Склад для газотермічного напилення покриттів

Состав для газотермического напыления покрытий, содержащий механическую смесь порошков алюминия и оксида, отличающийся тем, что в качестве оксида он содержит ильменит, при следующем соотношении компонентов, мае % Ильменит 15-45 Алюминий 85-55 Изобретение относится к области металлургии, более конкретно - к нанесению металлических покрытий и может быть использовано в качестве защитных слоев на деталях, эксплуатируемых в различных областях техники (судостроении, машиностроении, энергетики и т п ) преимущественно в условиях совместного воздействия коррозии и абразивного износа Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному техническому решению является покрытие, полученное из композиционного порошка АІ-АЬОз методом плазменного напыления (Борисов Ю С , Харламов Ю А , Сидоренко С Л , Ардатовская Е Н Газотермические покрытия из порошковых материалов / Справочник - Киев Наукова думка, 1987 - С 400-401) Покрытие отличается повышенной износостойкостью, однако коррозионная стойкость падает Недостатком данного покрытия также является относительно низкая прочность сцепления с основой При напылении дешевой механической смесью (АІ) + (ЗОУоАЬОз), наряду с вышеупомянутыми недостатками, в покрытии возможно образование участков, состоящих преимущественно из оксидной фазы, отличающихся низкой стойкостью к истиранию Основной задачей изобретения является усовершенствование известного состава для покрытия за счет качественного изменения одного из компонентов и выбора диапазона соотношений вводимых компонентов, что позволяет за счет улучшения энергетики формирования покрытия повысить коррозионную стойкость и прочность сцепления с основой газотермического покрытия на основе алюминия при сохранении высокой износостойкости покрытия Поставленная задача достигается тем, что в составе для газотермического напыления покрытий, содержащем мех смесь порошков алюминия и оксида, в качестве оксида выбран ильменит при следующем соотношении компонентов, мае % Ильменит 15-45 Алюминий 85-55 Для газотермического напыления покрытий использовали мех смесь порошков алюминия и ильменита стехиохимического состава формулой FeO x х ТЮг, содержащего, мае % Г-е 36,80 Ті 31,57 О2 31,63 вш Для приготовления мех смесей шихтовые материалы (алюминий и ильменит) в заданных пропорциях каждого состава смешивали в смесителе типа "пьяная бочка" в течение 3-4 ч Соотношение шаров и порошка - 1 5 Для исключения сегрегации по плотности производили мокрое механическое смешивание в присутствии 0,5-1,5% этилового спирта Качество смешивания контролировали по технологическим свойствам шихты (насыпной вес, текучесть) О го 41931 Сущность изобретения и механизм совместного влияния химического состава и структуры покрытий на его эксплуатационные свойства заключается в следующем Введение ильменита в состав покрытия в количестве 15-45 мае % приводит к повышению износостойкости, коррозионной стойкости и точности сцепления с основой Металлографическими анализами покрытий установлено наличие металлической матрицы с микротвердостью 420 МПа, ильменита 5800 МПа и частиц темно-серого цвета, по всей вероятности, представляющих собой FexAly и ТЮг с микротвердостью 11000 МПа Наличие частиц с высокой твердостью способствует сохранению его высокой износостойкости При содержании ильменита выше заявленных пределов она снижается за счет увеличения доли ильменита и снижения содержания темно-серой фазы Обнаружено повышенное содержание темно-серой фазы в покрытиях материалов, содержащих 25% ильменита, что объясняет их максимальную износостойкость При содержании ильменита ниже заявленных пределов износостойкость снижается за счет увеличения объемной части металлической матрицы с относительно низкой микротвердостью Коррозионная стойкость покрытий в синтетической морской воде из материала на основе алюминия, содержащего от 15 до 45 мае % ильменита, превосходит коррозионную стойкость покрытий из алюминия в 1,5-1,7 раза, причем скорость коррозии покрытий, выраженная в токовых единицах, наиболее низкая при содержании в исходной шихте 35-45% ильменита При использовании механической смеси алюминия и ильменита для получения газотермических покрытий в высокотемпературном двухфазном потоке в процессе напыления происходит восстановление алюминием компонентов ильменита с последующим образованием интерметаллидов При этом в процессе напыления используется тепловой эффект реакции восстановления ильменита алюминием, что способствует эффекту микросварки осаждаемых частиц с материалом основы и повышает как прочность сцепления покрытия с основой, так и прочность сцепления частиц в объеме покрытия между собой При отклонении содержания ильменита в исходной шихте от заявленных пределов концентраций уменьшается прочность сцепления покрытия с материалом основы за счет уменьшения содержания интерметаллидной фазы Уменьшение интерметаллидной фазы приводит к формированию покрытий с повышенной пористостью, что также способствует снижению износостойкости покрытий и подтверждается результатами испытаний Составы покрытий приведены втабл 1, а их свойства - в табл 2 и 3, на фиг 1-3 Покрытия наносили двумя методами 1 Методом воздушно-газового плазменного напыления при помощи установки "Киев-7" с плазмотроном ПУН-1 Напыление производили при следующем режиме, обеспечивающем оптимальное осаждение порошка при максимальном коэффициенте использование материала 80%, Іраб =150 А, иРаб = 200 В, Опл снеси = 6 куб м/час, расход напыляемого материала - 6 кг/час, скорость истечения плазменной струи - М - 0,6, пористость покрытия - 6-8% 2 Методом плазменного высокоэнергетического напыления при следующем режиме, обеспечивающем коэффициент использования напыляемого материала 85% и пористость покрытия 0-2%, ток дуги - 250 А, напряжение на дуге - 400 В, расход плазмообразующей смеси 30 куб м/час, содержание природного газа в смеси с воздухом 10%, скорость истечения плазменной струи равна звуковой - М=1 Испытания по определению износостойкости покрытий в условиях газоабразивного износа проводили на центробежном ускорителе ЦУК-ЗМ при скорости вращения диска ускорителя 6000 об/мин, используя в качестве абразивного материала диоксид кремния фракции 8001000 мкм Исследования износостойкости выполнены при углах атаки абразива 90, 60 (фиг 1а, б), 30 и 15, (фиг 2в, г), а износ покрытий определяли гравиметрическим методом при помощи аналитических весов ВЛА-200 Для сопоставления определяли износостойкость покрытий из механической смеси алюминия и ильменита и контрольных образцов с покрытием из алюминия 100% Испытания на износостойкость покрытий в условиях трения скольжения в морской воде в паре с контртелом из стали ЗОХГСА (НРС 35) по схеме плоскость - плоскость выполнены на универсальной машине трения УМТ-1 Покрытия испытывали в диапазоне удельных нагрузок 2-4 МПа и скоростях скольжения 0,1 и 1,0 м/с Как следует из данных таблиц 2-3 и 1-3 разработанное покрытие обладает более высокими эксплуатационными характеристиками по сравнению с известными Предложенное покрытие превосходит покрытие из алюминия по коррозионной стойкости в морской воде в 1,5-1,7 раза, причем скорость коррозии покрытий, выраженная в таковых единицах, наиболее низкая при использовании механической смеси, содержащей 35^45 мае % ильменита Триботехнические характеристики покрытий с различным процентным содержанием ильменита в исходной смеси сопоставлялись с аналогичными характеристиками базового алюминиевого покрытия Графики зависимости интенсивности весового износа образца (а) и контртела (б) трибопары (покрытие + сталь ЗОХГСА) от изменения удельной нагрузки и процентного содержания в покрытии присадки (V= =, 1 м/с, L = =500 м, среда - морская вода) представлены фиг 3 Отмечено, что при увеличении процентного содержания ильменита в исходной смеси для напыления покрытий рост удельной нагрузки или линейной скорости сопровождается стабилизацией интенсивности весового износа покрытия (фиг 3) Причем в испытуемом диапазоне нагрузок и скоростей скольжения максимальной износостойкостью обладает покрытие из мехсмеси алюминия и 25% ильменита За пределами заявленного диапазона концентраций прочность сцепления покрытий с материалом основы соизмерима с подобным показате 41931 лем прототипа (табл 3) В заявленном диапазоне концентраций зависимость прочности сцепления покрытий с материалом основы от состава напыляемого материала носит экстремальный характер с максимумом при содержании ильменита в исходной шихте 35-45 мае % При использовании метода плазменного высокоэнергетического напыления характер приведенных зависимостей в указанных пределах сохраняется Так, коррозионная стойкость газотермического покрытия на основе алюминия по сравнению с алюминиевым возрастает в 3-3,5 раза Таблица 1 Составы известных и разработанных покрытий Покрытия Состав, мас.% алюминий АІ 2 О 3 FeO • Т Ю 2 1 100 2 Композиционный порошок 70 30 3 Мех смесь 70 30 4 Мех смесь 90 10 5 Мех смесь 85 15 6 -" 75 25 7 -" 65 35 8 -" 55 45 9 -" 50 50 Таблица 2 Потенциал (Е, В) и скорость коррозии (і, А/см )покрытий в морской воде Покрытия Е,В н.в.э. і, А/см2 1 -0,46 6,3 10 7 2 -0,47 6,4 10 7 3 -0,47 6,5 10 7 4 -0,48 6,6 10 7 5 -0,49 6,3 10 7 6 -0,48 6,3 10 7 7 -0,54 5,9 10 7 8 -0,49 4,0 10 7 9 -0,49 6,1 10 7 Ст 3 (материал основы) -0,50 2,5 1 0 6 Таблица 3 Зависимость прочности сцепления покрытий с материалом основы от изменения процентного содержания в процентной мех схеме присадки Покрытия Прочность сцепления покрытий с материалом основы, МП а 1 20-25 18-20 18-20 2 3 4 5 6 7 8 9 20-25 30-35 35-40 45-50 45-50 20-25 41931 З.мг 20 3 ^ 5 6 7 20 4 - 5 6 7 Фиг. 1 8 9 41931 70 60 50 Е 30 Ю 10 3 ^ 5 6 7 8 9 70 60 50 г 20 10 3 ^ 5 6 Фиг. 2 7 8 9 41931 0,2 \ 1 ^~==Л * 1 f I'" — 4 —-—^-^Ы^* - — ^ y » "^C і / ->—„„ —~~ a . -^Z-——*T J, нг/н Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3-72-89 (03122) 2-57-03