RU2434077C2 - ALLOY ON BASE OF QUAZI-CRYSTAL OF SYSTEM Al-Cu-Fe FOR APPLICATION OF WEAR RESISTANT NANO STRUCTURE COATING - Google Patents
ALLOY ON BASE OF QUAZI-CRYSTAL OF SYSTEM Al-Cu-Fe FOR APPLICATION OF WEAR RESISTANT NANO STRUCTURE COATING Download PDFInfo
- Publication number
- RU2434077C2 RU2434077C2 RU2009142620/02A RU2009142620A RU2434077C2 RU 2434077 C2 RU2434077 C2 RU 2434077C2 RU 2009142620/02 A RU2009142620/02 A RU 2009142620/02A RU 2009142620 A RU2009142620 A RU 2009142620A RU 2434077 C2 RU2434077 C2 RU 2434077C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- quazi
- crystal
- copper
- application
- Prior art date
Links
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к прецизионной металлургии износостойких сплавов для получения функциональных покрытий, работающих в экстремальных условиях эксплуатации.The invention relates to precision metallurgy of wear-resistant alloys to obtain functional coatings operating in extreme operating conditions.
Известны сплавы с высокой износостойкостью на основе железа (патенты РФ №2359056; №2332509; №2337178), меди (патент РФ №2349621) и алюминия (патент РФ №2262554).Known alloys with high wear resistance based on iron (RF patents No. 2359056; No. 2332509; No. 2337178), copper (RF patent No. 2349621) and aluminum (RF patent No. 2262554).
Указанные сплавы имеют ограниченный диапазон применения, особенно в условиях интенсивного динамического износа, повышенных температур и воздействия агрессивных химических реагентов.These alloys have a limited range of applications, especially in conditions of intense dynamic wear, elevated temperatures, and exposure to aggressive chemicals.
Поэтому в последнее время ведутся интенсивные исследования и разработки по созданию материалов в неравновесном и сверхнеравновесном состояниях (квазикристаллы, аморфные материалы).Therefore, intensive research and development has recently been carried out to create materials in nonequilibrium and super-nonequilibrium states (quasicrystals, amorphous materials).
Наиболее близким к заявляемому и взятым нами за прототип является сплав для получения износостойких электропроводящих покрытий на основе меди с армирующими наночастицами квазикристаллического соединения системы Al-Cu-Fe [1].Closest to the claimed and taken as a prototype is an alloy for obtaining wear-resistant conductive coatings based on copper with reinforcing nanoparticles of a quasicrystalline compound of the Al-Cu-Fe system [1].
Проведенные экспериментальные работы при получении покрытия на основе этого сплава выявили следующие два недостатка: недостаточная пластичность и ограниченный диапазон микротвердости.The experimental work on obtaining a coating based on this alloy revealed the following two drawbacks: insufficient plasticity and a limited range of microhardness.
Следует особо отметить, что микротвердость является основным показателем износостойкости; она может быть оперативно определена для любого материала. Практика эксплуатации износостойких сплавов, работающих в экстремальных условиях эксплуатации, показывает, что необходимо иметь микротвердость материала не ниже 400-500 HV. Лучшие показатели квазикристаллов обеспечивают микротвердость не более 190 HV.It should be noted that microhardness is the main indicator of wear resistance; it can be quickly determined for any material. The practice of operating wear-resistant alloys operating in extreme operating conditions shows that it is necessary to have a microhardness of the material not lower than 400-500 HV. The best quasicrystals provide a microhardness of not more than 190 HV.
Техническим результатом изобретения является получение высокой износостойкости за счет повышения микротвердости материала наряду с повышением адгезионной и когезионной прочности наносимых покрытий.The technical result of the invention is to obtain high wear resistance by increasing the microhardness of the material along with an increase in the adhesive and cohesive strength of the applied coatings.
Технический результат достигается за счет того, что сплав на основе квазикристалла системы Al-Cu-Fe дополнительно содержит медь в виде самостоятельной фазы и карбид вольфрама. Гомогенное распределение карбида вольфрама в квазикристаллической матрице обеспечивает увеличение микротвердости до 400-500 HV.The technical result is achieved due to the fact that the alloy based on a quasicrystal of the Al-Cu-Fe system additionally contains copper in the form of an independent phase and tungsten carbide. The homogeneous distribution of tungsten carbide in the quasicrystalline matrix provides an increase in microhardness up to 400-500 HV.
Оптимальным по достигнутому эффекту является сплав при следующем соотношении компонентов, мас.%:Optimal for the achieved effect is the alloy in the following ratio of components, wt.%:
В качестве основы выбран известный квазикристалл системы Al-Cu-Fe со следующим соотношением компонентов, мас.%: алюминий 65, медь 21,5-23,5, железо 11-13,5. Эти составы обеспечивают устойчивое существование квазикристаллической фазы при нанесении покрытий и в ходе дальнейшей эксплуатации [2].The known quasicrystal of the Al-Cu-Fe system with the following ratio of components, wt.%: Aluminum 65, copper 21.5-23.5, iron 11-13.5 is selected as the basis. These compositions ensure the stable existence of the quasicrystalline phase during coating deposition and during further operation [2].
Медь выступает в качестве пластификатора при напылении покрытий. Экспериментально установлено, что содержание меди в сплаве менее 2% не дает нужного эффекта, а более 5% приводит к уменьшению твердости.Copper acts as a plasticizer when spraying coatings. It was experimentally established that the copper content in the alloy of less than 2% does not give the desired effect, and more than 5% leads to a decrease in hardness.
Карбид вольфрама выбран потому, что он легко когерентно связывается с квазикристаллической матрицей. Содержание в сплаве менее 20% карбида вольфрама не приводит к существенному увеличению твердости, а при содержании более 40% сплав становится хрупким и не пригодным для нанесения с квазикристаллической матрицей.Tungsten carbide was chosen because it readily coherently binds to a quasicrystalline matrix. The content in the alloy of less than 20% tungsten carbide does not lead to a significant increase in hardness, and when the content is more than 40%, the alloy becomes brittle and unsuitable for application with a quasicrystalline matrix.
Практическая реализация предлагаемого технического решения выполнялась по следующей схеме: выплавка исходного сплава методом прямого сплавления компонентов; дробление полученного слитка; нанесение покрытий методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления (ХГДН)The practical implementation of the proposed technical solution was carried out according to the following scheme: smelting of the initial alloy by direct fusion of components; crushing of the obtained ingot; Coating by supersonic cold gas-dynamic spraying (HGDN)
Выплавка сплава производилась в высокочастотном индукторе установки типа Л3-13 мощностью 10 кВт с рабочей частотой 880 кГц в алундовых тиглях №3 и №4 при следующей последовательности введения шихтовых компонентов: квазикристалл Al-Cu-Fe → медь → карбид вольфрама. Масса получаемых слитков 0,7-0,8 кг.The alloy was smelted in a high-frequency inductor of a L3-13 type plant with a power of 10 kW with an operating frequency of 880 kHz in alundum crucibles No. 3 and No. 4 with the following sequence of introducing charge components: Al-Cu-Fe quasicrystal → copper → tungsten carbide. The mass of the obtained ingots is 0.7-0.8 kg.
Дробление полученного слитка производилось последовательно на щековой дробилке типа «Пульверизетте 1» до фракции 3-5 мм, а затем на дезинтеграторной установке типа ДЕЗИ-15 до фракции 20-100 мкм в соответствии с руководящей документацией.The obtained ingot was crushed sequentially on a Pulverisette 1 jaw crusher to a fraction of 3-5 mm, and then on a DEZI-15 type disintegrator to a fraction of 20-100 microns in accordance with the guidelines.
Нанесение функциональных покрытий из полученного таким образом порошка производилось методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления (ХГДН) на установке типа ДИМЕТ-3 в соответствии с руководящей документацией. Температура гетерофазного потока при напылении не превышала 130°С при скоростях частиц 660-825 м/с, что обеспечивает сохранение наноструктурного состояния покрытия и практического отсутствия пористости.Functional coatings from the powder thus obtained were applied by the method of supersonic cold gas-dynamic spraying (HGDN) on a DIMET-3 type installation in accordance with the guidance documentation. The temperature of the heterophase flow during deposition did not exceed 130 ° C at particle speeds of 660-825 m / s, which ensures the preservation of the nanostructured state of the coating and the practical absence of porosity.
В качестве подложек использовалась медь, никель и сплав Х15Ю5. Толщина получаемого покрытия составляет 18-20 мкм, что обеспечивает требуемые потребительские свойства.The substrates used were copper, nickel, and the Kh15Yu5 alloy. The thickness of the resulting coating is 18-20 microns, which provides the required consumer properties.
Исследование микротвердости полученных покрытий проводилось по методу Виккерса при помощи автоматического микротвердомера AFFRI DM-8.The microhardness of the coatings was studied according to the Vickers method using an AFFRI DM-8 automatic microhardness tester.
Результаты исследования представлены в табл.1.The results of the study are presented in table 1.
Как следует из таблицы 1, предлагаемый сплав имеет более высокую микротвердость по сравнению с известным, что обеспечивает получение износостойких покрытий.As follows from table 1, the proposed alloy has a higher microhardness compared to the known, which provides wear-resistant coatings.
Источники информацииInformation sources
1. Патент России №2362839, кл. С23С 24/04, В82В 3/00, 2009 г.1. Patent of Russia No. 2362839, cl. С23С 24/04, В82В 3/00, 2009
2. Патент России №2244761, кл. С22С 1/04, 21/12, 2005 г.2. Patent of Russia No. 2244761, cl. C22C 1/04, 21/12, 2005
Claims (1)
причем квазикристалл системы Al-Cu-Fe имеет следующий состав, мас.%: алюминий 65, медь 21,5-23,5, железо 11-13,5. An alloy based on a quasicrystal of the Al-Cu-Fe system for applying a wear-resistant, nanostructured coating, characterized in that it contains copper in the form of an independent phase and tungsten carbide in the following ratio of components, wt.%:
moreover, the quasicrystal of the Al-Cu-Fe system has the following composition, wt.%: aluminum 65, copper 21.5-23.5, iron 11-13.5.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009142620/02A RU2434077C2 (en) | 2009-11-18 | 2009-11-18 | ALLOY ON BASE OF QUAZI-CRYSTAL OF SYSTEM Al-Cu-Fe FOR APPLICATION OF WEAR RESISTANT NANO STRUCTURE COATING |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009142620/02A RU2434077C2 (en) | 2009-11-18 | 2009-11-18 | ALLOY ON BASE OF QUAZI-CRYSTAL OF SYSTEM Al-Cu-Fe FOR APPLICATION OF WEAR RESISTANT NANO STRUCTURE COATING |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009142620A RU2009142620A (en) | 2011-05-27 |
RU2434077C2 true RU2434077C2 (en) | 2011-11-20 |
Family
ID=44734409
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009142620/02A RU2434077C2 (en) | 2009-11-18 | 2009-11-18 | ALLOY ON BASE OF QUAZI-CRYSTAL OF SYSTEM Al-Cu-Fe FOR APPLICATION OF WEAR RESISTANT NANO STRUCTURE COATING |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2434077C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2590694C1 (en) * | 2015-02-09 | 2016-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Кристалл Энерджи" | BIOACTIVATOR FOR GROSING CHLORELLA BASED ON Al-Cu-Fe SYSTEM QUASICRYSTAL |
RU2781329C1 (en) * | 2021-10-27 | 2022-10-11 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (АО "НПО "ЦНИИТМАШ") | METHOD FOR OBTAINING A WEAR-RESISTANT COATING BASED ON A QUASI-CRYSTALLINE ALLOY OF THE Al-Cu-Fe SYSTEM |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117066501B (en) * | 2023-08-14 | 2024-03-12 | 中铁工程服务有限公司 | Wear-resistant alloy material, shield wear-resistant ring and shield machine |
-
2009
- 2009-11-18 RU RU2009142620/02A patent/RU2434077C2/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2590694C1 (en) * | 2015-02-09 | 2016-07-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Кристалл Энерджи" | BIOACTIVATOR FOR GROSING CHLORELLA BASED ON Al-Cu-Fe SYSTEM QUASICRYSTAL |
RU2781329C1 (en) * | 2021-10-27 | 2022-10-11 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (АО "НПО "ЦНИИТМАШ") | METHOD FOR OBTAINING A WEAR-RESISTANT COATING BASED ON A QUASI-CRYSTALLINE ALLOY OF THE Al-Cu-Fe SYSTEM |
RU2794146C1 (en) * | 2022-09-14 | 2023-04-11 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | WEAR-RESISTANT ALLOY BASED ON Al-Cu-Fe QUASI-CRYSTALLINE COMPOSITION |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009142620A (en) | 2011-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Mistry et al. | Experimental investigations on wear and friction behaviour of Si3N4p reinforced heat-treated aluminium matrix composites produced using electromagnetic stir casting process | |
Li et al. | Microstructure and properties of Ti/TiBCN coating on 7075 aluminum alloy by laser cladding | |
Ignat et al. | Magnesium alloys laser (Nd: YAG) cladding and alloying with side injection of aluminium powder | |
Knowles et al. | Microstructure and mechanical properties of 6061 Al alloy based composites with SiC nanoparticles | |
Anasyida et al. | Dry sliding wear behaviour of Al–12Si–4Mg alloy with cerium addition | |
Gao et al. | The resistance to wear and corrosion of laser-cladding Al2O3 ceramic coating on Mg alloy | |
Tan et al. | Effect of strengthening particles on the dry sliding wear behavior of Al2O3–M7C3/Fe metal matrix composite coatings produced by laser cladding | |
Noble et al. | Characterisation and property evaluation of high entropy alloy coating on 316L steel via thermal spray synthesis | |
CN109763125B (en) | High-entropy alloy coating resistant to high-temperature abrasion and preparation process and application thereof | |
Reddy et al. | Friction surfacing: novel technique for metal matrix composite coating on aluminium–silicon alloy | |
Lu et al. | High-temperature phase stability and tribological properties of laser clad Mo2Ni3Si/NiSi metal silicide coatings | |
Wei et al. | Feasibility of preparing Mo2FeB2-based cermet coating by electrospark deposition on high speed steel | |
Kumar et al. | Role of CeO2 doping on tribological behavior of Al2O3 coated AZ91 alloy | |
Zhang et al. | Microstructure evolution and wear resistance of nitride/aluminide coatings on the surface of Ti-coated 2024 Al alloy during plasma nitriding | |
Jafari et al. | The effects of zirconium and beryllium on microstructure evolution, mechanical properties and corrosion behaviour of as-cast AZ63 alloy | |
Sun et al. | Interface microstructure and mechanical properties of zinc–aluminum thermal diffusion coating on AZ31 magnesium alloy | |
Wu et al. | Precipitation behavior of the high-Li-content in-situ TiB2/Al-Li-Cu composite | |
Tianshun et al. | Microstructure and corrosive wear resistance of plasma sprayed Ni-based coatings after TIG remelting | |
RU2434077C2 (en) | ALLOY ON BASE OF QUAZI-CRYSTAL OF SYSTEM Al-Cu-Fe FOR APPLICATION OF WEAR RESISTANT NANO STRUCTURE COATING | |
Tun et al. | Lightweight medium entropy magnesium alloy with exceptional compressive strength and ductility combination | |
Kubatík et al. | Preparation and properties of plasma sprayed NiAl10 and NiAl40 coatings on AZ91 substrate | |
Zhang et al. | Influence of plasma nitriding temperature on microstructures and mechanical properties of Ti-N/Ti-Al multilayer coatings on the surface of 5083 Al alloys | |
Keleş et al. | Determining the critical loads of V and Nb doped ternary TiN-based coatings deposited using CFUBMS on steels | |
Kumar et al. | Surface and interface characteristics of CeO2 doped Al2O3 coating on solution treated and peak aged AZ91 Mg alloy | |
Senthilnathan et al. | Effect of cobalt addition on the morphology and mechanical properties of W–Ni–Cu–Co alloy |