Композиционный материал для лазерного легирования титановых сплавов

 

Композиционный материал для лазерного легирования титановых сплавов содержит в мас.%: 40-55 кремния, 2,5-10 фтористого кальция, 37,5-50 карбида бора. 1 табл.

Изобретение относится к области порошковой металлургии и предназначено для легирования титана и его сплавов и может быть использовано при нанесении газотермических и плазменных покрытий.

Уровень техники.

Известен материал для лазерного легирования в виде порошковой обмазки, содержащий соединения бора и углерода, который обеспечивает повышение твердости поверхности до 10-12 ГПа за счет образования в поверхностном слое твердого раствора бора в металле и боридных фаз. Материал предназначен для легирования стальных поверхностей [1] Титан и его сплавы обладают высоким комплексом физико-механических свойств, высокой коррозионной стойкостью, малым удельным весом. Однако поверхность титановых сплавов характеризуется высокой склонностью к схватыванию и интенсивному поверхностному разрушению в самых различных условиях контактного взаимодействия с поверхностью практически любого металла. Поэтому для предотвращения схватывания контактирующих поверхностей необходимо повысить твердость поверхности титана или его сплава и обеспечить такой химический состав поверхностного слоя, который предотвращал бы схватывание трущихся поверхностей. Это позволит повысить эксплуатационные характеристики рабочей поверхности титана и его сплавов.

Известен способ для лазерного карбоборирования титановых изделий, содержащий карбид бора и окислы алюминия, кремния, бора при следующем соотношении компонентов, мас.

Al2O3 4 10 SiO2 6-14 B2O3 25-35 B4C Остальное [2] Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого материала, заключаются в содержании композиционного материала для лазерного легирования титановых сплавов карбида бора.

Причина, препятствующая получению в прототипе требуемого результата, заключается в том, что насыщение кислородом твердых растворов, входящих в структуру лазерного слоя, приводит к увеличению хрупкости последнего и снижению эксплуатационных характеристик, особенно в условиях вибрационных и ударных нагрузок.

Сущность изобретения.

Изобретение направлено на решение задачи повышения износостойкости поверхностного слоя титанового сплава без существенного снижения вязких характеристик.

Технический результат достигается тем, что известный порошковый композиционный материал для лазерного легирования титана и его сплавов, содержащий карбид бора, дополнительно содержит кремний и фтористый кальций при следующем соотношении компонентов, в мас.

B4C 37,5-50 Si 40-55 CaF2 2,5-10 Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в том, что при насыщении поверхности титана и его сплавов кремнием и бором в структуре поверхностного слоя происходит образование дисперсной структуры, состоящей из зерен и твердых растворов, частиц интерметаллидов TiSi, а также карбидов и боридов титана, за счет которых достигается довольно сильное упрочнение слоя. Кроме того, в лазерном слое образуются высокодисперсные частицы карбидов титана и кремния. Фтористый кальций при лазерной обработке с материалом сплава практически не взаимодействует и остается в лазерном слое в виде высокодисперсных включений.

Указанный состав легирующей смеси производит упрочнение при лазерном легировании за счет образования пресыщенных твердых растворов, которые в процессе работы детали могут испытывать дисперсионное твердение и тем самым еще более повышать эксплуатационные свойства поверхности. Кроме того, присутствие фтористого кальция предотвращает схватывание поверхностей, а отсутствие в составе обмазки кислородсодержащих компонентов предотвращает охрупчивание твердых растворов. В отличие от других твердых смазок фтористый кальций гораздо более инертен по отношению к матрице и термически более устойчив, что позволяет использовать его в качестве твердой смазки в широком диапазоне условий нагружения.

Пример. Было изучено влияние лазерного легирования на структуру, фазовый состав и свойства титанового справа ВТЗ-1. Упрочнение поверхности проводили с помощью импульсной лазерной установки "Квант-15" при энергии импульса 4-10 Дж с перекрытием пятен 0,5 и с перекрытием дорожек 0,6-0,7. В качестве насыщающей среды использовали смесь порошков состава, мас.

1.

B4C 37,5 Si 55
CaF2 7,5
2.

B4C 50
Si 47,5
CaF2 2,5
3.

B4C 50
Si 40
CaF2 10
На поверхность образца наносили слой толщиной 0,3-0,4 мм, состоящий из 95% порошка композиционного материала и 5% раствора канифоли на этиловом спирте.

Фазовый состав лазерного легирования изучали с помощью рентгеновского дифрактометра "Дрон-2" в монохроматизированном кобальтовом излучении. Микроструктурные исследования проводили на металлографическом микроскопе Neofot, микротвердость определяли с помощью твердомера ПМТ-3. Антифрикционные характеристики определяли на машине трения СМЦ-2 при испытаниях коррозионной среды (морская вода).

Микроструктура обработанной лазером поверхности титанового сплава состоит из двух зон: зоны легирования и зоны термического воздействия. В зоне легирования твердость достигает 7500-1500 МПа при глубине зоны 200-250 мкм. Структура в пределах зоны равномерна, без видимых дефектов.

Значения износостойкости и микрохрупкости поверхностного слоя после лазерной обработки титанового сплава ВТЗ-1 приведены в таблице.

Износостойкость обработанной лазером поверхности по сравнению с необработанным состоянием повысилась в 300-500 раз, а по сравнению с прототипом 2 3,5 раза. Микрохрупкость лазерного слоя по сравнению с прототипом снизилась с 12 балла до 4 7 балла для лазерного слоя по предложенному изобретению.

Таким образом, применение лазерной обработки поверхности титана и его сплавов с предварительным нанесением на обрабатываемую поверхность легирующего покрытия предложенного состава значительно расширяет область использования этих сплавов.


Формула изобретения

Композиционный материал для лазерного легирования титановых сплавов, содержащий карбид бора, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кремний и фтористый кальций при следующем соотношении компонентов, мас.

Кремний 40 55
Фтористый кальций 2,5 10,0
Карбид бора 37,5 50,0Д

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:
Зеркало // 2083517
Изобретение относится к области оптических устройств, создающих оптическое изображение предметов, используемых в приборостроении, технике, медицине, быту
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к порошковым композиционным материалам на основе карбидов, используемым для нанесения защитных износо-жаростойких покрытий методами газотермического напыления (газопламенным, плазменным, детонационным и др.) на детали машин, работающих в условиях высоких температур и нагрузок в окислительных средах в машиностроительной, авиационной и других отраслях техники

Изобретение относится к способу защиты никелевых сплавов, из которых изготовляются теплонагруженные детали газотурбинных двигателей

Изобретение относится к защите от коррозии и может быть использовано в металлургии, космической технике, приборостроении и энергетике

Изобретение относится к созданию средств защиты конструкционных материалов от воздействия агрессивных средств и, в частности, к металлокерамическому покрытию, применяемому в ЖРД для защиты проточной части турбины
Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при создании износостойких покрытий

Изобретение относится к области турбомашиностроения, в частности, к уплотнениям радиальных зазоров проточной части газовых турбин, работающих при температурах до 1250оС

Изобретение относится к порошковой металлургии

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым материалам для нанесения износостойких антифрикционных покрытий, и может применяться для повышения эксплуатационной стойкости изделий из легированных конструкционных сталей, в частности для упрочнения трущихся деталей гидросистем

Изобретение относится к металлургии , конкретно к антифрикционным материалам покрытия, наносимым методами газотермического напыления

Изобретение относится к фрикционному материаловедению

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению и может быть использовано для повышения износостойкости лопастей турбин и насосов, элементов двигателей и другого оборудования, процесс эксплуатации которых характеризуется одновременным воздействием различных видов износа (каплеударная и абразивная эрозия, различные виды коррозии, эрозия-коррозия, кавитация, повышенная агрессивность среды, повышенное трение)
Наверх