Композиційне зносостійке нанопокриття

Реферат: Композиційне зносостійке нанопокриття містить залізо, хром та бор, причому зазначене нанопокриття додатково містить алюміній та нікель, при такому наступному вмісті компонентів, мас. %: залізо 50-65 хром 15-30 бор 3-10 алюміній 5-15 нікель 8-25. UA 120260 U (12) UA 120260 U UA 120260 U 5 10 15 20 25 30 35 40 Корисна модель належить до галузі порошкової металургії, зокрема, до порошкових матеріалів на основі заліза для детонаційного напилення композиційних нанопокриттів, а саме, до композиційних зносостійких нанопокриттів, і може бути застосована для зміцнення та відновлення деталей та механізмів будь-якої техніки, у тому числі і військової, що працюють при навантаженні тертям в умовах значних швидкісно-навантажувальних режимах експлуатації. Вимоги сьогодення, обумовлені соціальними особливостями, звертають увагу на цілеспрямоване використання компонентів з бази мінерально-сировинних ресурсів країни, тому сучасним техніко-економічним вирішенням є використання матеріалів з національної сировини. Відомий матеріал, що містить нікель, молібден, карбон та залізо, при такому наступному вмісті компонентів, мас. %: нікель 2,5-3,5 молібден 0,3-0,6 карбон 0,55-0,65 залізо решта. [1] До недоліків відомого матеріалу належить те, що не зважаючи на те, що цей матеріал має підвищену поверхневу міцність і задовільну зносостійкість при терті в умовах наявності мастил, він є недостатньо зносостійким при роботі у відсутності мастильних матеріалів, особливо при підвищених навантаженнях та швидкостях ковзання. Відома порошкова композиційна суміш для напилення газотермічних покриттів, що містить кремній, алюміній карбон та залізо, при такому наступному вмісті компонентів, мас. %: кремній 7,8-8,7 алюміній 4,7-5,6 карбон 1,6-2,5 залізо решта. [2] До недоліків відомої порошкової композиційної суміші для напилення газотермічних покриттів належить те, що не зважаючи на те, що даний матеріал має задовільні фізикомеханічні та триботехнічні властивості, він має значну крихкість та пористість, які обумовлюють доцільне використання зазначеної композиційної суміші тільки в умовах присутності мастил. Найбільш близьким технічним рішенням, як за суттю, так і за задачею, що вирішується, яке вибрано за найближчий аналог (прототип), є композиційне зносостійке нанопокриття, що містить залізо, хром та бор, при такому наступному вмісті компонентів, мас. %: залізо 50-65 хром 15-30 бор 3-10. [3] До недоліків композиційного зносостійкого нанопокриття належить те, що зазначене нанопокриття має підвищену поверхневу міцність і пористість та низьку пластичність, що якісно обмежує його опір зносу в умовах тертя, особливо в умовах теплових та ударних навантаженнях. В основу корисної моделі покладена задача шляхом введення до композиції нікелю та алюмінію, у такому наступному вмісті компонентів, мас. %: нікель 8-25 алюміній 5-15, забезпечити у комплексі зниження коефіцієнта тертя, інтенсивності зношування, підвищення пористості та пластичності в умовах тертя. Суть корисної моделі у композиційному зносостійкому нанопокритті, що містить залізо, хром та бор, полягає в тому, що зазначене нанопокриття додатково містить алюміній та нікель, при такому наступному вмісті компонентів, мас. %: залізо 50-65 хром 15-30 бор 3-10 алюміній 5-15 нікель 8-25. Порівняльний аналіз технічного рішення з прототипом дозволяє зробити висновок, що композиційне зносостійке нанопокриття, що заявляється, відрізняється від прототипу тим, що зазначене нанопокриття додатково містить алюміній та нікель, при такому наступному вмісті компонентів, мас. %: залізо 50-65 1 UA 120260 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 хром 15-30 бор 3-10 алюміній 5-15 нікель 8-25. Причинно-наслідковий зв'язок між логічно упорядкованими співвідношеннями складу нанопокриття та сукупністю ознак технічного рішення і технічного результату очевидний із нижченаведеного опису корисної моделі. Як основу нанопокриттів використовують дешеві та недефіцитні порошки заліза, що мають достатньо високу твердість і температуру плавлення. Однак їх застосування, як зносостійкого матеріалу, недоцільне без уведення легованих домішок, що сприяють утворенню композиційної структури, головним чином яка складається із зміцнених твердих розчинів на основі заліза і нікелю і ультрадисперсних новоутворень збагачених бором та складнолегованих фаз типу (Cr, Ni)4B5, (Cr, Ni)4B3, інтерметалідних термостійких сполук Cr5Al8, CrAl4, Ni3Al, NiAl; Ni2Al3, Fe2Al5, FeAl3. Крім того, присутність борного ангідриду (В2О3) утворює метаборати типу Ni(BO2)2, які з оксидами Cr2O3, Al2O3, NiO. Шпінелями типу NiCr2O4 утворюють пластичні міцні поверхневі плівки, що за своїми властивостями подібні твердим мастилам, які активно перешкоджають адгезійно-молекулярній взаємодії контактних поверхонь, що значно впливає на зниження коефіцієнтів тертя та інтенсивності зносу. Композиційне зносостійке нанопокриття, що заявляється, можуть використовуватись для зміцнення деталей машин і механізмів триботехнічного призначення, що працюють в екстремальних умовах експлуатації, а також при відновленні зношених деталей, що виготовлені із сталі, легованих, спеціальних та кольорових металів та сплавів. Матеріал, а саме, композиційне зносостійке нанопокриття, що заявляється, одержують методами порошкової металургії. Вихідні порошки заліза, хрому, нікелю, алюмінію і бору замішують та розмелюють у відповідних співвідношеннях згідно з методом механохімічного синтезу в середовищі аргону в атритері протягом 5-10 годин. Середня величина часток основної фракції не перевищує 35-65 нМ. Приклад 1. Порошкову суміш заліза 50 мас. %, хрому 22 мас. %, нікелю 16 мас. %, алюмінію 8 мас. %,бору 5 мас. % розмішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях згідно методу механохімічного синтезу в середовищі аргону в атритері протягом 5-10 годин. Середня величина частинок порошку основної фракції не перевищувала 35-65 нМ, що складало 89-94 % від його вихідної кількості. Приклад 2. Порошкову суміш заліза 55 мас. %, хрому 20 мас. %, нікелю 14 мас. %, алюмінію 7 мас. %, бору 4 мас. % розмішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях згідно методу механохімічного синтезу в середовищі аргону в атритері протягом 5-10 годин. Середня величина часток порошку основної фракції не перевищувала 35-65 нМ, що складало 87-94 % від його вихідної кількості. Приклад 3. Порошкову суміш заліза 58 мас. %, хрому 16 мас. %, нікелю 8 мас. %, алюмінію 11 мас. %, бору 7 мас. % розмішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях згідно методу механохімічного синтезу в середовищі аргону в атритері протягом 5-10 годин. Середня величина часток порошку основної фракції не перевищувала 35-65 нМ, що складало 88-93 % від його вихідної кількості. При дослідженні композиційних зносостійких нанопокриттів, що близькі за структурнофазовим складом, які нанесені різними газотермічними методами встановлено, що максимальні експлуатаційні властивості мають покриття, які отримані детонаційно-газовим методом. Детонаційне напилення запропонованого композиційного зносостійкого нанопокриття, що заявляється, здійснювалось у наступній послідовності: здійснюють вхідний контроль зразка; проводять підготовку до напилення поверхні виробу (знежирення, струменево-абразивна обробка тощо); здійснюють підготовку суміші порошку Fe-Cr-Ni-Al-B основної фракції, при цьому змішують компоненти, відповідно, Fe, Cr, Ni, Al, В у такій пропорції (мас. %): залізо 50-65 хром 15-30 бор 3-10 алюміній 5-15 нікель 8-25, здійснюють сушіння та охолодження суміші порошку Fe-Cr-Ni-Al-B основної фракції, при цьому охолодження здійснюють до температури не менше 20 °C; 2 UA 120260 U 5 проводять технологічний процес детонаційно-газового напилення суміші порошку Fe-Cr-NiAl-B основної фракції на поверхню виробу, наприклад, на шийки колінчатого валу, плунжери насосів та інше; проводять діагностику стану поверхні виробу, наприклад, використовуючи методи не руйнуючого контролю; проводять механічну обробку напиленого шару композиційного зносостійкого нанопокриття, що заявляється (згідно з технічними умовами). На отриманих зразках (виробах) визначали робочі властивості нанопокриттів: коефіцієнт тертя, інтенсивність зношування, міцність зчеплення (таблиця). 10 Таблиця Склад та властивості зносостійкого нанопокриття Склад матеріалу, мас. % Fe Сr Ni Аl Mo В 1 50 2 55 3 58 прототип 4 52 22 20 16 16 14 8 8 7 11 5 4 7 Коеф. тертя  0.02 0,28 0,21 0,16 13 25,5 0,25 № п/п 15 20 25 30 Інтенсивн. Міцн. Мікро-тверд. Зчеплення зношування  ГПа МПа 0.06мкМ/к 6,2 7,1 6,8 5,7 8,5 8,0 4,9 10,1 9,1 5,9 7,5 7,5 Композиційне зносостійке нанопокриття на основі заліза (що заявляється), що виготовлено з ресурсно-сировинної бази країни, придатне для зміцнення та відновлення деталей з експлуатаційними пошкодженнями, які працюють в умовах тертя при високих швидкіснонавантажувальних параметрах систем авіаційної та космічної техніки. Підвищення ефективності композиційного зносостійкого нанопокриття, що заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається тим, що шляхом додавання до складу зазначеного композиційного зносостійкого нанопокриття алюмінію та нікелю, при такому наступному вмісті компонентів, мас. %: алюміній 5-15 нікель 8-25, забезпечується у комплексі зниження коефіцієнта тертя, інтенсивності зношування нанопокриття, підвищення пористості та пластичності зазначеного нанопокриття в умовах тертя. Джерела інформації: 1. Хилько И.С. Спеченные конструкционные материалы. Институт проблем материаловедения. Изд-во РНО "Полиграфкнига", 1978, 11 с. - аналог. 2. Ковалевская Ж.Г., Ковалевский Е.А. Строение плазменного газотермического покрытия из сплава на основе железа. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований, 2015, № 8 (часть 5). - с. 859-863 - аналог. 3. Лукина Г.Н. Структурные особенности нанокристаллических покрытий из порошков системы Fe-Cr-Mo-B // Восточно-Европейский журнал передовых технологий, № 1/5(55), 2012. с. 22-24 - прототип. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 Композиційне зносостійке нанопокриття, що містить залізо, хром та бор, яке відрізняється тим, що зазначене нанопокриття додатково містить алюміній та нікель, при такому наступному вмісті компонентів, мас. %: залізо 50-65 хром 15-30 бор 3-10 алюміній 5-15 нікель 8-25. 3 UA 120260 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4