RU2136777C1 - Wear-resistant coating and method for manufacturing thereof - Google Patents

Wear-resistant coating and method for manufacturing thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2136777C1
RU2136777C1 RU97119906A RU97119906A RU2136777C1 RU 2136777 C1 RU2136777 C1 RU 2136777C1 RU 97119906 A RU97119906 A RU 97119906A RU 97119906 A RU97119906 A RU 97119906A RU 2136777 C1 RU2136777 C1 RU 2136777C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
particles
wear
coating
reinforcing
microns
Prior art date
Application number
RU97119906A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97119906A (en
Inventor
Н.А. Руденская
В.А. Жиляев
В.А. Копысов
Original Assignee
Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН filed Critical Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН
Priority to RU97119906A priority Critical patent/RU2136777C1/en
Publication of RU97119906A publication Critical patent/RU97119906A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2136777C1 publication Critical patent/RU2136777C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: protective coatings. SUBSTANCE: coating is composed of nickel-based self-fluxing matrix alloy containing chromium, silicon, boron, and, distributed therein, particles of strengthening additive based on double boride, said particles being distributed in matrix alloy in layers: outer layer contains 73 to 80% of total amount of strengthening additive, middle one 20 to 27%, and lower one contains no such particles. To apply coatings, powder blend prepared by mixing self-fluxing alloy with strengthening additive having particle size 40-90 mcm (22-36% particles finer than 50 mcm and 64-78% particles coarser than 50 mcm) is introduced into plasma jet and then deposited. EFFECT: enabled protection of parts against various-type wear. 2 cl, 2 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, более конкретно - к получению износостойких плазменных покрытий, предназначенных для упрочнения деталей, работающих в условиях одновременного воздействия износа и механических нагрузок; абразивного, гидро- и газоабразивного изнашивания. The invention relates to powder metallurgy, and more particularly to the production of wear-resistant plasma coatings designed to harden parts operating under conditions of simultaneous wear and mechanical stress; abrasive, hydro and gas abrasive wear.

Известно износостойкое покрытие, состоящее из самофлюсующегося сплава системы Ni - Cr - В- Si и упрочняющей добавки - диборида титана. (Копысов В. А. , Соловьев Л. В., Гостенин А.А. и др. Износостойкость плазменных покрытий в условиях абразивного износа. Сб. Теоретические исследования и практическое применение плазменных износостойких покрытии, 1983, Свердловск, с. 23-26). Покрытие получают путем ввода в плазменную струю порошковой шихты с дисперсностью частиц 40 - 100 мкм, содержащей самофлюсующийся сплав и упрочняющую добавку, и последующее напыление в газовоздушной плазменной струе. При этом отсутствует какой-либо контроль количества частиц определенной фракции в исходной шихте, а полученное покрытие представляет собой матричный сплав, в котором хаотично распределены частицы упрочняющей добавки. A wear-resistant coating is known consisting of a self-fluxing alloy of the Ni — Cr — B — Si system and a hardening additive — titanium diboride. (Kopysov V.A., Soloviev L.V., Gostenin A.A. et al. Wear resistance of plasma coatings under abrasive wear. Sat. Theoretical research and practical application of plasma wear-resistant coatings, 1983, Sverdlovsk, pp. 23-26) . The coating is obtained by introducing into the plasma jet a powder mixture with a particle size of 40-100 microns, containing a self-fluxing alloy and a strengthening additive, and subsequent spraying in a gas-air plasma jet. In this case, there is no any control over the number of particles of a certain fraction in the initial charge, and the resulting coating is a matrix alloy in which particles of a strengthening additive are randomly distributed.

Недостатком известного покрытия является низкая износостойкость (в 1,6 раза меньше, чем в предлагаемом техническом решении). A disadvantage of the known coating is low wear resistance (1.6 times less than in the proposed technical solution).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является износостойкое покрытие, состоящее из матричного самофлюсующегося сплава на основе никеля, содержащего хром, кремний, бор, и хаотично распределенных в нем частиц упрочняющей добавки состава (TiCr)B2. (Клинская-Руденская Н.А., Копылов В. А., Коцот С.В. Особенности композиционных покрытий на основе Ni-Cr-В-Li сплавов. II. Использование износостойких покрытий. Физика и химия обработки материалов, 1994, N 6, с.52-57.) Покрытие наносят путем смешения самофлюсующегося сплава на основе никеля, содержащего хром, кремний, бор, и упрочняющей добавки на основе борида металла с дисперсностью частиц 40 - 90 мкм, ввода в плазменную струю полученной шихты и последующего напыления. При этом отсутствует контроль количества частиц определенных фракций в составе упрочняющей добавки в исходной порошкообразной шихте.The closest technical solution to the proposed one is a wear-resistant coating consisting of a matrix self-fluxing nickel-based alloy containing chromium, silicon, boron, and particles of a strengthening additive composition (TiCr) B 2 randomly distributed in it. (Klinskaya-Rudenskaya N.A., Kopylov V.A., Kotsot S.V. Features of composite coatings based on Ni-Cr-B-Li alloys. II. Use of wear-resistant coatings. Physics and Chemistry of Materials Processing, 1994, N 6 , pp.52-57.) The coating is applied by mixing a self-fluxing nickel-based alloy containing chromium, silicon, boron, and a hardening additive based on metal boride with a particle size of 40 - 90 microns, introducing the resulting mixture into a plasma jet and subsequent spraying. However, there is no control over the amount of particles of certain fractions in the composition of the reinforcing additive in the initial powder mixture.

Недостатком известного покрытия является недостаточно высокая износостойкость (в 1,5 раза меньше, чем в предлагаемом техническом решении). A disadvantage of the known coating is not sufficiently high wear resistance (1.5 times less than in the proposed technical solution).

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать покрытие, обладающее более высокой по сравнению с известными износостойкостью. Thus, the authors were faced with the task of developing a coating with a higher wear resistance than the known ones.

Поставленная задача решена в предлагаемом износостойком покрытии, состоящем из матричного самофлюсующегося сплава на основе никеля, содержащего хром, кремний, бор, и распределенных в нем частиц упрочняющей добавки на основе двойного борида, в котором частицы упрочняющей, добавки распределены в матричном сплаве послойно, а именно:
I слой (верхний) - 73-80% от общего количества частиц упрочняющей добавки;
II слой (средний) - 20-27 % от общего количества частиц упрочняющей добавки;
III слой (нижний) - частицы упрочняющей добавки отсутствуют.The problem is solved in the proposed wear-resistant coating, consisting of a matrix self-fluxing alloy based on nickel containing chromium, silicon, boron, and distributed in it particles of a reinforcing additive based on double boride, in which particles of a reinforcing, additives are distributed layerwise in the matrix alloy, namely :
I layer (upper) - 73-80% of the total number of particles of a reinforcing additive;
II layer (middle) - 20-27% of the total number of particles of a reinforcing additive;
III layer (lower) - particles of reinforcing additives are absent.

Поставленная задача решена также в предлагаемом способе нанесения плазменного покрытия, включающем получение порошковой шихты путем смешения самофлюсующегося сплава на основе никеля, содержащего хром, кремний, бор, и упрочняющей добавки на основе двойного борида с дисперсностью частиц 40 - 90 мкм, ввод в плазменную струю полученной шихты и последующее напыление, в котором порошок упрочняющей добавки содержит 22 - 36% от общего частиц дисперсностью менее 50 мкм и 64-78% от общего частиц дисперсностью более 50 мкм. The problem is also solved in the proposed method for applying a plasma coating, including obtaining a powder mixture by mixing a self-fluxing nickel-based alloy containing chromium, silicon, boron, and a reinforcing additive based on double boride with a particle size of 40 - 90 microns, introducing into the plasma jet the obtained charge and subsequent spraying, in which the powder reinforcing additives contains 22 - 36% of the total particles with a fineness of less than 50 microns and 64-78% of the total particles with a fineness of more than 50 microns.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известно износостойкое покрытие на основе матричного самофлюсующегося сплава и упрочняющей добавки с послойным распределением частиц этой добавки в матричном сплаве, а также не известен способ нанесения такого покрытия, в котором перед вводом в плазменную струю готовят исходную шихту, в которой порошок упрочняющей добавки содержит 22 - 36% от общего частиц дисперсностью менее 50 мкм и 64 - 78% от общего частиц дисперсностью более 50 мкм. At present, a wear-resistant coating based on a matrix self-fluxing alloy and a hardening additive with a layer-by-layer distribution of particles of this additive in a matrix alloy is not known from the patent and scientific literature, and there is no known method for applying such a coating, in which the initial preparation is introduced before entering the plasma jet charge, in which the powder of the reinforcing additive contains 22 - 36% of the total particles with a fineness of less than 50 microns and 64 - 78% of the total particles with a fineness of more than 50 microns.

Именно определенное процентное содержание частиц мелкой (менее 50 мкм и крупной (более 50 мкм) фракций упрочняющей добавки в составе исходной шихты позволяет получить послойное распределение частиц в матричном сплаве износостойкого покрытия, что в свою очередь обусловливает его высокую износостойкость. Отклонение от заявляемого процентного соотношения в сторону увеличения количества мелкой фракции, то есть при содержании частиц размером менее 50 мкм больше чем 36% приводит к уменьшению содержания частиц упрочняющей добавки в I слое (верхнем) покрытия, который является рабочим. Общее содержание частиц в верхнем слое становится менее 73%. Содержание частиц во II слое (среднем) становится более 27%. Кроме того, наблюдается появление незначительного количества частиц упрочняющей добавки в III (нижнем) слое покрытия. Износостойкость покрытия в этом случае значительно снижается. Отклонение от заявляемого процентного соотношения в сторону увеличения количества крупной фракции частиц упрочняющей добавки в исходной шихте, то есть при содержании частиц размером более 50 мкм больше чем 78% способствует увеличению концентрации частиц в I (верхнем) слое получаемого покрытия, который содержит в этом случае более 80% от общего количества частиц упрочняющей добавки. Общее содержание частиц во II (среднем слое) становится менее 20%. При этом в I (верхнем) слое покрытия матричного сплава становится недостаточно для обеспечения когезионной прочности покрытия, поэтому частицы упрочняющей добавки в процессе работы покрытия интенсивно выкрашиваются, износостойкость покрытия резко снижается. Значения износостойкости покрытия при выходе за пределы заявляемого процентного соотношения мелкой и крупной фракций частиц упрочняющей добавки в исходной шихте приведены в таблице. It is a certain percentage of particles of fine (less than 50 microns and large (more than 50 microns) fractions of the reinforcing additive in the composition of the initial charge that allows you to obtain a layered distribution of particles in the matrix alloy wear-resistant coating, which in turn leads to its high wear resistance. Deviation from the claimed percentage in side of the increase in the amount of fine fraction, that is, when the content of particles less than 50 microns in size is more than 36%, it leads to a decrease in the content of particles of the strengthening additive in the I layer (upper m) of the coating, which is working. The total content of particles in the upper layer becomes less than 73%. The content of particles in the II layer (average) becomes more than 27%. In addition, an insignificant amount of particles of the strengthening additive appears in the III (lower) coating layer. The wear resistance of the coating in this case is significantly reduced.The deviation from the claimed percentage in the direction of increasing the number of coarse particles of the hardening additive particles in the initial charge, that is, when the content of particles larger than 50 microns is more than 78% helps to increase the concentration of particles in the I (upper) layer of the resulting coating, which in this case contains more than 80% of the total number of particles of the strengthening additive. The total particle content in II (middle layer) becomes less than 20%. At the same time, in the I (upper) coating layer of the matrix alloy it becomes insufficient to ensure cohesive strength of the coating, therefore, the particles of the reinforcing additive are intensively painted during the coating process, and the wear resistance of the coating is sharply reduced. The values of the wear resistance of the coating when exceeding the limits of the claimed percentage of fine and coarse fractions of particles of reinforcing additives in the initial charge are given in the table.

Предлагаемый способ заключается в следующем. The proposed method is as follows.

Для получения покрытия готовят исходную порошковую шихту, состоящую из самофлюсующегося сплава системы Ni(Co) - Cr - Si - В, дисперсность частиц которого составляет 40 - 100 мкм, и упрочняющей добавки на основе двойного борида металла с дисперсностью частиц 40 - 90 мкм. При этом содержание частиц размером менее 50 мкм составляет 22 - 36% от общего количества частиц упрочняющей добавки, а содержание частиц размером более 50 мкм составляет 64 - 78% от общего количества частиц упрочняющей добавки. Может быть использован порошок самофлюсующегося сплава следующего состава: ПГ - СР2, ПГ - СРЗ, ПГ - СР5, стеллит. Смесь тщательно перемешивают и затем подают под срез газовоздушного плазмотрона для напыления на стальные образцы (Ст. 3), предварительно подвергнутые дробеструйной обработке и обезжириванию. Напыление проводят при мощности плазмотрона 40 - 60 кВА. После нанесения покрытия его подвергают оплавлению при температуре 1030-1060oC газокислородным пламенем. Износостойкость покрытия определяют по стандартной методике (ГОСТ 17367-71) на машине Х4 - Б. Испытания проводят послойно в соответствии с результатами металлографических исследований на микроскопе "Neophot", при этом толщина верхнего слоя полученного покрытия лежит в пределах 140 - 260 мкм. Условия изнашивания: абразив - шкурка из SiC (размер зерна 50-63 мкм), эталон - ст.50, закаленная до HRC = 52-54 ед., путь трения - 15 м, нагрузка - 10 кг/см2.To obtain a coating, an initial powder mixture is prepared consisting of a self-fluxing alloy of the Ni (Co) - Cr - Si - B system with a particle size dispersion of 40 - 100 μm, and a reinforcing additive based on double metal boride with a particle size of 40 - 90 μm. In this case, the content of particles less than 50 microns in size is 22 - 36% of the total number of particles of the reinforcing additive, and the content of particles larger than 50 microns is 64 - 78% of the total number of particles of the reinforcing additive. A powder of a self-fluxing alloy of the following composition can be used: PG - SR2, PG - SRZ, PG - SR5, stellite. The mixture is thoroughly mixed and then fed under the cut of a gas-air plasma torch for spraying onto steel samples (Art. 3), previously subjected to bead-blasting and degreasing. Spraying is carried out at a plasma torch power of 40-60 kVA. After coating, it is subjected to reflow at a temperature of 1030-1060 o C gas flame. The wear resistance of the coating is determined according to the standard method (GOST 17367-71) on an X4-B machine. Tests are carried out in layers according to the results of metallographic studies with a Neophot microscope, while the thickness of the upper layer of the resulting coating lies in the range 140 - 260 μm. Wear conditions: abrasive - SiC sandpaper (grain size 50-63 μm), standard - st.50, hardened to HRC = 52-54 units, friction path - 15 m, load - 10 kg / cm 2 .

Пример 1. Готовят порошковую шихту из самофлюсующегося сплава Ni-Cr-B-Si (ГОСТ ПГ-СР2) с дисперсностью частиц 40-100 мкм - 60 г и упрочняющей добавки состава (TiCr)B2 - 40 г с дисперсностью частиц 40-90 мкм, при этом частицы с дисперсностью менее 50 мкм составляют 27% от общего числа частиц упрочняющей добавки, а частицы дисперсностью более 50 мкм - 73%. Механическую смесь тщательно перемешивают в смесителе типа "пьяная бочка". Далее смесь подают под срез сопла газовоздушного плазмотрона для напыления на стальные образцы (ст. 3), предварительно подвергнутые дробеструйной обработке и обезжириванию. Напыление осуществляют плазменным методом на установке УПУ-3Д при мощности плазмотрона 45 кВА, в качестве плазмообразующего газа используют смесь воздуха и природного газа при соотношении 2,5:1. После нанесения покрытия проводят его оплавление газовой горелкой на воздухе при температуре 1030oC.Example 1. A powder mixture is prepared from a self-fluxing alloy Ni-Cr-B-Si (GOST PG-SR2) with a particle size of 40-100 μm - 60 g and a hardening additive composition (TiCr) B 2 - 40 g with a particle size of 40-90 microns, while particles with a dispersion of less than 50 microns account for 27% of the total number of particles of a reinforcing additive, and particles with a dispersion of more than 50 microns - 73%. The mechanical mixture is thoroughly mixed in a drunk barrel mixer. Next, the mixture is fed under the nozzle of a gas-air plasma torch for spraying on steel samples (Art. 3), previously subjected to bead-blasting and degreasing. Spraying is carried out by the plasma method at the UPU-3D installation with a plasma torch power of 45 kVA, a mixture of air and natural gas at a ratio of 2.5: 1 is used as a plasma-forming gas. After coating, it is fused with a gas burner in air at a temperature of 1030 o C.

Получают покрытие с износостойкостью 13,2, при этом по данным металлографических исследований частицы упрочняющей добавки распределены в матричном сплаве послойно: I слой (верхний рабочий, толщина которого равна 140 мкм) содержит 76,5% частиц от общего числа частиц упрочняющей добавки, II слой - 23,5%; III слой - частицы упрочняющей добавки отсутствуют. A coating is obtained with a wear resistance of 13.2, and according to metallographic studies, the particles of the reinforcing additive are distributed in the matrix alloy layer by layer: the I layer (the upper working one, whose thickness is 140 μm) contains 76.5% of the particles of the total number of particles of the reinforcing additive, II layer - 23.5%; III layer - particles of reinforcing additives are absent.

Остальные примеры осуществления способа приведены в таблице. Other examples of the method are shown in the table.

Таким образом, предлагаемый способ нанесения износостойкого покрытия, а также структура получаемого покрытия позволяют повысить износостойкость. Thus, the proposed method of applying a wear-resistant coating, as well as the structure of the resulting coating, can increase the wear resistance.

Claims (2)

1. Износостойкое покрытие, состоящее из матричного самофлюсующегося сплава на основе никеля, содержащего хром, кремний, бор, и распределенных в нем частиц упрочняющей добавки на основе двойного борида, отличающееся тем, что частицы упрочняющей добавки распределены в матричном сплаве послойно, а именно: I слой (верхний) - 73 - 80% от общего количества частиц упрочняющей добавки; II слой (средний) - 20 - 27% от общего количества частиц упрочняющей добавки; III слой (нижний) - частицы упрочняющей добавки отсутствуют. 1. Wear-resistant coating, consisting of a matrix self-fluxing nickel-based alloy containing chromium, silicon, boron, and particles of a reinforcing additive based on double boride distributed in it, characterized in that the particles of the reinforcing additive are distributed layerwise in the matrix alloy, namely: I layer (top) - 73 - 80% of the total number of particles of reinforcing additives; II layer (middle) - 20 - 27% of the total number of particles of reinforcing additives; III layer (lower) - particles of reinforcing additives are absent. 2. Способ нанесения износостойкого покрытия, включающий получение порошковой шихты путем смешения самофлюсующегося сплава на основе никеля, содержащего хром, кремний, бор, и упрочняющей добавки на основе двойного борида с дисперсностью частиц 40 - 90 мкм, ввод в плазменную струю полученной шихты и последующее напыление, отличающийся тем, что порошок упрочняющей добавки содержит 22 - 36% от общего частиц дисперсностью менее 50 мкм и 64 - 78% от общего частиц дисперсностью более 50 мкм. 2. A method of applying a wear-resistant coating, including obtaining a powder mixture by mixing a self-fluxing nickel-based alloy containing chromium, silicon, boron, and a reinforcing additive based on double boride with a particle size of 40 - 90 microns, introducing the resulting mixture into a plasma jet and subsequent spraying characterized in that the powder of the reinforcing additive contains 22 - 36% of the total particles with a fineness of less than 50 microns and 64 - 78% of the total particles with a fineness of more than 50 microns.
RU97119906A 1997-11-20 1997-11-20 Wear-resistant coating and method for manufacturing thereof RU2136777C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97119906A RU2136777C1 (en) 1997-11-20 1997-11-20 Wear-resistant coating and method for manufacturing thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97119906A RU2136777C1 (en) 1997-11-20 1997-11-20 Wear-resistant coating and method for manufacturing thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU97119906A RU97119906A (en) 1999-08-10
RU2136777C1 true RU2136777C1 (en) 1999-09-10

Family

ID=20199543

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97119906A RU2136777C1 (en) 1997-11-20 1997-11-20 Wear-resistant coating and method for manufacturing thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2136777C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578872C1 (en) * 2014-11-24 2016-03-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН" Method of wear-resistant coating application

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Физика и химия обработки материалов, 1994, N 6, с. 52 - 57. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2578872C1 (en) * 2014-11-24 2016-03-27 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН" Method of wear-resistant coating application

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2269146C (en) Powder of chromium carbide and nickel chromium
DE60201922T2 (en) Spray powder and process for its preparation
US4725508A (en) Composite hard chromium compounds for thermal spraying
DE3152549C2 (en) Powder coating material for thermal coating
US3655425A (en) Ceramic clad flame spray powder
EP0607779B1 (en) Thermal spray method for coating cylinder bores for internal combustion engines
US4039318A (en) Metaliferous flame spray material for producing machinable coatings
US3841901A (en) Aluminum-and molybdenum-coated nickel, copper or iron core flame spray materials
US4019875A (en) Aluminum-coated nickel or cobalt core flame spray materials
CA2039744A1 (en) Aluminum and boron nitride thermal spray powder
DE2605935A1 (en) COMPOSITE FLAME POWDER
DE1521636A1 (en) Flame spray powder
JPH01195267A (en) Manufacture of sprayed deposit, thermally sprayed article, and powder for thermal spraying
DE3036206A1 (en) WEAR-RESISTANT COATING, OXIDATION AND CORROSION PROTECTIVE COATING, CORROSION- AND WEAR-RESISTANT COATING ALLOY, ITEM PROVIDED WITH SUCH A COATING AND METHOD FOR PRODUCING SUCH A COATING
DE102016114533A1 (en) Iron-based alloy for the production of thermally sprayed wear-resistant coatings
RU2136777C1 (en) Wear-resistant coating and method for manufacturing thereof
Wang et al. Cemented carbide reinforced nickel-based alloy coating by laser cladding and the wear characteristics
GB2026041A (en) Flame spray powder
DE10002570B4 (en) Thermal spray material, structure and method of making the same
CN112281105A (en) Metal ceramic composite coating and preparation method and application thereof
WO2009144105A1 (en) Process for applying a bonding primer layer
DE1646680C3 (en) Flame spray powder containing carbides with a high melting point and sprayed on by means of a plasma flame
DE10061749A1 (en) Wear protection layer used for piston rings in internal combustion engines consists of an agglomerated sintered tungsten carbide powder and a further metallic phase made from cobalt, nickel and chromium
US3847559A (en) Erosion resistant composites
JP2770968B2 (en) Chromium carbide-metal composite powder for high energy spraying

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20071121