Композиційний зносостійкий аморфний матеріал на основі ніобію
Номер патенту: 94153
Опубліковано: 27.10.2014
Автори: Щепетов Віталій Володимирович, Астахов Євген Аркадійович, Недайборщ Сергій Дмитрович, Громенко Віталій Юрійович, Бабак Віталій Павлович
Формула / Реферат
Композиційний зносостійкий аморфний матеріал на основі ніобію, який відрізняється тим, що до його складу входять також леговані домішки, якими є ванадій, кремній та карбон у такому співвідношенні компонентів, мас. %:
ніобій
56-62
ванадій
12-18
кремній
20-25
карбон
5-7.
Текст
Реферат: Композиційний зносостійкий аморфний матеріал на основі ніобію, до складу якого входять також леговані домішки, якими є ванадій, кремній та карбон. UA 94153 U (54) КОМПОЗИЦІЙНИЙ ЗНОСОСТІЙКИЙ АМОРФНИЙ МАТЕРІАЛ НА ОСНОВІ НІОБІЮ UA 94153 U UA 94153 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до порошкової металургії, зокрема до порошкових матеріалів для газотермічного напилення функціональних покриттів на робочі поверхні деталей та механізмів будь-якої техніки, у тому числі і авіаційної, що працюють в умовах тертя, при відсутності мастил чи при їх обмеженнях, або в агресивних середовищах. Відомі аморфні матеріали на основі сплавів системи Ni-Nb(V, Ta) (Бомбушкарь М.Ф., Вагин А.В., Повзло В.Н. Коррозионная стойкость и механические свойства аморфных сплавов системы Ni-Nb(V, Ta)// Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 1997.-№ 12. - С. 22-23). Однак дані аморфні матеріали у своєму складі містять дефіцитні та висококоштовні складові, наприклад нікель та мають невисоку міцність на вигін (до 400 МПа). Найбільш близьким технічним рішенням зразка, вибраного за прототип, відповідає порошкова композиційна суміш на основі ніобію (Патент Японії JP06122935A, С22С27/02, 06.05.94), що містить такі компоненти (мас. %): тантал 1,0-15,0 вольфрам 1,0-15,0 алюміній 18,0-26,0 ніобій решта. Цей сплав має підвищену міцність на вигін, однак є недостатньо пластичним та зносостійким, особливо при ударних навантаженнях. Важливим фактором вибору композиції сучасних аморфних конструкційних матеріалів, є використання національних природних ресурсів, тому техніко-економічно обґрунтованим є використання компонентів з національних запасів країни. Недоцільно використовувати матеріал, який містить дефіцитні компоненти - нікель, вольфрам та інші з причини високого ціноутворення у сучасних умовах. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення зносостійкого аморфного матеріалу на основі ніобію шляхом додавання до його складу легованих домішок - ванадію, кремнію та карбону, які забезпечують зниження коефіцієнта тертя, підвищення опору зносу, корозійної стійкості та адгезійної міцності. Поставлена задача вирішується тим, що композиційний зносостійкий аморфний матеріал на основі ніобію, згідно з корисною моделлю, до складу якого входять також ванадій, кремній, карбон при такому співвідношенні компонентів (мас. %): ніобій 56-62 ванадій 12-18 кремній 20-25 карбон 5-7. В умовах досліджень аморфізованих покриттів близьких за структурно-фазовим складом, що нанесені газотермічними методами, встановлено, що максимальним експлуатаційним властивостям відповідають покриття, напилені детонаційно-газовим методом. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак корисної моделі і технічним результатом взаємообумовлений тим, що ніобій, як основа матеріалу відповідає високим фізико механічним властивостям. Однак, з метою поліпшення експлуатаційних можливостей потребує введення легованих домішок V, Si та С, що забезпечує підвищення поверхневої та адгезійної міцностей, корозійної стійкості. Запропонований антифрикційний 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 ніобію, ванадію, кремнію, карбону змішували і розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 5-7 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали. Середня величина частинок не перевищує 20-35 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1950-2200 °C, під тиском 25-40 МПа, час витримки 20-25 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. На отриманих зразках визначали фізико-механічні і триботехнічні властивості матеріалу: коефіцієнт тертя, інтенсивність зношування, міцність на вигін, що наведені в таблиці 2. Матеріал одержують таким чином: Приклад 1. Порошки ніобію 56 мас. %, ванадію 18 мас. %, кремнію 21 мас. %, карбону 5 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 5-7 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 20-35 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах у температурному 1 UA 94153 U 5 10 15 20 інтервалі 1950-2200 °C, під тиском 25-40 МПа, час витримки 20-25 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. Приклад 2. Порошки ніобію 59 мас. %, ванадію 15 мас. %, кремнію 20 мас. %, карбону 6 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спирту-ректифікату у планетарному млині протягом 5-7 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 20-35 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1950-2200 °C, під тиском 25-40 МПа, час витримки 20-25 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. Приклад 3. Порошки ніобію 61 мас. %, ванадію 12 мас. %, кремнію 25 мас. %, карбону 3 мас. % змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях у середовищі ацетону або спирту-ректифікату у планетарному млині протягом 5-7 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали через сито. Середня величина частинок не перевищує 20-35 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1950-2200 °C, під тиском 25-40 МПа, час витримки 20-25 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 %. Детонаційне напилення запропонованого матеріалу здійснювалось у наступній послідовності: - підготовка до напилення основи (матеріал деталі); - підготовка порошку Nb-V-Si-C з діаметром часток композиційного порошку 20-35 мкм; - детонаційно-газове напилення; - механічна обробка поверхні напиленого шару. Режими напилення та фазовий склад детонаційних покриттів наведено в таблиці 1. Таблиця 1 № Режим напилення 1 2 3 С2Н2:О2+1:1 С2Н2:О2+1:1,3 С2Н2:О2+1:1,6 Фазовий склад, % Nb3Si SiC VC 15,6 12,0 9,1 9,3 5,4 6,2 8,2 4,8 2,9 аморфні 61 77 83 Вміст газів, % кисень азот 1,4 3,6 0,48 1,12 0,25 0,45 інші 2,3 2,1 1,1 25 30 Залежність зносостійкості покриттів 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 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. % № Si С Та W 63 61 57 23 20 19 9 12 16 5 7 8 4 40 V 1 2 3 35 Nb 61 9 12 0,19 0,16 0,17 Інтенсивність зношування, ±0,06 мкм/км 5,6 4,3 4,8 0,24 6,3 Коефіцієнт тертя, ±0,002 Αl Прототип 18 Міцність на згин, МПа 750 920 840 680 Міцність на вигін визначали за стандартною методикою, затвердженою Європейським стандартом ISO/TS 206 при 4-х точковому згині для зразків розміром 45×4×3 мм. Механічна обробка поверхні алмазними кругами проводилась по довжині зразків. По ребрам знімались фаски. Коефіцієнт тертя (f) та інтенсивність зношування (І, мкм/км) визначали за схемою валвкладка за методикою роботи (Э.Т. Мамыкин, М.К. Ковпак, А.И. Юга и др. Комплекс машин и методики определения антифрикционных свойств материалов при трении скольжении// Порошковая металлургия, 1973, № 1, с. 67-72.). 2 UA 94153 U 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 тертя. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Композиційний зносостійкий аморфний матеріал на основі ніобію, який відрізняється тим, що до його складу входять також леговані домішки, якими є ванадій, кремній та карбон у такому співвідношенні компонентів, мас. %: ніобій 56-62 ванадій 12-18 кремній 20-25 карбон 5-7. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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
ДивитисяДодаткова інформація
Автори англійськоюBabak Vitalii Pavlovych, Schepetov Vitalii Volodymyrovych, Astakhov Yevhenii Arkadiiovych, Nedaiborsch Serhii Dmytrovych
Автори російськоюБабак Виталий Павлович, Щепетов Виталий Владимирович, Астахов Евгений Аркадиевич, Недайборщ Сергей Дмитриевич
МПК / Мітки
МПК: C22C 9/01, C22C 16/00
Мітки: основі, ніобію, аморфний, матеріал, композиційний, зносостійкий
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/5-94153-kompozicijjnijj-znosostijjkijj-amorfnijj-material-na-osnovi-niobiyu.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Композиційний зносостійкий аморфний матеріал на основі ніобію</a>
Попередній патент: Спосіб лікування ускладнень післяпологових ушкоджень вульви
Наступний патент: Композиційний аморфний матеріал на основі цирконію
Випадковий патент: Шпиндельний вузол металорізального верстата