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 PDF

Info

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
Application number
RU2009142620/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009142620A (en
Inventor
Анна Сергеевна Пескова (RU)
Анна Сергеевна Пескова
Татьяна Сергеевна Виноградова (RU)
Татьяна Сергеевна Виноградова
Борис Владимирович Фармаковский (RU)
Борис Владимирович Фармаковский
Игорь Всеволодович Улин (RU)
Игорь Всеволодович Улин
Максим Анатольевич Юрков (RU)
Максим Анатольевич Юрков
Сергей Евгеньевич Шолкин (RU)
Сергей Евгеньевич Шолкин
Маргарита Николаевна Михеева (RU)
Маргарита Николаевна Михеева
Original Assignee
Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей")
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
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 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей"), Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) filed Critical Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей")
Priority to RU2009142620/02A priority Critical patent/RU2434077C2/en
Publication of RU2009142620A publication Critical patent/RU2009142620A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2434077C2 publication Critical patent/RU2434077C2/en

Links

Landscapes

  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: here is claimed alloy on base of quazi-crystal system Al-Cu-Fe for application of wear resistant nano structured coating. Alloy contains copper in form of independent phase and tungsten carbide at the following ratio of components, wt %: copper 2-5, tungsten carbide 20-40, quazi-crystal of system Al-Cu-Fe - the rest. Also, quazi-crystal of system Al-Cu-Fe has the following composition, wt %: aluminium 65, copper 21.5-23.5, iron 11-13.5. Technical result of the invention is increased wear resistance due to increased micro-hardness of material together with increased adhesion and cohesion strength of applied coating.
EFFECT: alloy possesses high micro hardness and can be used for application of wear resistant coating.
1 tbl

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.%:

медьcopper 2-52-5 карбид вольфрамаWolfram carbide 20-4020-40 квазикристалл системы Al-Cu-FeAl-Cu-Fe quasicrystal остальноеrest

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

Таблица 1Table 1 Сравнение свойств предлагаемого сплава и прототипаComparison of the properties of the proposed alloy and prototype СплавAlloy № плавкиNo. of swimming trunks Химический состав, мас.%Chemical composition, wt.% Микротвердость, HVMicrohardness, HV ПримечанияNotes медьcopper карбид вольфрамаWolfram carbide квазикристалл Al-Cu-FeAl-Cu-Fe quasicrystal ПрототипPrototype 9090 -- 1010 6060 Низкая коррозионная стойкость покрытияLow corrosion resistance 50fifty -- 50fifty 200200 4040 6060 180180 ПредлагаемыйProposed 1one 22 20twenty 7878 400400 Высокие технологические свойства материалаHigh technological properties of the material 22 3,53,5 30thirty 66,566.5 500500 33 55 4040 5555 450450 Сплав с составом за пределами предложенных значенийAlloy with composition outside the proposed values 4four 1,91.9 1919 79,179.1 -- Сплошного покрытия получить не удалосьIt was not possible to obtain a continuous coating 55 5,15.1 40,140.1 54,854.8 370370

Claims (1)

Сплав на основе квазикристалла системы Al-Cu-Fe для нанесения износостойкого, наноструктурного покрытия, характеризующийся тем, что он содержит медь в виде самостоятельной фазы и карбид вольфрама при следующем соотношении компонентов, мас.%:
медь 2-5 карбид вольфрама 20-40 квазикристалл системы Al-Cu-Fe остальное,

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.%:
copper 2-5 Wolfram carbide 20-40 Al-Cu-Fe quasicrystal rest,

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.
RU2009142620/02A 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 RU2434077C2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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