Порошковый материал

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составам материалов для нанесения износостойких покрытий методами газотермического напыления. В порошковый материал, содержащий карбид хрома и никель, для обеспечения повышенных прочностных свойств, коррозионной устойчивости и износостойкости, дополнительно вводят бор и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%: никель - 20-30; бор - 2,5-3,5; кремний - 3,0-3,7; карбид хрома - остальное. 2 табл.

 

Порошковый материал относится к области порошковой металлургии, в частности к составам материалов для нанесения износостойких покрытий методами газотермического напыления.

Широко известны порошковые материалы на основе карбидов тугоплавких материалов в виде механических смесей с металлической связкой, спеков, плакированных порошков т.п. В качестве металлической связи обычно применяют никель или кобальт, реже железо (авт. свид. 436881, 492583, 375314, патенты США 2972550, 3071489, 4013453 и др.).

Покрытия на их основе, наносимые, например, плазменным напылением, обладают невысокими адгезионными и когезионными свойствами, недостаточной коррозионной стойкостью в агрессивных средах, особенно при повышенных температурах.

Наиболее близким к заявляемому из описанных в литературе порошковых материалов на основе карбида хрома, применяемых для получения износостойких покрытий, является порошковый материал типа КХН-15 (85% карбида хрома, + 15% никеля) - КХН - 30 (70% карбида хрома + 30% никеля). Указанный материал представляет собой механические смеси, спеки, а также плакированные порошки на основе карбида хрома с никелем в качестве металлической матрицы (А.И.Зверев, С.Ю.Шаривкер, Е.А.Астахов, Детонационное напыление покрытий. Л., Судостроение, 1979, стр.20).

Задачей настоящего технического решения является получение порошкового материала с повышенными относительно аналогов прочностными свойствами, коррозионной устойчивостью и, следовательно, и износостойкостью.

Поставленная задача решается счет того, что в порошковый материал, содержащий карбид хрома и никель, дополнительно вводят бор и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%: никель - 20...30; бор - 2,5...3,5; кремний - 3,0...3,7; карбид хрома - остальное.

Бор и кремний вводят в предлагаемый порошковый материал в составе самофлюсующегося сплава, содержащий износостойкий ингредиент, например карбид хрома, и металлическую связку, как правило, никель или кобальт.

При нанесении покрытий, например, плазменным напылением самофлюсующийся сплав выполняет роль припоя и этим резко повышает адгезионные и когезионные свойства покрытия (таблица 1).

После выдержки образцов в агрессивной коррозионноактивной среде буровой жидкости, состоящей из 5% хлорида натрия; 0,1% раствора сульфида натрия, 0,3% хлорида калия, в воде в течение 30 суток было проведено исследование их на коррозионную стойкость и определены механические свойства, приведенные в таблице 2.

Как видно из таблицы 1 и 2, образцы с предлагаемыми покрытиями после выдержки в коррозионноактивной среде по своим свойствам мало отличаются от тех образцов, которые не были в агрессивной среде. Покрытия же КХН-25 после выдержки в агрессивной среде значительно отличаются по своим свойствам от необработанного образца.

При введении самофлюсующегося материала в порошок для напыления в количестве 5 мас.%, эффект от указанного введения есть, но он слишком мал, а при введении самофлюсующегося материала более 30 мас.% появляется тенденция снижения свойств покрытия. Таким образом, оптимальное содержание самофлюсующихся порошков в шихте для напыления составляет 10...30 мас.% или, если их перевести на содержание бора и кремния, то получится бор - 2,5...3,5 мас.%, кремний - 3,0...3,7 мас.%.

Если в составе шихты количество бора и кремния меньше соответственно 2,5...3,0%, то этот состав мало эффективен, что соответствует количеству самофлюсующего порошка 5 мас.% (см. таблицы 1 и 2). Если в составе бора и кремния больше 3,5 и 3,7 мас.% соответственно, что соответствует количеству самофлюсующегося материала в шихте 40 мас.% (см. таблицы 1 и 2). Начинает снижаться износостойкость покрытия, причиной которой может быть охрупчивание материала, вызванная выходом за предлагаемые пределы содержание бора и особенно кремния.

Таблица 1
Свойства предлагаемого покрытия
Состав порошка	Твердость НРС	Прочность сцепления, МПА	Прочностной разрыв, МПА	Скорость изнашивания, г/час	Приме-чания
Покрытие, применяемое в настоящие время
Карбид хрома плакированный 25%, масс никеля (КХН-25)	45...50	24...30	48...53	2,9...3,5
Опытные составы
КХН-25+5% самофлюсующийся	45...48	29...36	52...58	2,5...2,7
КХН-25+10% самофлюсующийся	44...47	37...43	62...70	0,7...1,5
КХН-25+20% самофлюсующийся	44...47	61...64	80...87	0,3...0,6
КХН-25+30% самофлюсующийся	43...45	75...80	95...100	0,2...0,4
КХН-25+40% самофлюсующийся	40...42	82...86	110...115	0,35...0,5

Таблица 2
Свойства предлагаемого покрытия после выдержки его в агрессивной коррозионноактивной среде
Состав порошка	Твердость HRC	Прочность сцепления, МПА	Прочностной разрыв, МПА	Скорость изнашивания, г/час	Примечания
Следы коррозии
Карбид хрома плакированный 25 мас.% никеля (КХН-25)	42...44	18...21	24...32	4,2...4,8
Опытные составы
КХН-25+5% самофлюсующийся	43...44	26...31	48...51	3,9...4,5	Едва заметные следы коррозии
КХН-25+10% самофлюсующийся	43...44	33...37	60...64	0,9...1,7	Коррозии нет
КХН-25+20% самофлюсующийся	43...46	59...64	76...84	0,4...0,6
КХН-25+30% самофлюсующийся	42...45	71...76	88...97	0,25...0,4
КХН-25+40% самофлюсующийся	40...42	71...74	100...112	0,42...0,56

Порошковый материал, содержащий карбид хрома и никель, отличающийся тем, что в него дополнительно вводят бор и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Никель	20-30
Бор	2,5-3,5
Кремний	3,0-3,7
Карбид хрома	Остальное