносостійкого аморфно-кристалічного матеріалу на основі магнію шляхом додавання до його складу легованих домішок - титану, кремнію та карбону, які забезпечують зниження коефіцієнта тертя, підвищення опору зносу, адгезійної міцності та корозійної стійкості. Поставлена задача вирішується тим, що до складу зносостійкого аморфно-кристалічного матеріалу на основі магнію, згідно з винаходом, входять титан, кремній та карбон при такому співвідношенні компонентів, мас. %: магній 55-81 титан 13-28 кремній 8-25 карбон 4-9. В умовах досліджень аморфізованих покриттів близьких за структурно-фазовим складом, що наносяться на поверхню деталі газотермічними технологіями, встановлено, що максимальним експлуатаційним властивостям відповідають покриття, що отримані детонаційногазовим методом. Причинно-наслідний зв'язок між сукупністю ознак винаходу 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 Ті, Si, C, що забезпечує підвищення поверхневої та адгезійної міцностей, корозійної стійкості. Запропонований аморфно-кристалічний 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, титану, кремнію, карбону змішують і розмелють у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 8-10 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють. Середня величина частинок 1 UA 114047 C2 5 не перевищує 50-65 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових пресформах в температурному інтервалі 1800-2000 °C, під тиском 20-40 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 вигин, що наведені в таблиці 1. Таблиця 1 1 2 3 Склад матеріалу Mg Ті Si С 58 26 13 3 62 22 11 5 71 17 9 3 4 79 № 10 15 20 25 30 35 21 Коефіцієнт тертя Інтенсивність зношування ±0,06 ±0,002 мкм/км 0,15 5,5 0,19 8,4 0,26 9,2 Прототип 0,34 10,3 Міцність на вигин, МПа 560 515 450 380 Приклад 1. Порошки магнію 58 мас. %, титану 26 мас. %, кремнію 13 мас. %, карбону 3 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спиртуректифікату в планетарному млині протягом 8-10 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 50-65 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах у температурному інтервалі 1800-2000 °C, під тиском 2040 МПа, час витримки 20-35 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,53,0 %. Приклад 2. Порошки магнію 62 мас. %, титану 22 мас. %, кремнію 11 мас. %, карбону 5 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спиртуректифікату в планетарному млині протягом 8-10 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 50-65 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах у температурному інтервалі 1800-2000 °C, під тиском 20-40 МПа, час витримки 20-35 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищувала 1,5-3,0 %. Приклад 3. Порошки магнію 71 мас. %, титану 17 мас. %, кремнію 9 мас. %, карбону 3 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 8-10 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищувала 50-65 мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах у температурному інтервалі 1800-2000 °С, під тиском 20-40 МПа, час витримки 20-35 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищувала 1,5-3,0 %. Детонаційне напилення запропонованого матеріалу здійснювалось у наступній послідовності: підготовка до напилення основи (матеріал деталі); підготовка порошку Mg-Ti-Si-C 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 2. 40 Таблиця 2 № Режим напилення 1 2 3 С2Н2:О2+1:1 С2Н2:О2+1:1,3 С2Н2:О2+1:1,6 аморфні 60,0 72,5 79,6 Фазовий склад, % Mg2Si MgC 15,1 12,4 9,8 8,4 7,81 6,1 ТіС 10,2 7,2 5,1 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 матеріалу 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 2 UA 114047 C2 5 властивостями. Режими напилення, що забезпечують 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-точковом згині для зразків розміром 45×4×3 мм. Механічна обробка поверхні алмазними кругами проводилась по довжині зразків. По ребрах знімались фаски. 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. 10 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 Зносостійкий аморфно-кристалічний матеріал на основі магнію, який відрізняється тим, що додатково містить легуючі домішки, якими є титан, кремній та карбон, у такому співвідношенні компонентів, мас. %: магній 55-81 титан 13-28 кремній 8-25 карбон 4-9. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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