Шихта для получения литого композиционного материала

 

Изобретение относится к области получения литого композиционного материала в режиме горения, а именно к шихтовым составам, и позволяет повысить твердость и износостойкость защитных покрытий. Сущность изобретения: исходная шихта включает шестивалентный оксид хрома (20-35 мас.%), диоксид титана (5-15 мас.%), оксид бора (15-30 мас.%), алюминий (20-40 мас.%) и дополнительно содержит оксид никеля (4-8 мас.%) и диоксид марганца (2-6 мас.%). 1 табл.

Изобретение относится к области неорганической химии и порошковой металлургии, а именно к получению тугоплавких износостойких материалов, используемых для нанесения защитных покрытий на детали, работающие в условиях интенсивного износа, в агрессивных средах при повышенных температурах.

Известен способ получения тугоплавких неорганических материалов, в котором используют в качестве шихты смесь оксидов металлов 4-6 гр. Периодической системы с металлом-восстановителем и неметаллом, а синтез осуществляют путем локального воспламенения смеси в режиме вращения при перегрузках 100-150 q [1] Недостатком этого способа является то, что в качестве неметалла используют легковоспламеняющийся бор, участвующий при синтезе в реакции восстановления. Это повышает пожароопасность процесса и ухудшает эксплуатационные свойства конечного продукта.

Наиболее близкой по сущности к заявляемому изобретению является шихта для получения литого композиционного материала в режиме горения [2] В данном изобретении литой титано-хромовый борид получают в режиме горения путем локального воспламенения шихты, содержащей оксиды хрома (VI), титана, бора и алюминий, в реакторе при начальном избыточном давлении P_н 4 МПа.

Недостатком известной шихты является то, что получаемый из нее материал состоит только из боридных фаз, обладающих высокими температурами плавления (2200-2980^oC). Это требует большого количества энергии и времени для нанесения защитных покрытий, а боридные фазы растворяются при этом в стальной матрице, что приводит к снижению твердости и износостойкости нанесенного слоя.

Целью предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик литого композиционного материала.

Поставленная цель достигается тем, что в шихту для получения литого композиционного материала дополнительно вводят оксид никеля (NiO) и диоксид марганца (MnO₂) при следующем соотношении компонентов, в мас.

шестивалентный оксид хрома (CrO₃) 20-35 диоксид титана (TiO₂) 5-15 оксид бора (B₂O₃) 15-30 алюминий (Al) 20-40 оксид никеля (NiO) 4-8 диоксид марганца (MnO₂) 2-6 Синтез материала осуществляют путем локального воспламенения шихты в реакторе при избыточном давлении инертного газа не менее 3 МПа. Процесс протекает в режиме горения при температуре горения выше температуры плавления конечных продуктов, получаемых в жидкофазном состоянии и разделяющихся из-за градиента удельных весов на два слоя: внизу целевой продукт, вверху шлак.

Целевой продукт представляет собой литой композиционный материал, состоящий из зерен диборидов титана, распределенный в (Ni-Al-Mn) матрице, которая имеет температуру плавления, близкую к температуре плавления стальной основы. Эта температура плавления намного меньше температуры плавления боридных фаз. Поэтому при наплавке данного материала, в первую очередь, плавятся матрица и поверхность стальной основы, создающие расплав, в котором распределяются боридные зерна, не расплавляющиеся при этой температуре и не успевающие раствориться в матрице. Вследствие этого полученное покрытие имеет высокие твердость и износостойкость.

Пример 1. В барабан шаровой мельницы засыпают исходные реагенты в количестве: CrO₃ 200 г (20 мас.); TiO₂ 150 г (15 мас.); B₂O₃ 150 г (15 мас.); Al 400 г (40 мас.); NiO 40 г (4 мас.); MnO₂ 60 г (6 мас.) и перемешивают на валках в течение 30 мин. Затем полученную смесь засыпают в тугоплавкую (графитовую) форму и помещают в реактор, который герметизируют и создают начальное давление инертного газа (Ar, N₂) P_н 3 МПа. После этого шихту воспламеняют инициирующей спиралью путем кратковременной (2-5 с) подачи на нее электрического импульса (U 30 В, J 25 А).

После окончания реакции горения и охлаждения продукт извлекают. Он состоит из двух легкоотделяющихся друг от друга слитков: внизу целевой продукт, вверху шлак.

По данным рентгенофазового, химического и металлографического анализов целевой продукт представляет собой литой композиционный материал, состоящий из зерен TiB₂ x CrB₂, распределенный в (Ni-Al-Mn)-й матрице.

Примеры получения литого материала и его эксплуатационные свойства приведены в таблице 1.

Формула изобретения

Шихта для получения литого композиционного материала в режиме горения, содержащая шестивалентный оксид хрома, оксиды титана и бора, и алюминий, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксид никеля и диоксид марганца при следующем соотношении компонентов, мас.

Шестивалентный оксид хрома 20 35
Оксид титана 5 15
Оксид бора 15 30
Алюминий 20 40
Оксид никеля 4 8
Диоксид марганца 2 6е

РИСУНКИ

Рисунок 1