RU2506347C2 - Способ повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита - Google Patents
Способ повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита Download PDFInfo
- Publication number
- RU2506347C2 RU2506347C2 RU2011148581/28A RU2011148581A RU2506347C2 RU 2506347 C2 RU2506347 C2 RU 2506347C2 RU 2011148581/28 A RU2011148581/28 A RU 2011148581/28A RU 2011148581 A RU2011148581 A RU 2011148581A RU 2506347 C2 RU2506347 C2 RU 2506347C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wear resistance
- metal
- nanostructured
- coating
- improvement
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектроники, альтернативной энергетике и т.д. Способ повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита «металл-керамика», преимущественно (CO40Fe40B20)x(CaF2)100-x, получаемого методом ионно-лучевого напыления на подложки и представляющего собой наноструктурный материал, состоящий из металлических гранул со средним диаметром преимущественно 2-6 нм, расположенных в объеме керамической матрицы, характеризуется тем, что концентрацию металлической фазы при напылении выбирают в пределах 20-60 ат.%, предпочтительно 30-56 ат.%. Изобретение обеспечивает повышенную износостойкость, высокую стабильность параметров с одновременным снижением себестоимости. 1 ил.
Description
Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике и может быть использовано в различных областях современной наноиндустрии, микроэлектроники, альтернативной энергетике и т.д.
Исследования последних лет показали, что материалы и покрытия с ультрамелкодисперсной структурой и наноструктурными упрочняющими элементами обладают улучшенными физико-химическими и механическими свойствами. Поэтому в последние годы во всем мире проводятся работы по разработке способов получения материалов с наноструктурой.
Как правило, получаемые покрытия представляют собой металлические сплавы и поэтому улучшают свойства защищаемой поверхности лишь по одному из параметров, например твердость или прочность, в то время как по другим параметрам обнаруживают значительно более низкие показатели. Традиционные способы формирования упрочняющих покрытий являются различными вариантами методов наплавки, таких как плазменное, электронно-лучевое, лазерное, аргонодуговое, электродуговое, электрошлаковое и др., и это позволяет при наплавлении покрытий использовать присадочные материалы для повышения прочности за счет создания гетерофазной, а не однофазной структуры.
Известны различные методы формирования наноструктурных поверхностных слоев и наноструктурных покрытий, например, методом лазерно-плазменной обработки [В.В.Мелюков, А.В.Частиков, А.А.Чирков, А.М.Чирков, А.В.Окатов. Формирование наноструктурных поверхностных слоев методом лазерно-плазменной обработки при атмосферных условиях. Сб.: Сварка и контроль. - 2005. Материалы докладов 24-й научно-технической конференции сварщиков Урала и Сибири 16-18 марта 2005 г. Челябинск, 2005, с.125-131], или методом абразивной обработки [Zhang Shu-lan, Chen Huai-ning, Lin Quanhong, Liu Gang (Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, КНР). Hanjie xuebao=Trans. China Weld. Inst. 2005. 26, №3, c.73-76].
Однако эти методы и покрытия, полученные этими методами, обладают рядом недостатков.
Внешняя поверхность формируемых покрытий характеризуется значительной шероховатостью, что требует последующей дополнительной обработки, уменьшающей толщину покрытия и влияющей на структурное состояние покрытия, что, в свою очередь, снижает его упрочняющие характеристики. Кроме того, размеры зерен в получаемых слоях покрытия составляют сотни и более нанометров, что не является оптимальным для упрочнения получаемого наружного слоя.
Известен способ и материал, получаемый этим способом, получения наплавленного покрытия с применением в качестве присадочного материала смеси порошков исходных компонентов, включающей карбид вольфрама WC [С.Ф.Гнюсов, Д.А.Маков, В.Г.Дураков. Получение износостойких композиционных покрытий с мультимодальным распределением упрочняющей фазы. - Сб.: Сварка и контроль. - Материалы докладов 24-й научно-технической конференции сварщиков Урала и Сибири 16-18 марта 2005 г. - Челябинск, 2005. С.74-82].
Указанный способ реализуется следующим образом.
При аргонодуговой наплавке неплавящимся электродом по прототипу за один проход формировалось покрытие толщиной 3-4 мм. Размер зерна матрицы составлял 8,0-60,0 мкм, а средний размер частиц упрочняющей фазы составлял 3,3 мкм. При этом в полученных покрытиях находившийся в смеси порошков монокарбид вольфрама в результате воздействия сварочной дуги и значительного перегрева ванны в зоне ее действия в процессе наплавки полностью растворялся в жидкой металлической ванне, а при последующем охлаждении упрочняющая фаза выделялась в виде равноосных зерен или в виде дендритов размерами от 4 до 15 мкм.
Недостатком известного способа и материала является то, что при его использовании невозможно получить металл покрытия с ультрамелкодисперсной структурой и упрочняющими частицами в наноразмерном диапазоне, т.к. к началу кристаллизации в жидком металле отсутствует необходимое количество центров кристаллизации для получения металла покрытия с ультрамелкодисперсной структурой и упрочняющими частицами в наноразмерном диапазоне.
Задачей предложенного технического решения является устранение указанных недостатков и создание способа повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита «металл-керамика», применение которого позволит обеспечить повышенную износостойкость, высокую стабильность параметров с одновременным снижением себестоимости.
Решение указанной задачи достигается за счет того, что в предложенном способе повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита «металл-керамика», преимущественно (CO40Fe40B20)x(CaF2)100-x, получаемого методом ионно-лучевого напыления на подложки и представляющего собой наноструктурный материал, состоящий из металлических гранул со средним диаметром преимущественно 2…6 нм, расположенных в объеме керамической матрицы, согласно изобретению концентрацию металлической фазы при напылении выбирают в пределах 20…60 ат.%, предпочтительно 30…56 ат.%.
Высокая износостойкость композитов, получаемых при помощи указанного способа, обусловлена наличием в них двух принципиально различных наноструктурированных сред: металлической и диэлектрической, с высокой объемной долей границ раздела фаз, препятствующих как межзеренному скольжению, так и распространению трещин.
Нижнее значение указанного соотношения выбрано исходя из следующих соображений.
Экспериментальные работы показали, что, при снижении концентрации металлической фазы в нанокомпонентах менее 30 ат.% износостойкость снижается, причем в отличие от зоны с максимальной износостойкостью 30…56 ат.% увеличение нагрузки всего лишь в два раза, от 2 до 4 Н, приводит к разрушению покрытия. По всей видимости, это является следствием изменения морфологии композитов: для таких низких концентраций металлической фазы основная объемная доля композита приходится на диэлектрик САF2, являющийся более хрупким материалом, чем металлический сплав. В этом случае развитие микротрещин керамического материала не блокируется лабиринтной структурой металлических наногранул и разрушение покрытия идет более активно.
Верхнее значение указанного соотношения выбрано исходя из следующих соображений.
Максимум износостойкости обусловлен оптимальным объемным сочетанием двух фаз, одна из которых более пластичная, а другая - более хрупкая. Однако в тех образцах, где содержание металлической фазы составляет более 60 ат.%, происходит резкое снижение износостойкости из-за того, что металлическая фаза представляется уже в виде сравнительно больших образований из контактирующих друг с другом гранул - кластеров. С увеличением концентрации металлической фазы происходящий рост гранул до кластеров приводит к невозможности подавления процессов зарождения и развития дислокации, что вызывает резкое снижение прочности всего покрытия.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показана концентрационная зависимость размерного коэффициента износостойкости k нанокомпозита (CO40Fe40B20)x(CaF2)100-x, полученная экспериментальным путем.
Пример конкретного выполнения.
Композиты (CO40Fe40B20)x(CaF2)100-x получены методом ионно-лучевого распыления составных мишеней в среде аргона. Совместное осаждение компонентов материала производилось на ситалловые подложки СТ-60, на поверхности которых в результате процессов самоорганизации происходило формирование двухфазной структуры.
Для исследования износостойкости композитов использовались покрытия толщиной 5…6 мкм, нанесенные на ситалловые подложки и содержащие различное количество металлической фазы: 23, 30, 36, 55 и 65 ат.%.
Трибологические исследования композиционных покрытий проводились на автоматизированной машине трения High-Temperature Tribometer, CSM Instruments, Швейцария, по схеме испытания «шарик-диск» в соответствии с международными стандартами ASTM G99-959, DIN50324. Непосредственно в процессе испытаний определялся коэффициент трения трущейся пары. В качестве материала контртела, представляющего собой шарик диаметром 6 мм, использовался оксид алюминия Аl2О3. Измерение коэффициентов трения трущейся пары выполнялись на воздухе при нагрузке на индентор от 2 Н до 7 Н и скорости перемещения контртела 7 см/сек. Результаты испытаний показаны на фиг.1. Из полученных экспериментальных данных следует, что коэффициент износостойкости k имеет оптимальное значение в предложенных пределах концентрации металлической фазы при напылении.
Использование предложенного технического решения позволит создать наноструктурное покрытие из гранулированного композита «металл-керамика», обеспечивающего повышенную износостойкость, высокую стабильность параметров с одновременным снижением себестоимости.
Claims (1)
- Способ повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита «металл-керамика», преимущественно (CO40Fe40B20)x(CaF2)100-x, получаемого методом ионно-лучевого напыления на подложки и представляющего собой наноструктурный материал, состоящий из металлических гранул со средним диаметром преимущественно 2-6 нм, расположенных в объеме керамической матрицы, характеризующийся тем, что концентрацию металлической фазы при напылении выбирают в пределах 20-60 ат.%, предпочтительно 30-56 ат.%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011148581/28A RU2506347C2 (ru) | 2011-11-29 | 2011-11-29 | Способ повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011148581/28A RU2506347C2 (ru) | 2011-11-29 | 2011-11-29 | Способ повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011148581A RU2011148581A (ru) | 2013-06-10 |
RU2506347C2 true RU2506347C2 (ru) | 2014-02-10 |
Family
ID=48784390
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011148581/28A RU2506347C2 (ru) | 2011-11-29 | 2011-11-29 | Способ повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2506347C2 (ru) |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001012431A1 (en) * | 1999-08-16 | 2001-02-22 | Rutgers, The State University | Multimodal structured hardcoatings made from micro-nanocomposite materials |
WO2007089260A2 (en) * | 2005-05-25 | 2007-08-09 | Bwxt Y-12, Llc | Nanostructured composite reinforced material |
US7288133B1 (en) * | 2004-02-06 | 2007-10-30 | Dwa Technologies, Inc. | Three-phase nanocomposite |
WO2007149881A2 (en) * | 2006-06-19 | 2007-12-27 | Cabot Corporation | Metal-containing nanoparticles, their synthesis and use |
US7465365B1 (en) * | 2002-07-23 | 2008-12-16 | General Electric Company | Method for making materials having artificially dispersed nano-size phases and articles made therewith |
WO2009120766A2 (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-01 | The Curators Of The University Of Missouri | Nanocomposite dielectric coatings |
RU2387739C1 (ru) * | 2008-09-16 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Способ получения защитного нанокомпозиционного покрытия на алюминии или его сплаве |
RU2394937C1 (ru) * | 2008-10-31 | 2010-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологические системы защитных покрытий" | Способ получения наноструктурированного покрытия |
WO2010096442A2 (en) * | 2009-02-19 | 2010-08-26 | Technion Research And Development Foundation Ltd. | Ceramic nanocomposite material and method of manufacturing thereof |
-
2011
- 2011-11-29 RU RU2011148581/28A patent/RU2506347C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001012431A1 (en) * | 1999-08-16 | 2001-02-22 | Rutgers, The State University | Multimodal structured hardcoatings made from micro-nanocomposite materials |
US7465365B1 (en) * | 2002-07-23 | 2008-12-16 | General Electric Company | Method for making materials having artificially dispersed nano-size phases and articles made therewith |
US7288133B1 (en) * | 2004-02-06 | 2007-10-30 | Dwa Technologies, Inc. | Three-phase nanocomposite |
WO2007089260A2 (en) * | 2005-05-25 | 2007-08-09 | Bwxt Y-12, Llc | Nanostructured composite reinforced material |
WO2007149881A2 (en) * | 2006-06-19 | 2007-12-27 | Cabot Corporation | Metal-containing nanoparticles, their synthesis and use |
WO2009120766A2 (en) * | 2008-03-25 | 2009-10-01 | The Curators Of The University Of Missouri | Nanocomposite dielectric coatings |
RU2387739C1 (ru) * | 2008-09-16 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского" | Способ получения защитного нанокомпозиционного покрытия на алюминии или его сплаве |
RU2394937C1 (ru) * | 2008-10-31 | 2010-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Технологические системы защитных покрытий" | Способ получения наноструктурированного покрытия |
WO2010096442A2 (en) * | 2009-02-19 | 2010-08-26 | Technion Research And Development Foundation Ltd. | Ceramic nanocomposite material and method of manufacturing thereof |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
С.Ф. Гнюсов и др. Получение износостойких композиционных покрытий с мультимодальным распределением упрочняющей фазы. Сборник: Сварка и контроль. Материалы докладов 24-й научно-технической конференции сварщиков Урала и Сибири 16-18 марта 2005 г., Челябинск, 2005, с.74-82. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011148581A (ru) | 2013-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hou et al. | Microstructure and wear characteristics of cobalt-based alloy deposited by plasma transferred arc weld surfacing | |
Buytoz | Microstructural properties of SiC based hardfacing on low alloy steel | |
Ren et al. | Wear-resistant NbMoTaWTi high entropy alloy coating prepared by laser cladding on TC4 titanium alloy | |
Goupil et al. | Cold sprayed Cu–Ni–Fe anode for Al production | |
Kumar et al. | Microstructure, mechanical and electrical characterization of zirconia reinforced copper based surface composite by friction stir processing | |
Dilawary et al. | Influence of laser surface melting on the characteristics of Stellite 12 plasma transferred arc hardfacing deposit | |
Yuan et al. | A novel approach of in-situ synthesis of WC particulate-reinforced Fe-30Ni ceramic metal coating | |
CN108504964B (zh) | 一种高稳定性铁基非晶合金、粉末及其涂层 | |
Chen et al. | Microstructure and wear properties of multicomponent alloy cladding formed by gas tungsten arc welding (GTAW) | |
RU2515600C2 (ru) | Способ получения наноструктурного покрытия | |
Li et al. | Mechanically strong, stiff, and yet ductile AlSi7Mg/graphene composites by laser metal deposition additive manufacturing | |
Dyuti et al. | Wear behavior of modified surface layer produced by TIG melting of preplaced Ti powder in nitrogen environment | |
Lu et al. | Plasma sprayed Al2O3–40% TiO2 coating by laser remelting: structural evolution, tribological properties and DFT calculation | |
RU2506347C2 (ru) | Способ повышения износостойкости наноструктурного покрытия из гранулированного композита | |
RU2506346C2 (ru) | Наноструктурное покрытие из гранулированного композита | |
RU2521914C2 (ru) | Износостойкое наноструктурное покрытие | |
Plevachuk et al. | Nanocomposite solders: An influence of un-coated and Au-coated carbon nanotubes on morphology of Cu/Sn-3.0 Ag-0.5 Cu/Cu solder joints | |
RU2511645C2 (ru) | Способ получения наноструктурного покрытия из гранулированного нанокомпозита | |
Adeleke et al. | Tungsten inert gas surface alloying of commercial purity titanium (CP-Ti) with Fe-C-Si ternary mixtures | |
Chen et al. | Effects of CeO2on Microstructural Evolution, Corrosion and Tribology Behavior of Laser Cladded TiC Reinforced Co-based Coatings | |
Sakiru et al. | Thin surface layers of iron-based alloys deposited by TIG hardfacing | |
Buytoz et al. | Microstructure of NiCrBSi/WC composite coating deposited on AISI316 stainless steel by TIG coating process | |
RU2515733C2 (ru) | Наноструктурное покрытие | |
RU2534479C2 (ru) | Дисперсный композиционный материал | |
Erfan et al. | Fabrication of mg/sic nanocomposite surface layer using friction stir processing technique |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141130 |