Металевий порошок для термічного нанесення покриття на основі перехідних металів

Реферат: Металевий порошок для термічного нанесення покриття на основі перехідних металів включає хром, залізо, нікель, кремній, бор. При цьому фракційний склад складових порошку знаходиться у межах 30-55 m. UA 72904 U (12) UA 72904 U UA 72904 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до засобів формування конструкційних матеріалів з металевою основою та може бути застосована при виготовленні конструктивних елементів різного технологічного призначення з властивостями високої стійкості їх зовнішніх покриттів до різнобічних технічних впливів, які забезпечують високий рівень залишкової стискуючої напруги і високу адгезію з основою, що перешкоджає процесам поширення тріщин, окисленню покриттів виробу і проникненню кисню вглиб виробу, що також забезпечує мінімальний рівень контактних температур і амплітуду їх коливань при динамічному впливі на поверхню виробу, подовжену працездатність конструкційних матеріалів. Відомо, що галузь застосування наноструктурних об'єктів є такою, що найбільш швидко розвивається в сучасному матеріалознавстві, оскільки надтонка дисперсна структура стає основою суттєвого поліпшення, а в окремих випадках - корінної зміни властивостей матеріалу або його поверхні. При цьому вплив складу середовища, з якого формується покриття, на процес формування покриттів, наприклад при силіціюванні в середовищі, що містить перехідні метали, суттєво залежить від оптимального співвідношення їх складових. Відомий металевий порошок для термічного нанесення покриття на сталеву основу (SU 1527930, МПК С22С29/10, С22С19/05, С22С32/00, С23С30/00, дата публікації 10.12.1999), який містить дисульфід молібдену, порошок сплаву марки ПР-Н73×16С3Р3, що самофлюсується, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: дисульфід молібдену 5,0-15,0, порошок сплаву марки ПР-Н73×16С3Р3, що самофлюсується, -42,0-50,0, карбід титану - решта. Недоліком такого складу для формування покриття з застосуванням перехідних металів є низькі міцнісні характеристики виконаного з його допомогою покриття, що призводить до зниження меж границь працездатності виробу з таким покриттям. Відомий склад покриття з застосуванням перехідних металів (SU 1614519, МПК С23С14/32, дата публікації 20.05.1999), що має склад, сформований з нітриду титану, нікелю, заліза та хрому при співвідношенні компонентів, мас. %: залізо - 4-20, нікель - 0,5-3, хром - 1-5, нітрид титану - решта. Недоліком такого складу для формування покриття з застосуванням перехідних металів є низькі міцнісні характеристики виконаного з його допомогою покриття, що призводить до зниження меж границь працездатності виробу з таким покриттям. Відомий склад покриття з застосуванням перехідних металів (RU 2270270; МПК С23С14/06, 14/48; опубл. 2006 p.), що виконаний з нітриду титану і цирконію (TiZrN) при співвідношенні металевих компонентів, мас. %: титан (Ті) - 47-53, цирконій (Zr) – 47-53, шар покриття нанесений на попередній шар покриття з нітриду титану завтовшки 2 мкм, та наступний шар покриття, виконаний з нітриду титану і цирконію (TiZrN), при співвідношенні металевих компонентів, мас. %: титан (Ті) - 47-53, цирконій (Zr) – 47-53. Недоліком такого складу покриття є те, що виріб з таким складом покриття має недостатні технічні характеристики, оскільки температуростійкість покриття TiZrN становить 550-600 °C. Крім того, таке покриття має недостатньо високу стійкість до утворення тріщин, а також недостатню міцність зчеплення його з основою і шарів покриття між собою, в результаті чого при використанні виріб втрачає свої якості внаслідок процесів утворення тріщин в його поверхневих шарах і втрачає працездатність. Відомий металевий порошок для термічного нанесення покриття на основі перехідних металів (RU 2280708, МПК С23С4/08, B22F9/22, дата публікації 27.07.2006), що складається з часток заздалегідь легованого основного залізного порошку, що містить частки молібдену, введені дифузійним легуванням в частки основного порошку, причому частки молібдену отримані з відновленого триоксиду молібдену і кількість молібдену, введеного дифузійним легуванням в частки основного порошку, складає більше 4 мас. % розрахунку на масу металевого порошку, при цьому фракційний склад складових порошку знаходиться у межах 25210 мкм. Відомий металевий порошок належить до заздалегідь легованих порошків, що ускладнює його виготовлення. Він має вузьку сферу застосування, переважно для нанесення на алюмінієві підкладки, а також має обмежені технічні властивості, зокрема лише забезпечує хороший ковзаючий шар, при цьому вартість покриття із застосуванням такого металевого порошку є доситьзначною. Відомий склад покриття з застосуванням перехідних металів (СА 2614962, МПК С22С19/05; С22С21/02; С22С38/18; С23С10/00; С23С14/16; С23С14/32; С23С28/00, дата публікації 08.12.2001), при цьому склад покриття виконаний з МСrАІХ сплаву, в якому М - нікель, кобальт, залізо або їх суміш, а X - ітрій, гафній, цирконій, лантан, скандій або їх комбінація, і який містить, 1 UA 72904 U 5 10 15 20 25 30 35 по вазі, орієнтовно від 10 до 25 % хрому, орієнтовно від 5 до 20 % алюмінію і орієнтовно до 3 % ітрію, гафнію, цирконію, лантану, скандію або їх комбінації, нікель - решта. Недоліком такого складу покриття є те, що виріб з таким складом покриття має недостатню температуростійкість покриття. Крім того, таке покриття має недостатньо високу стійкість до утворення тріщин, а також недостатню міцність зчеплення його з основою і шарів покриття між собою, в результаті чого при використанні виріб втрачає свої якості внаслідок процесів утворення тріщин в його поверхневих шарах і втрачає працездатність. Задачею розробки є створення металевого порошку для термічного нанесення покриття на основі перехідних металів, в якому за рахунок застосування нових компонентів, емпіричним шляхом підібраного їх вмісту та особливостей його фракційного складу суттєво поліпшуються технічні характеристики покриття виробу, сформованого таким металевим порошком, зокрема забезпечуються високі показники твердості, модуля пружності, забезпечується висока стійкість до утворення тріщин, а також висока міцність зчеплення його з основою і шарів покриття між собою. Поставлена задача вирішується тим, що металевий порошок для термічного нанесення покриття на основі перехідних металів, що містить хром, залізо та нікель, згідно з корисною моделлю, додатково містить кремній, бор, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: хром 8-14 кремній 2,5-3,2 бор 1,5-2,5 залізо 4-6 решта, нікель при цьому фракційний склад складових порошку знаходиться у межах 30-55 m. Застосування нових компонентів у складі металевого порошку для термічного нанесення покриття на основі перехідних металів, емпіричним шляхом підібраного вмісту його складових та особливостей його фракційного складу суттєво поліпшує технічні характеристики покриття виробу, сформованого з використанням такого металевого порошку, внаслідок оптимального підбору перехідних металів та решти складових, внаслідок чого при термічному нанесенні на поверхню виробу з одного боку відбувається посилення алотропії, тобто кількості кристалічних модифікацій кристалічних зерен, та виникає міжкристалічний прошарок з хімічно модифікованої аморфної фази (з інтерметалічних з'єднань), що забезпечує високу стійкості до різнобічних технічних впливів, забезпечує високий рівень залишкової стискуючої напруги і високу адгезію з основою, що перешкоджає процесам поширення тріщин, окисленню або ерозії покриттів виробу під дією різнобічного негативного впливу. Такий металевий порошок має високу здатність до осадження і отримання покриття поліпшеної якості, при цьому порошок не сегрегує. Покриття виконане з таким складом порошку є хорошою основою для нанесення додаткових зовнішніх покриттів. Розроблений металевий порошок ілюструється прикладами нанесення покриттів з застосуванням різних варіантів складових металевого порошку та результатами дослідження отриманих у прикладах покриттів. При здійсненні прикладу виготовлення зразку виробу з покриттям брали зразок основи з нержавіючій сталі 12×18Т з розмірами 2×20×20 мм. Заготовку виробу відпалювали для зняття наклепання і дефектності. На заготовку виробу наносили покриття з порошку (фракційний склад складових якого знаходився у межах (30-55) m) наступного складу, зазначеного в таблиці. 40 Таблиця Приклади Склад Хром, % Кремній, % Бор, % Залізо, % Нікель, % Товщина покриття, мкм Показники коефіцієнт відшаровування КО Твердість, GPa Модуль пружності, GPa 1 2 3 4 5 10,0 3,0 2,0 5,0 80 70-120 8,0 3,2 1,5 6,0 81,3 70-110 11,0 3,1 2,0 5,5 78,4 70-120 14,0 2,5 2,5 4,0 77 75-120 10,0 3,0 2,0 5,0 80 70-120 0,4 41,2±1,1 520±27 0,6 34,9+1,1 440±27 0,5 32,8±1,1 400+27 0,7 39+1,1 480+27 0,4 41,2+1,1 520±27 2 UA 72904 U 5 10 15 За допомогою плазмотрона "Імпульс-6" було нанесено покриття (з параметрами: фракція порошку ~(30-55) m. Витрата порошку ~ 22,5 г/хв. Частота імпульсів 4 Hz. Місткість конденсаторних батарей 800 F. Відстань до зразків 60 мм, швидкість переміщення зразків 380 mm/min. Як електрод був використаний W. Перед напиленням поверхня зразків оброблялася струменево-абразивно з подальшим оплавленням плазмовим струменем. Повторне оплавлення поверхневого шару покриттів проводилося плазмовим струменем без порошку. Частота імпульсів 3 Hz, місткість 800 F. Відстань від зрізу сопла до заготовки 45 мм. Швидкість переміщення 300 мм/хв.). Оброблені заготовки були оплавлені плазмовим струменем так, щоб оплавився шар завтовшки 60-80 m. Міцність зчеплення отриманого покриття з основою (коефіцієнт відшаровування К0) оцінювали методом алмазного індентування на твердомері ТК2М. В результаті на зразку з покриттям отримували лунку від індентора з відшаровуванням покриття навколо неї. По коефіцієнту відшаровування К0, визначуваному як співвідношення площі відшаровування і лунки, судили про міцність зчеплення покриття і основи. Як показують дослідження, отримані зразки виробу мають низьку швидкість корозії. Виріб характеризується високою міцністю зчеплення його з основою та високу стійкість до утворення тріщин. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Металевий порошок для термічного нанесення покриття на основі перехідних металів, що містить хром, залізо та нікель, який відрізняється тим, що він додатково містить кремній, бор, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: хром 8-14 кремній 2,5-3,2 бор 1,5-2,5 залізо 4-6 нікель решта, при цьому фракційний склад складових порошку знаходиться у межах 30-55 m. 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