Композиційний порошковий матеріал для газотермічних покриттів з підвищеною зносостійкістю

Реферат: Композиційний порошковий матеріал для газотермічних покриттів з підвищеною зносостійкістю на основі евтектичного самофлюсівного сплаву системи Ni-Cr-B-Si-C з дисперсною зміцнюючою добавкою. Композиційний порошковий матеріал складається з часток металевої матриці, в котрій рівномірно розподілені синтезовані зерна з карбідів титану та боридів хрому, що входять в матрицю, а зміцнюючою добавкою є диборид титану ТіВ2, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: диборид титану 15-35 самофлюсівний сплав решта. UA 86595 U (12) UA 86595 U UA 86595 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Композиційний металокерамічний порошковий матеріал для газотермічних покриттів з підвищеною зносостійкістю конгломерованого типу на основі евтектичного самофлюсівного нікелевого сплаву системи Ni-Cr-B-Si-C. Корисна модель стосується галузі порошкової металургії, а саме отримання композиційних порошкових матеріалів для напилення покриттів газотермічним способом на деталі машин, що працюють в умовах інтенсивного зношування, в умовах тертя без мастила при підвищених швидкостях та навантаженнях. Відомий композиційний матеріал для газотермічних покриттів марки ПС-12НВК-01 [ТУ У 322-19-004-96. - "Порошки для наплавки и напыления", ТОВ "ТОРЕЗ ТС ІНВЕСТ"]. Цей матеріал являє собою механічну суміш двох компонентів: 65 % мас. - самофлюсівний сплав на нікелевій основі складу, мас. %: Сr (14-20); - В (2,8-3,4); - Si (4-4,5); - Fe (3-4); - С (0,6-1); - Ni - решта; та 35 % мас. WC - дрібнодисперсний карбід вольфраму. Плазмові покриття з цього матеріалу мають високу зносостійкість, корозійну стійкість, високу щільність. Однак йому властивий цілий ряд недоліків. Оскільки матеріал є механічною сумішшю, в якій компоненти значно відрізняються питомою густиною і розміром часток, в процесі нанесення покриття спостерігається їх сегрегація як у вібробункері порошкового живильника, так і при пневмотранспортуванні порошку до плазмотрона і безпосередньо в плазмовому струмені. Це призводить до нерівномірного розподілу часток зміцнюючої добавки в покритті і погіршення його службових властивостей. Крім того дрібнодисперсні частинки карбіду вольфраму при високотемпературному плазмовому нагріванні вступають в активну взаємодію з киснем навколишнього середовища. У результаті різко знижується їх мікротвердість та, як наслідок, зносостійкість одержуваних покриттів. Також відомий композиційний матеріал для нанесення покриттів на основі карбіду хрому з ніхромом [Борисов Ю.С., Харламов Ю.А., Сидоренко С.Л., Ардатовская Е.Н. Газотермические покрытия из порошковых материалов. Справочник. - К.: Наукова думка. - 1983. - 568 с.] складу, мас. %: карбід хрому Сr3С2 55-85 нікель-хромовий сплав NiCr 15-45, який також є механічною сумішшю і має ті самі недоліки, що й матеріал ПС-12-НВК. Найбільш близьким по складу, технічній суті і результату є композиційний матеріал, що складається з механічної суміші самофлюсівного сплаву - стеліту [С - (1,3-1,7) %; В - (1,2-1,8) %; Si - (0,8-1,3) %; Ni - (28-32) %; Cr - (21-25) %; Fe - до 2 %; Co - решта;] і 20-50 % тугоплавкої добавки, плакованої кобальтом, що містить компоненти мас. %: (15-44) дибориду титану-хрому, (29-58) карбіду хрому, кобальт - решта [Клинская Н.А., Копысов В.А., Цхай Е.В. Композиционный порошок для газотермических покрытий. Патент РФ № 2085613, МПК С23С4/10 от 27.04.1994]. Введення додаткової технологічної операції плакування кобальтом тугоплавкої складової необхідно для її захисту від взаємодії з киснем в процесі високотемпературного нанесення покриття і дозволяє поліпшити властивості покриттів. Недоліком є ускладнення процесу отримання порошкового матеріалу і збільшення його вартості. Крім того, кобальт є дорогим і дефіцитним матеріалом на території України. Будучи механічною сумішшю, цей матеріал так само як і ПС-12НВК-01 схильний до сегрегації в процесі нанесення покриття. Задачею корисної моделі є одержання композиційного порошкового матеріалу для газотермічних покриттів з підвищеною зносостійкістю конгломерованого типу з керованим структурно-фазовим складом, в процесі напилення якого відсутнє окиснення тугоплавкої складової та сегрегація компонентів, що дозволяє суттєво підвищити зносостійкість покриттів. Поставлена задача вирішується наступним чином: в порошковий матеріал евтектичного самофлюсівного сплаву системи Ni-Cr-B-Si-C марки ПР-HX16CP3 (16,0 % - Cr; 3,2 % - В; 2,7 % Si; < 5 % - Fe; решта - Ni) вводили дрібнодисперсну (2-5 мкм) тугоплавку добавку - диборид титану (ТУ 6-09-03-7-75) в співвідношенні компонентів, мас. %: диборид титану 15-35 самофлюсівний сплав ПР-НХ16СР3 решта. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак корисної моделі і технічного результату очевидний із нижченаведеного опису. Для виключення сегрегації компонентів та інтенсивного окиснення тугоплавких сполук у процесі нанесення покриттів, а також для синтезу додаткових зміцнюючих фаз, вихідні компоненти змішували в середовищі спирту, брикетували та спікали у вакуумі. Отримані спеки дробили і класифікували на ситах. Кожна частинка порошку є композитом, що складається з металевої матриці, в якій рівномірно розподілені зерна дибориду титану ТіВ2 і синтезованих у процесі спікання додаткових зміцнюючих фаз карбоборидів титанухрому. Така структура запобігає сегрегації компонентів та інтенсивному окисненню тугоплавких сполук в процесі напилювання покриттів. Завдяки додатково утвореним в металевій матриці 1 UA 86595 U 5 10 15 20 25 30 35 твердофазним включенням карбоборидів титану-хрому (Нμ = 22,9-27,4 гПа) значно підвищується зносостійкість покриттів з розроблених порошкових матеріалів. Приклади одержання матеріалу: Приклад 1. Порошки дибориду титану 10 мас. % та самофлюсівного сплаву 90 мас. %; змішували у відповідних співвідношеннях в середовищі спирту. Механічну суміш брикетували та спікали в вакуумній печі СШВ при температурі 970-1050 °C, час витримки 30 хвилин. Отримані спеки дробили та класифікували ситовим методом. Для нанесення покриттів плазмовим способом використовували порошок фракції 100+40 мкм. Приклад 2. Порошки дибориду титану 15 мас. % та самофлюсівного сплаву 85 мас. %; змішували у відповідних співвідношеннях в середовищі спирту. Механічну суміш брикетували та спікали в вакуумній печі СШВ при температурі 1000-1100 °C, час витримки 30 хвилин. Отримані спеки дробили та класифікували ситовим методом. Для нанесення покриттів плазмових способом використовували порошок фракції 100+40 мкм. Приклад 3. Порошки дибориду титану 35 мас. % та самофлюсівного сплаву 65 мас. %; змішували у відповідних співвідношеннях в середовищі спирту. Механічну суміш брикетували та спікали в вакуумній печі СШВ при температурі 1200-1300 °C, час витримки 30 хвилин. Отримані спеки дробили та класифікували ситовим методом. Для нанесення покриттів плазмових способом використовували порошок фракції 100+40 мкм. Приклад 4. Порошки дибориду титану 40 мас. % та самофлюсівного сплаву 60 мас. %; змішували у відповідних співвідношеннях в середовищі спирту. Механічну суміш брикетували та спікали в вакуумній печі СШВ при температурі 1300-1400 °C, час витримки 30 хвилин. Отримані спеки дробили та класифікували ситовим методом. Для нанесення покриттів плазмових способом використовували порошок фракції 100+40 мкм. Нанесення отриманих порошків здійснювалося плазмовим способом у відкритій атмосфері (APS) на установці УПУ-3Д в камері - маніпуляторі 15ВБ. як плазмоутворюючий газ використовували суміш аргону і водню в співвідношенні 50 і 15 л/хв. відповідно. Для отриманих покриттів визначали фізико-механічні та триботехнічні властивості: адгезія, мікротвердість та зносостійкість. Адгезійну міцність зчеплення визначали методом прямого відриву згідно з ГОСТ 9.304-87. Мікротвердість отриманих покриттів визначали вдавленням алмазної піраміди Віккерса при навантаженні 0,1 Н на приладі ПМТ-3. Триботехнічні випробування проводили на машині тертя МТ-68 за схемою вал (контртіло сталь ШХ15) стержень (зразок з покриттям) в умовах тертя без мастила при навантаженні 4 МПа і швидкості 5 м/с. Результати проведених порівняльних випробувань наведені в таблиці. Таким чином, порошковий матеріал, що заявляється, може бути використаний для нанесення газотермічних покриттів на деталі машин та механізмів, що працюють в умовах інтенсивного зношування, великих швидкісних навантаженнях та агресивних середовищах, наприклад, на торцеві ущільнення насосів марок КМ100-65-200/2-5; КММ-Е-40-25-160; MB 80MB 160; IМ 80-ІМ160; ЗЦ-4А-2Г та інш. Таблиця Склад та властивості покриттів з зносостійкого композиційного порошкового матеріалу Склад матеріалу, мас. % ТіВ2 ПР-НХ16СР3 (Ni-Cr-Si-B-C) 1 10 90 2 15 85 3 35 65 4 40 60 Прототип № п/п (24ТіСrВ2+49Сr3С2) + 27Со 5 Стеліт 20-50 50-80 Твердість по Віккерсу, HV 393 415 528 458 Відносна зносостійкість 5,8 19,6 20,4 9,6 Адгезійна міцність зчеплення МПа 30 30 34 25 Твердість по Віккерсу, HV 126 Відносна зносостійкість 11,6 Адгезійна міцність зчеплення МПа 25 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Композиційний порошковий матеріал для газотермічних покриттів з підвищеною зносостійкістю на основі евтектичного самофлюсівного сплаву системи Ni-Cr-B-Si-C з дисперсною зміцнюючою добавкою, який відрізняється тим, що складається з часток металевої матриці, в котрій рівномірно розподілені синтезовані зерна з карбідів титану та боридів хрому, що входять в 2 UA 86595 U матрицю, а зміцнюючою добавкою є диборид титану ТіВ2, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: диборид титану 15-35 самофлюсівний сплав решта. 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