Високотемпературне зносостійке нанопокриття

Реферат: Високотемпературне зносостійке нанопокриття, що містить нікель та хром, при якому зазначене нанопокриття додатково містить алюміній та бор, при наступному вмісті компонентів, мас. %: нікель 55-75 хром 15-23 алюміній 10-30 бор 5-20, причому композиція має наступний вміст компонентів, мас. %: нікель і хром 60 алюміній і бор 40. UA 120869 U (12) UA 120869 U UA 120869 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до галузі порошкової металургії, зокрема до складу порошкових матеріалів для газотермічного напилення триботехнічних нанопокриттів для захисту від зносу деталей, що експлуатуються при відсутності мастил в умовах високих температур і навантажень будь-якої техніки, у тому числі і авіаційно-космічної, а саме до високотемпературного зносостійкого нанопокриття, і може бути застосована для нанесення на деталі з експлуатаційними пошкодженнями, що працюють в екстремальних умовах в системах авіаційної та космічної техніки, для їх зміцнення та відновлення. Відома порошкова суміш, що містить такі компоненти (мас. %): 65 % (Сr 18-25; Si 5-13; В 1-5; Ni - peшта) +35WC [1]. недоліками відомої порошкової суміші є те, що, не зважаючи на те, що матеріали, які входять до складу зазначеної суміші, мають значну твердість (68-70 HRC), високу зносостійкість та корозійну стійкість, вони обмежені впливом робочої температури (до +350 °C), особливо в умовах значних навантажень та швидкостей ковзання. Відомий порошковий матеріал, що містить такі складові (мас. %): Сr (13,5-16,5) %; Si (2,53,5) %; В (2,0-2,8) %, домішки Fe, Ті, С, S, Р (0,1-0,25) % кожного, Ni - решта [2]. недоліками відомого порошкового матеріалу є те, що, не зважаючи на те, що зазначений порошковий матеріал має задовільний опір зносу в умовах наявності мастил, значну корозійну стійкість, він має низькі триботехнічні властивості при підвищених температурах, що не забезпечує його стабільної роботи, особливо у відповідальних вузлах тертя. Найбільш близьким технічним рішенням, як за суттю, так і за задачею, що вирішується, яке вибране за найближчий аналог (прототип), є високотемпературне зносостійке нанопокриття, що містить нікель та хром, при наступному вмісті компонентів, мас. %: нікель 55-75 хром 15-23. Недоліками відомого високотемпературного зносостійкого покриття, яке вибрано за найближчий аналог (прототип), відноситься те, що не зважаючи на те, що зазначена композиція (матеріал) має значну мікротвердість 9,1-9,5 ГПа, пористість до 11,0 %, робочу температуру до 650 °C та високий опір зносу в умовах присутності мастильних матеріалів, зазначений матеріал є недостатньо зносостійкими при терті без мастил, особливо в режимах підвищених навантажень. В основу корисної моделі поставлена задача шляхом додавання до складу високотемпературного зносостійкого нанопокриття алюмінію та бору у наступному вмісті компонентів, мас. % - Аl (10-30) % та В (5-20) %, забезпечити у комплексі зниження інтенсивності зношування покриття, зменшення енергетичних витрат при терті та підвищення експлуатаційних властивостей нанопокриття до температур 700-1100 °C. Суть корисної моделі у високотемпературному зносостійкому нанопокритті, що містить нікель та хром, полягає в тому, що зазначене покриття додатково містить алюміній та бор, при наступному вмісті компонентів, мас. %: нікель 55-75 хром 15-23 алюміній 10-30 бор 5-20, причому композиція має наступний вміст компонентів, мас. %: нікель і хром 60 алюміній і бор 40. Порівняльний аналіз технічного рішення з прототипом дозволяє зробити висновок, що високотемпературне зносостійке нанопокриття відрізняється від прототипу тим, що зазначене покриття додатково містить алюміній та бор, при наступному вмісті компонентів, мас. %: нікель 55-75 хром 15-23 алюміній 10-30 бор 5-20, причому композиція має наступний вміст компонентів, мас. %: нікель і хром 60 алюміній і бор 40. Поставлена задача вирішується тим, що до високотемпературного зносостійкого нанопокриття, що містить хром, нікель, згідно з корисною моделлю, додатково входять алюміній і бор, при такому співвідношенні компонентів (мас. %): нікель, хром 60 % (Сr (15-23), Ni (55-75) алюміній, бор 40 % (Аl (10-30), В (5-20). 1 UA 120869 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Збагачення високотемпературного зносостійкого нанопокриття легуючими компонентами, якими є алюміній (Аl) і бор (В), сприяє підвищенню його жаростійкості. Так алюміній (Аl) значно зміцнює твердий розчин нікелю (Ni), утворює твердий розчин алюмінію (Аl) у нікелі (Ni), зміцнюючи фази типу NiAl, Ni3Al, Cr5Al8, Cr4Al9. Вплив бору (В) пов'язано з утворенням важливого класу неорганічних з'єднань, що мають значну твердість, тугоплавкість, високу хімічну стійкість (CrB2, CrB, CrB4, Ni4B3, NiB). При цьому хром (Сr), частково розчинений у нікелі (Ni), сприяє збільшенню міжатомних зв'язків, зменшує дифузійну рухомість атомів твердого розчину, що значно сприяє підвищенню поверхневої міцності, зносостійкості та стійкості до напружених деформацій, що виникають в умовах знаних температур під дією високого тиску. Високотемпературне зносостійке нанопокриття, склад якого заявляється, можуть використовуватися для зміцнення деталей, що працюють в умовах тертя при високих температурах (до +1000 °C), значних навантажень, а також при відновлювальному ремонті деталей з експлуатаційними пошкодженнями. Матеріал, а саме високотемпературне зносостійке нанопокриття, склад якого заявляється, одержують методами порошкової металургії таким чином. Вихідні порошки нікелю (Ni), хрому (Сr), алюмінію (Аl) і бору (В) зміцнюють та розмелюють у відповідних співвідношеннях згідно методу механохімічного синтезу в середовищі аргону в атритері протягом 3-9 годин. Середня величина частинок основної фракції порошку не перевищує 45-65 нм. Приклад 1. Порошкову суміш нікелю 69 мас. %, хрому 17 мас. %, алюмінію 8 мас. %, бору 6 мас. % розмішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях згідно методу механохімічного синтезу в середовищі аргону в атритері протягом 3-9 годин. Середня величина частинок порошку основної фракції не перевищувала 45-65 нм, що склало 87-93 % від його вихідної кількості. Приклад 2. Порошкову суміш нікелю 61 мас. %, хрому 19 мас. %, алюмінію 11 мас. % та бору 9 мас. % розмішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях згідно методу механохімічного синтезу в середовищі аргону в атритері протягом 3-9 годин. Середня величина частинок порошку основної фракції не перевищувала 45-65 нм, що склало 88-95 % від його вихідної кількості. Приклад 3. Порошкову суміш нікелю 49 мас. %, хрому 21 мас. %, алюмінію 19 мас. % та бору 11 мас. % розмішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях згідно з методом механохімічного синтезу в середовищі аргону в атритері протягом 3-9 годин. Середня величина частинок порошку основної фракції не перевищувала 45-65 нм, що склало 86-94 % від його вихідної кількості. В умовах дослідження нанопокриттів, близьких за структурно-фазовим складом, які нанесені газотермічними технологіями, встановлено, що максимальним експлуатаційним властивостям відповідають покриття, що отримані детонаційно-газовим методом. Детонаційне напилення високотемпературного зносостійкого нанопокриття, що заявляється, здійснювалось у наступній послідовності: здійснюють вхідний контроль зразка (виробу); проводять підготовку поверхні виробу до напилення (знежирення, струменеві-абразивна обробка тощо); підготовлюють суміш порошку Cr-Ni-Al-B основної фракції, при наступному вмісті компонентів, мас. %: нікель 55-75 хром 15-23 алюміній 10-30 бор 5-20, причому композицію із зазначених вище компонентів створюють у наступному зміст компонентів, мас. %: нікель і хром 60 алюміній і бор 40; зазначену підготовлену суміш порошку Cr-Ni-Al-B основної фракції просушують та охолоджують; проводять технологічний процес детонаційно-газового напилення; проводять діагностику стану поверхні; здійснюють механічну обробку напиленого шару (згідно з технічними умовами). На отриманий зразках визначали фізико-механічні і триботехнічні властивості високотемпературного зносостійкого нанопокриття, що заявляється, а також коефіцієнт тертя, інтенсивність зношування, міцність щеплення (таблиця). 2 UA 120869 U Таблиця Склад та властивості зносостійкого матеріалу Склад матеріалу , мас. % № 15 20 25 Аl В N 69 61 49 17 19 21 8 11 19 6 9 11 4 10 Сr 1 2 3 5 Ni 80 20 Коеф. тертя (±0,02) 0,23 0,18 0,26 Прототип 0,25 Ін-сть Міцність зношування, Мікротвердість, щеплення, (±0,06 ГПа МПа мкм/км) 6,2 5,1 64,0 5,1 8,5 75,0 7,9 7,8 71,4 5,9 7,5 66,0 Високотемпературне зносостійке нанопокриття, що заявляється, на основі хрому та нікелю є придатним для зміцнення та відновлення деталей з експлуатаційними пошкодженнями, що працюють в екстремальних умовах, зокрема, в системах та конструктивних елементах авіаційної та космічної техніки. Підвищення ефективності застосування високотемпературного зносостійкого нанопокриття, що заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається тим, що шляхом додавання до складу високотемпературного зносостійкого нанопокриття алюмінію та бору у такому наступному змісті компонентів, мас. % - Аl (10-30) % та В (5-20) %, забезпечити у комплексі зниження інтенсивності зношування зазначеного нанопокриття, зменшення енергетичних витрат при терті та підвищення експлуатаційних властивостей нанопокриття до температур 700-1100 С. Джерела інформації: 1. Порошки газотермические ТУ-88.147.042.86. Изготовитель ОКТБ института проблем материаловедения. - Киев: Изд-во "Полиграфкнига", 1987 - аналог. 2. Номенклатура порошков HBO "Тулачермет". ПГ-СРЗ, ТУ 14-127-104-78 - аналог. 3. Борисов Ю.С., Харламов Ю.А., Сидоренко С.Л., Ардатовская Е.Н. Газотермические покрытия из порошковых материалов. Справочник. К.: Наукова думка, 1987. - с. 427 - прототип. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Високотемпературне зносостійке нанопокриття, що містить нікель та хром, яке відрізняється тим, що зазначене нанопокриття додатково містить алюміній та бор, при наступному вмісті компонентів, мас. %: нікель 55-75 хром 15-23 алюміній 10-30 бор 5-20, причому композиція має наступний вміст компонентів, мас. %: нікель і хром 60 алюміній і бор 40. Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3