Композиційний аморфний матеріал на основі цирконію з антифрикційним компонентом дисульфіду молібдену

Реферат: Композиційний зносостійкий аморфний матеріал системи Zr-Si-В, що додатково містить дисульфід молібдену. UA 89041 U (12) UA 89041 U UA 89041 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до порошкової металургії, зокрема складу порошкових матеріалів для газотермічного напилення покриттів, що працюють в умовах підвищеного зносу, великих швидкісних навантаженнях та агресивних середовищах. Галуззю застосування запропонованого матеріалу є загальне машинобудування. Матеріал може бути використаний при зміцнені та відновленні на етапі нерівномірного зносу деталей машин та механізмів триботехнічного призначення. Відомі композиційні матеріали на основі цирконію. Так, існує композиція для плазмового напилення, що містить (мас. %): цирконій (60-70) %; кобальт (20-23) %; мідь (10-15) % [В.Д. Абрамов, О.В. Абрамов, А.Н. Белоконов и др. О влиянии химической природы легирующего элемента на свойства аморфних сплавов на основе перехоных металлов // Металловедение и термическая обработка металлов. - М: Машиностроение, - 1990, № 11. - С. 49-52]. Зазначений матеріал не містить самофлюсуючих компонентів, що обумовлює низьку адгезійну міцність та присутність залишкових напружень, як наслідок термічних умов напилення і різних теплофізичних властивостей. Відомий аморфний матеріал, що містить такі компоненти (мас. 5 %): нікель (50-60) %; хром (15-25) %; молібден (10-20) % вуглець (10-15) %. [О.П. Элесина, Н.М. Давыдова. Аморфные сплавы за рубежом, М.: Ин-т Черметинфоррмация. - 1985, вып. № 4. - 36 с.]. Цей матеріал при відсутності мастил має значний коефіцієнт тертя та низькі властивості в умовах циклічних навантажень. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним як найближчий аналог, є порошкова композиційна суміш для газотермічного напилення на основі ніхрому з наступним вмістом компонентів (мас. %): ніхром (60-70)%; алюміній (20-30) %; бор (5-10) %; MoS2 (5-10) % [В.Х. Кадыров, Л.А. Котляренко, В.В. Щепетов и др. Износостойкость детонационных композиционных покрытий, содержащих дисульфид молибдена // Порошковая металургія, 1998. - № 1. - С. 25-28]. Зазначений матеріал має високі фізико-механічні властивості: мікротвердість 2 2 9500 МН/м , адгезійна міцність 150 МН/м ,зносостійкість 3,8 мкм/км. В умовах сьогодення, обмежених спеціальними особливостями, необхідно звертати увагу на використання сировини з національних природних ресурсів. Недоцільно використовувати дефіцитні матеріали - кобальт, нікель та інші, що відсутні серед сировинних ресурсів країни. Об'єкт корисної моделі належить до галузі порошкової металургії і представляє композиційний зносостійкий аморфний матеріал системи Zr-Si-В-MoS2. Задачею корисної моделі "Композиційний аморфний матеріал на основі цирконію з антифрикційним компонентом дисульфіду молібдену" є зниження коефіцієнта тертя, підвищення опору зносу, корозійної стійкості, що вирішується шляхом додавання оптимального співвідношення компонентів. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що склад порошку системи Zr-Si-В, який не містить дефіцитних компонентів, додатково, як антифрикційний компонент, містить порошок дисульфіду молібдену, що є модифікуючою добавкою та відіграє роль твердого мастила в умовах тертя, при цьому в композиційному зносостійкому матеріалі Zr-Si-В-MоS2 компоненти знаходяться у такому співвідношенні (мас. %): цирконій 50…65 кремній 15…25 бор 10…20 дисульфід молібдену 5…20. В умовах досліджень амортизованих покриттів, близьких за структурно-фазовим складом, що нанесені газотермічними методами, встановленим максимальним експлуатаційним властивостям відповідають покриття, напилені детонаційно-газовим методом. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак корисної моделі і технічним результатом очевидний із нижченаведеного опису. Як основа матеріалу використовується цирконій, що має достатньо високу пластичність, температуру плавлення, однак внаслідок невисокої твердості не може бути використаним для отримання захисних покриттів. Введення в матеріал основи домішок кремнію та бору приводить до підвищення твердості, адгезійної міцності, але антифрикційні характеристики матеріалу залишаються низькими. Додатковий компонент дисульфіду молібдену приводить в процесі навантаження тертям до утворення поверхневих плівок твердих мастил, які впливають на зниження коефіцієнта тертя та інтенсивності зношування. Запропонований матеріал може використовуватися як матеріал покриттів для зміцнення та відновлення деталей машин, що працюють при підвищених швидкісно-навантажувальних параметрах, в умовах відсутності мастил чи при їх обмеженнях, а також в агресивних середовищах. 1 UA 89041 U 5 10 Матеріал для детонаційно-газового напилення одержують методом порошкової металургії. Вихідні порошки цирконію, кремнію, бору та дисульфіду молібдену змішують та розмелюють у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту - ректифікату в планетарному млині протягом 2,5-4,0 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, потім просіюють. Середня величина часток композиційного порошку 40-65 мкм, дисульфіду молібдену - 60-90 мкм. Детонаційно-газове напилення отриманого порошкового матеріалу здійснювалось у наступній послідовності: - підготовка до напилення основи (матеріалу деталі); - підготовка порошку для напилення (утворення однорідної суміші); - детонаційно-газове напилення (в умовах оптимізації процесів формування покриттів); - механічна обробка поверхні напиленого шару. Режими напилення та фазовий склад детонаційних покриттів наведено в таблиці 1. Таблиця 1 № п/п 1 2 3 15 20 Фазовий склад, % Режим напилення Аморфна частка ZrB2 (Zr, Si)3B4 α - Zr С2Н2:О2-1:1 78 9,8 8,4 5,2 С2Н2:О2-1:1,14 86 12,6 10,8 5,8 С2Н2:О2-1:1,16 67 11,5 7,2 4,3 MoS2 10,3 11,7 11,1 Вміст газів, % кисень азот 0,51 1,12 0,36 0,54 1,26 3,27 Залежність зносостійкості покриттів від кількості аморфної фази у досліджуваних межах носить монотонний характер. При цьому присутня кореляційна залежність між кінетичними параметрами процесу формування аморфизованого 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-механічні та триботехнічні властивості матеріалу. Таблиця 2 Склад матеріалу, мас % № п/ п В MoS2 Ni 65 55 50 20 18 15 10 15 20 5 12 15 4 30 Si 1 2 3 25 Zr 5 55 Інтенсивність Коефіцієнт Міцність на зношування, ±0,6 тертя, ±0,002 тиск, МПа Cr Al мкм/км 0,12 3,3 760 0,09 4,1 870 0,14 5,8 730 найближчий аналог 25 15 0,18 6,2 720 Запропоновані покриття, які виготовлені із сировинної бази України, можливо використовувати для поверхневої міцності та зносостійкості в умовах тертя без мастил та при обмеженому змащуванні або в агресивних середовищах експлуатації деталей, що працюють в екстремальних умовах тертя. Технічним результатом є зниження коефіцієнтів тертя, інтенсивності зношування, підвищення поверхневої міцності, корозійної стійкості покриттів і як наслідок покращення ефективності і якості їх експлуатації. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Композиційний зносостійкий аморфний матеріал системи Zr-Si-В, який відрізняється тим, що додатково містить дисульфід молібдену у такому співвідношенні компонентів, мас. %: цирконій 50…65 кремній 15…25 бор 10…20 дисульфід молібдену 5….20. 2 UA 89041 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова 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