Композиційний металокерамічний порошок для газотермічних покриттів

Реферат: Композиційний металокерамічний порошок для газотермічних покриттів на основі самофлюсівного сплаву системи Ni-Cr-B-Si марки ПС-12НВК-01 містить дисперсний карбід вольфраму фракцією 40-63 мкм. Складається з частинок металевої матриці, в котрій рівномірно розподілені керамічні зерна карбіду вольфраму, і як добавку вводять нанодисперсний (30-50 нм) тугоплавкий оксид алюмінію, титану або цирконію у кількості: 0,5-1,5 мас. %, а самофлюсівний порошок ПС-12НВК-01 з карбідом вольфраму - решта. UA 99762 U (54) КОМПОЗИЦІЙНИЙ МЕТАЛОКЕРАМІЧНИЙ ПОРОШОК ДЛЯ ГАЗОТЕРМІЧНИХ ПОКРИТТІВ UA 99762 U UA 99762 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до 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 порошок для газотермічних покриттів марки ПС-12НВК-01 (ТУ У-32219-004-96 "Порошки терморегулирующие"). Цей порошок являє собою суміш двох компонентів: 65 мас. % - самофлюсівний сплав на основі нікелю, який складається з Сr (14-20 мас. %); В (2,83,4 мас. %); Si (4,0-4,5 мас. %); Fe (4,0-4,5 мас. %); С (0,6-1,0 мас. %); Ni - решта та 35 мас. % дисперсного карбіду вольфраму (WC). Недоліком цього порошку є те, що він виготовлений з компонентів, які значно відрізняються за питомою густиною та розміром частинок, в процесі нанесення покриття спостерігається їх сегрегація, спочатку у вібробункері порошкового живильника, потім при пневмотранспортуванні порошку від живильника до плазмотрона і далі безпосередньо в плазмовому струмені, що призводить до нерівномірного розподілу частинок зміцнюючої добавки в покритті і погіршення його трибологічних властивостей. Крім того, дрібнодисперсні частинки карбіду вольфраму у високотемпературному плазмовому струмені вступають в активну взаємодію з киснем, що призводить до втрати вуглецю і, як наслідок, зниження твердості та зносостійкості напилених покриттів [1]. Також відомий композиційний порошок, що складається з суміші самофлюсівного сплаву на основі кобальту у кількості 80-50 %, який містить Сr (21-25 мас. %); В (1,2-1,8 мас. %); Si (0,8-l, 3 мас. %); Ni (28-32 мас. %); С (1,3-1,7 мас. %); Fe до 2 мас. %; Со - решта, та 20-50 % тугоплавкої добавки, з дибориду титану-хрому та карбіду хрому, плакованої кобальтом. Недоліком цього композиційного порошку, є складний процес його отримання, що збільшує його собівартість. Крім того, кобальт є дорогим і дефіцитним матеріалом [2]. Найбільш близьким аналогом є порошок для плазмового нанесення покриттів, який складається з суміші порошків нікель-алюмінієвих або нікель-хромових сплавів та порошку оксиду алюмінію або титану, частинки яких модифіковані нанорозмірним шаром діоксиду кремнію (аеросилу). Недоліком відомого складу порошку є те, що будучи механічною сумішшю, цей порошок також схильний до сегрегації в процесі нанесення покриття [3]. В основу корисної моделі поставлена задача одержання композиційного порошку для газотермічних покриттів з підвищеною зносостійкістю конгломерованого типу з додатковим плакуванням, в процесі напилення якого відсутнє окиснення тугоплавкої складової та сегрегація компонентів, що дозволяє суттєво підвищити зносостійкість покриттів. Поставлена задача вирішується тим, що в порошок евтектичного самофлюсівного сплаву системи Ni-Cr-B-Si марки ПС-12НВК-01, що містить дисперсний карбід вольфраму фракцією 4063 мкм, вводять нанодисперсні (30-50 нм) тугоплавкі оксиди алюмінію, титану або цирконію у кількості: 0,5-1,5 мас. %, а самофлюсівний порошок ПС-12НВК-01 з карбідом вольфраму решта. Новим є те, що частинки композиційного порошку плакують металевою оболонкою вакуумно-дуговим методом. Спосіб реалізується наступним чином. Для приготування гомогенної порошкової суміші з мікро- та наночастинок застосовують механохімічну обробку в планетарному кульовому млині у середовищі середнього вакууму. Наночастинки оксидів в умовах вакууму та механохімічної обробки переходять в активований стан і приєднуються до частинок інших елементів, утворюючи фізичні або хімічні зв'язки між компонентами покриття. Під час плазмового напилення порошкової суміші покриття формуються з продуктів реакції компонентів, які взаємодіють, як під час руху частинок, так і на поверхні основи. Для виключення сегрегації нано- і мікрочастинок та інтенсивного окиснення тугоплавкої сполуки карбіду титану, що міститься у порошку ПС-12НВК-01 після механохімічної обробки, його додатково плакують вакуумно-дуговим методом. Даний метод дозволяє отримувати якісні, з високою адгезією плакувальні оболонки практично з будь-яких металів та сплавів. Для отримання оболонок на частинках даних порошків використовували такі метали, як Сu, Аl, Ni, Ті, Mo. Таким чином, кожна частинка порошку є композитом, що складається з металевої матриці, яка містить зерна карбіду вольфраму і модифікована нанодисперсними оксидами та додатково плакована металевою оболонкою. Така структура запобігає сегрегації компонентів та інтенсивному окисненню карбіду вольфраму в процесі напилювання покриттів. Завдяки 1 UA 99762 U 5 10 15 20 25 30 35 40 модифікуванню нанодисперсними оксидами значно підвищується зносостійкість та зменшується коефіцієнт тертя напилених покриттів. Приклади одержання композиційного порошку: Приклад 1 Порошок самофлюсівного сплаву ПС-12НВК-01 фракцією 40-63 мкм змішують з нанопорошком оксиду алюмінію фракцією 30-50 нм у кількості 0,5 мас. % за допомогою -1 -1 планетарного кульового млина з частотою обертання 400 хв. у вакуумі при тиску 10 Па впродовж 10 хв. Приклад 2 Порошок самофлюсівного сплаву ПС-12НВК-01 фракцією 40-63 мкм змішують з нанопорошком оксиду алюмінію фракцією 30-50 нм у кількості 1,5 мас. % за допомогою -1 -1 планетарного кульового млина з частотою обертання 400 хв. у вакуумі при тиску 10 Па впродовж 10 хв. Приклад 3 Порошок самофлюсівного сплаву ПС-12НВК-01 фракцією 40-63 мкм змішують з нанопорошком оксиду алюмінію фракцією 30-50 нм у кількості 2,5 мас. % за допомогою -1 -1 планетарного кульового млина з частотою обертання 400 хв. у вакуумі при тиску 10 Па впродовж 10 хв. Приклад 4 Порошок самофлюсівного сплаву ПС-12НВК-01 фракцією 40-63 мкм змішують з нанопорошком оксиду алюмінію фракцією 30-50 нм у кількості 1,5 мас. % за допомогою -1 -1 планетарного кульового млина з частотою обертання 400 хв. у вакуумі при тиску 10 Па впродовж 10 хв. Отримані частинки порошку конгломерованого типу додатково плакують оболонкою з міді товщиною 1-3 мкм на вакуумно-дуговій установці АНГА-1 при наступних режимах: сила струму вакуумної дуги 80-90 А, напруга зміщення 50-75 В, остаточний тиск у -2 -3 вакуумній камері 10 -10 Па, час плакування 30-60 хв. залежно від кількості порошку. Для отримання напиленого покриття використовують спеціальний плазмотрон з частково винесеною дугою. Завдяки конструкційним особливостям плазмотрону та встановленим режимам, досягають формування плазмового струменя за характером течії, близьким до ламінарного, що забезпечує кращі умови для перенесення компонентів порошку у напилене покриття. Як плазмоутворювальний і захисний газ використовують аргон. Робочий струм встановлюють в межах 80-100 А, напруга 50-60 В, витрати газу 2-3 л/хв. при діаметрі сопла 2 мм. Після напилення покриття оплавляють в муфельній печі при температурі 1050 °C продовж 5 хв. Покриття наносять на пласкі зразки з розміром 5×10×20 мм із сталі Ст.3. Товщина покриттів складає в межах 0,3-0,5 мм. Для отриманих покриттів визначають твердість та триботехнічні властивості, шляхом вдавленням алмазної піраміди Віккерса при навантаженні 0,98 Н на приладі ПМТ-3. Кінетику зношення досліджують в умовах сухого тертя на машині марки СМЦ-2. Контртілом слугує ролик -1 із загартованої сталі У8, який обертається зі швидкістю 330 хв. при навантажені 5,5 кг. Результати проведених порівняльних випробувань наведені в таблиці. Таблиця Склад та властивості покриттів з зносостійкого композиційного порошкового матеріалу № п/п 1 2 3 4 Твердість по Віккерсу, HV Склад порошку, мас. % ПС-12НВК-01 з додаванням нанопорошку Аl2O3 ПС-12НВК-01 з додаванням нанопорошку Аl2O3 ПС-12НВК-01 з додаванням нанопорошку Аl2O3 ПС-12НВК-01 з додаванням нанопорошку Аl2O3 з плакуванням 0,5 мас. % 1,5 мас. % 2,5 мас. % 0,5 мас. % додатковим Відносна зносостійкість Коефіцієнт тертя 404,85 1,4 2,75 532,9 3,2 2,30 491,2 1,7 2,32 563,7 4,3 2,11 Джерела інформації: 1. ТУ У-322-19-004-96 "Порошки терморегулирующие"; 2 UA 99762 U 2. Патент РФ № 2085613, "Композиционный порошок для газотермических покрытий", МПК С23С4/10; опубл. от 27.04.1994; 3. Патент України № 69338, "Порошок для плазмового нанесення покриттів", МПК С23С 4/10; заявл. 18.10.2011; опубл. 25.04.2012. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 1. Композиційний металокерамічний порошок для газотермічних покриттів на основі самофлюсівного сплаву системи Ni-Cr-B-Si марки ПС-12НВК-01, що містить дисперсний карбід вольфраму фракцією 40-63 мкм, який відрізняється тим, що він складається з частинок металевої матриці, в котрій рівномірно розподілені керамічні зерна карбіду вольфраму, і як добавку вводять нанодисперсний (30-50 нм) тугоплавкий оксид алюмінію, титану або цирконію у кількості: 0,5-1,5 мас. %, а самофлюсівний порошок ПС-12НВК-01 з карбідом вольфраму решта. 2. Композиційний металокерамічний порошок за п. 1, який відрізняється тим, що частинки композиційного порошку плакують металевою оболонкою вакуумно-дуговим методом. Комп’ютерна верстка М. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3