Порошковый материал для нанесения износостойкого газотермического покрытия, получаемый самораспространяющимся высокотемпературным синтезом

 

Использование: в порошковой металлургии для получения износостойких покрытий с заданными свойствами на различных деталях машин и оборудования, подвергающихся интенсивному износу различного вида в процессе эксплуатации. Сущность изобретения: порошковый материал содержит карбид титана и сплав алюминия с одним или более компонентами из группы: железо, никель, кобальт, титан, цирконий, тантал, хром, кремний, включающий, мас.%: алюминий 30 - 99; компонент из группы: железо, никель, кобальт, титан, цирконий, тантал, кремний остальное при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбид титана 10 - 90; сплав - остальное. Этот материал обеспечивает высокую износостойкость упрочняемых изделий. 1 табл.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к составам порошков для нанесения композиционных износостойких покрытий газотермическими методами, и может быть использовано для получения износостойких покрытий с заданными свойствами на различных деталях машин и оборудования, подвергающихся интенсивному износу различного вида в процессе эксплуатации.

Известны порошковые материалы для нанесения износостойких покрытий из стали [1] Недостатком известных порошковых материалов является недостаточная прочность сцепления получаемых покрытий с основой, а также необходимость в дополнительной термической обработки покрытий (закалке), требующей значительных энергетических затрат и в ряде случаев приводящей к термическим деформациям изделий.

Известен также порошковый материал для нанесения износостойких покрытий карбид титана [2] покрытия на основе которого обладают достаточной твердостью. Недостатком известного порошкового материала является то, что по причине высокой температуры плавления при нанесении покрытия требуется значительная температура несущей струи, при которой наблюдается интенсивное окисление напыляемого карбида титана, приводящее к снижению эксплуатационных свойств покрытия. Кроме того, получаемое на основе известного порошкового материала покрытие обладает повышенной хрупкостью, что существенно снижает его износостойкость.

Сущностью изобретения является то, что порошковый материал для нанесения износостойкого покрытия, содержащий карбид титана, согласно изобретению, дополнительно содержит в составе частицы сплав алюминия с одним или более компонентами из группы: железо, никель, кобальт, титан, цирконий, тантал, хром, кремний, включающий, мас.

Алюминий 30-99, Компонент из группы: железо, никель, кобальт, титан, цирконий, тантал, хром, кремний остальное, при следующем соотношении компонентов, мас.

Карбид титана 10-90, Сплав остальное.

Нанесенное предлагаемым порошковым материалом покрытие представляет собой композиционный материал, структура которого образована матрицей на основе алюминиевого сплава, в объеме которой распределены частицы карбида титана.

Высокая вязкость нанесенного покрытия обеспечивается наличием в составе напыляемого порошкового материала пластичного алюминиевого сплава, а необходимую твердость напыленного покрытия придает входящей в его состав карбид титана. Повышенная результирующая износостойкость покрытия является следствием сочетания вязкости и твердости получаемого композиционного покрытия.

Состав алюминиевого сплава выбирается исходя из необходимых эксплуатационных характеристик покрытия, таких как твердость матрицы, температура эксплуатации, коррозионная стойкость, сопротивление окислению. Так, при повышенной температуре эксплуатации покрытия, воздействии на него агрессивных сред либо динамических нагрузок выбирается алюминиевый сплав с повышенным содержанием компонента (компонентов) из группы: железо, никель, кобальт, титан, цирконий, тантал, хром, кремний. При температуре эксплуатации покрытия, близкой к комнатной и отсутствии действия на покрытие перечисленных неблагоприятных факторов, выбирается сплав с минимальным содержанием указанного компонента (компонентов).

При введении в состав покрытия алюминиевого сплава в количестве, меньшем предлагаемого, не достигается эффект снижения температуры несущей струи и не происходит существенного повышения износостойкости покрытия из-за существования в его структуре хрупкого карбидного каркаса.

При введении в состав покрытия алюминиевого сплава в количестве, большем предлагаемого, снижается твердость покрытия и его результирующая износостойкость.

Сопоставительный анализ предлагаемого решения с прототипом показал, что предлагаемый порошковый материал для нанесения износостойкого газотермического покрытия отличается от прототипа тем, что он дополнительно содержит алюминиевый сплав при предлагаемом соотношении компонентов порошкового материала. Именно изменение состава порошка согласно предлагаемому решению сообщает получаемому при нанесении порошкового материала покрытию новые структуры свойства. Таким образом, предлагаемое решение обладает "новизной".

Сравнение предлагаемого решения с другими известными решениями в области порошковой металлургии, а также с известными решениями в смежных областях техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие предлагаемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод об избирательском уровне.

Для экспериментальной проверки предлагаемого решения были подготовлены образцы порошковых материалов для нанесения износостойкого газотермического покрытия согласно настоящему изобретению. Для проведения экспериментов использовались порошок никеля ПНК-ОТ1 средним размером частиц менее 40 мкм, порошок алюминия АСД-1 средним размером частиц менее 40 мкм и сажа П-803 средним размером частиц 3,1 мкм. Из указанных компонентов получали образцы порошковых материалов для напыления износостойкого покрытия различного состава методом самораспространяющегоя высокотемпературного синтеза (СВС) в инертной атмосфере заготовок с их последующим вибрационным измельчением в порошки средним размером частиц 63-160 мкм.

Структура частиц полученных порошковых материалов включала матрицу на основе сплава алюминия с никелем (31,5 мас. Al+68,5 мас. Ni) с распределенными в ней частицами карбида титана TiC. Соотношение карбидной и матричной составляющих в частицах порошка варьировали составом исходной смеси для синтеза. В качестве прототипа для сравнения использовали порошок карбида титана синтезированный марки ПКТС ТУ 2-036-5-93 АГТУ.

Нанесение покрытий осуществляли на установке газоплазменного напыления "Киев-7" при следующих режимах: ток плазмотрона 230 А, напряжение дуги 250 В, дистанция напыления 180 мм, на плоские образцы из стали 45, предварительно подвергнутые пескоструйной обработке. Структуру частиц полученных порошков исследовали методом оптической металлографии на приборе "Metaval", растровой электронной микроскопии на приборе "Tesla BS-300"; микротвердость напыленных покрытий измеряли на приборе ПМТ-3; испытания на износостойкость проводили на машине трения по ГОСТ 17367-71. В качестве материала для сравнения использовали образец из стали 45.

Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице. Из таблицы следует, что введение в состав порошкового материала для нанесения износостойкого покрытия алюминиевого сплава приводит к существенному повышению износостойкости получаемого покрытия; при этом сочетанием твердости и вязкости покрытия можно управлять, получая порошковые материалы различного состава согласно предлагаемому решению.

Композиционное покрытие, получаемое на основе предлагаемого порошкового материала, способно обеспечить высокую износостойкость упрочняемых изделий.

Формула изобретения

ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ГАЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ, ПОЛУЧАЕМЫЙ САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИМСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫМ СИНТЕЗОМ, содержащий карбид титана, отличающийся тем, что он дополнительно содержит сплав алюминия с одним или более компонентами, выбранными из группы: железо, никель, кобальт, титан, цирконий, тантал, хром, кремний, при следующем соотношении компонентов в сплаве, мас.%: Алюминий - 30 - 99 Компонент, выбранный из группы: железо, никель, кобальт, титан, цирконий, тантал, хром, кремний - остальное причем соотношение компонентов в порошковом материале составляет, мас.%:
Карбид титана - 10 - 90
Сплав - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2