RU2543579C2 - Сплав на основе кобальта для нанесения покрытий - Google Patents
Сплав на основе кобальта для нанесения покрытий Download PDFInfo
- Publication number
- RU2543579C2 RU2543579C2 RU2013111894/02A RU2013111894A RU2543579C2 RU 2543579 C2 RU2543579 C2 RU 2543579C2 RU 2013111894/02 A RU2013111894/02 A RU 2013111894/02A RU 2013111894 A RU2013111894 A RU 2013111894A RU 2543579 C2 RU2543579 C2 RU 2543579C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- size
- cobalt
- coatings
- microhardness
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к металлургии сплавов на основе кобальта, предназначенных для получения износостойких покрытий с высокой микротвердостью, полученных методами гетерофазного переноса. Сплав на основе кобальта имеет следующий состав, мас.%: 20,0-30,0 Cr; 6,0-12,0 Si; 2,0-4,0 В; 0,2-0,8 Y; 0,1 - 0,6 Се; 0,3 - 0,9 La. Отношение содержания кремния к бору равно 3:1, а структура сплава представляет собой металлическую матрицу с наноразмерными частицами оксидов Се размером 30-80 нм, нитридов Y размером 50-100 нм и гидридов La размером 20-60 нм. Объемная доля наноразмерных частиц в сплаве составляет 30-50%. Предлагаемый сплав для нанесения покрытий обеспечивает повышение износостойкости покрытий за счет увеличения микротвердости до 68-72 HRc. 1 табл., 2 пр.
Description
Изобретение относится к металлургии сплавов на основе кобальта, предназначенных для получения износостойких покрытий с высокой микротвердостью для работы в жестких условиях эксплуатации, прежде всего в условиях абразивного износа.
Известен сплав на основе кобальта для литого микропровода в стеклянной изоляции (а.с. № 378965, Н01В1/02; С22С19/00, 01.01.1973), легированный хромом, кремнием и бором, %:
Cr: 20 - 30
Si: 5-10
В: 0,01-1,0
Со - остальное [1].
Известный сплав с относительно высокой микротвердостью разработан для процесса литья микропроводов с учетом специфики этого процесса и не может быть использован для получения функциональных покрытий без существенной корректировки состава.
Известен также сплав на основе кобальта для центробежного нанесения покрытий на внутреннюю поверхность цилиндра формовочной машины изделий из пластика (JP 60-200937, С22С19/07, 11.10.1985). Сплав состоит из мас.%: 0.1-10.0 Ni, 10-30 Cr, 0.5-3.0 В, 2.5-5.0 Si, 0.01-10.0 Ρ и неизбежные примеси и может дополнительно содержать 1-15%W и / или 1-10% Mo [2].
Сплав характеризуется относительно низкой износостойкостью, т.к. предназначен для нанесения покрытий на внутреннюю поверхность цилиндра машины для формовки пластмассовых изделий, имеющих невысокую твердость.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту, и принятым нами за прототип, является сплав для нанесения износостойких покрытий (JP 57-032347А, С22С19/05, С23С15/00, С23С07/00, С23С17/00, 22.02.1982). Композиция состоит из мас.%: 5-45 Al, 10-40 Cr, 0.005-0.8 В, 0.01-1.0 РЗЭ, например, Y в виде простого вещества или смеси, а остальное Ni или Со [3].
Введение алюминия в кобальтовые сплавы повышает вязкость, что снижает микротвердость сплава (не более 20 HRc), вследствие чего сплав имеет относительно низкую износостойкость, например, при абразивном износе. Однако практика работы современных деталей машин в условиях абразивного износа, а также при обработке или изготовлении металлических деталей из высокопрочных сталей и сплавов, показывает, что микротвердость должна быть не менее 50 HRc. Исследование микроструктуры известных сплавов показывает, что причиной низкой микротвердости у известных сплавов является отсутствие упрочняющих армирующих компонентов, например соединений эффективных редкоземельных элементов, прежде всего иттрия, лантана и церия, активно образующих в сплаве из-за наибольшего сродства к азоту, водороду и кислороду, соответственно нитриды, гидриды и оксиды в виде наноразмерных включений.
Известно, что создание наноструктурированного состояния за счет наноразмерных когерентных выделений приводит к эффективному повышению микротвердости сплава. Однако количество таких выделений должно быть строго регламентировано.
Техническим результатом настоящего изобретения является разработка сплава на основе кобальта для получения износостойких покрытий с микротвердостью 68 - 72 HRc, перспективных для инновационных изделий.
Технический результат достигается за счет того, что сплав на основе кобальта для нанесения износостойких покрытий методами гетерофазного переноса, содержащий хром, бор и иттрий, в соответствии с изобретением дополнительно содержит кремний, церий и лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Cr | 20,0-30,0 |
Si | 6,0-12,0 |
В | 2,0-4,0 |
Y | 0,2-0,8 |
Се | 0,1-0,6 |
La | 0,3-0,9 |
Со | остальное, |
причем отношение содержания кремния к бору равно 3:1, а структура сплава представляет собой металлическую матрицу с наноразмерными частицами оксидов Се размером 30-80 нм, нитридов Y размером 50-100 нм и гидридов La размером 20-60 нм, при этом объемная доля наноразмерных частиц в сплаве составляет 30-50%.
В качестве матричного материала (базового сплава), как показывает практика получения износостойких покрытий, целесообразно использовать сплав Co-Cr-Si-B. Введение Сг в количествах 20-30% обеспечивает создание матричного материала с оптимальной прочностью, а введение Si в количествах 6-12% и В в количествах 2-4% в соотношении 3:1 соответствует устойчивому соединению этих элементов и обеспечивает смачиваемость сплавом металлической подложки. Базовый состав имеет только один недостаток - относительно невысокую микротвердость.
Для достижения требуемой микротвердости в сплав системы Со-Сг-Si-B дополнительно вводят Y, La и Се, которые, имея наибольшее сродство к азоту, водороду и кислороду соответственно, образуют в сплаве наноразмерные включения в виде нитридов, гидридов и оксидов, когерентно связанных с матрицей, и обеспечивающих за счет этого существенное повышение микротвердости и, соответственно, износостойкости покрытия.
При содержании в сплаве Се 0,1-0,6% образуются наноразмерные выделения оксидов от 30 до 80 нм; при содержании иттрия 0,2-0,8% образуются нитриды размером 50-100 нм; при содержании лантана 0,3-0,9% - гидриды размером 20-60 нм. Это оптимальные размеры выделений для повышения микротвердости в 3-3,5 раза. Следует отметить, что при указанных размерах нановыделений обеспечивается когерентная связь с матрицей и равномерное распределение по объему. Выделения в матрице наноразмерных частиц приводят к существенному упрочнению матрицы и, соответственно, повышению микротвердости в указанных пределах. Важным является то, что указанные наноразмерные выделения образуются непосредственно при выплавке сплава и должны сохраняться при получении из слитка порошковых материалов (за счет высокоэнергетических методов обработки, а также за счет использования методов сверхзвукового гетерофазного переноса при получении функциональных покрытий).
Экспериментально установлено, что достижение требуемой микротвердости обеспечивается только при комплексном легировании сплава Y, La, Се. При этом объемная доля наноразмерных частиц в металлической матрице должна быть 30-50%, что соответствует оптимальному количеству, не приводящему к разупрочнению сплава. При меньшей объемной доле упрочняющих наноразмерных частиц эффект увеличения микротвердости незначителен. При наличии большего количества выделений (более 50%) наблюдается существенное охрупчивание сплава. Особенно этот эффект заметен в покрытиях и тонких пленках.
В лабораторных условиях были изготовлены опытные партии (9 вариантов) сплава, в которых удалось достичь требуемого результата с точки зрения микротвердости и получения качественных покрытий. Результаты испытаний приведены в Таблице 1.
Пример 1
Выплавка сплава производится в высокочастотной плавильной печи типа ЛПЗ-37 с рабочей частотой 440 кГц в алундовых тиглях. Введение шихтовых материалов производится в следующей последовательности: Со→Cr→Si→В→Y→La→Се. Масса слитка 1,0 кг. Из слитка по дезинтеграторной технологии на установке типа "ДЕЗИ-15" получают порошки фракции 40-63 мкм. Полученный таким образом порошок напыляют на установке сверхзвукового холодного газодинамического напыления "Димет-3".Этот метод нанесения покрытий обеспечивает сохранение химического и фазового состава исходного порошка, в.т.ч. и наноразмерных выделений, за счет низкой температуры гетерофазного переноса (80-120°С) и высоких скоростей потока (до 2,5 Махов/скоростей звука). Толщина покрытия 100±10 мкм. Наноструктурированное покрытие имеет включения размером 50-80 нм и объемной долей 30%.
Пример 2
Выплавка сплава производится в высокочастотной плавильной печи типа ЛПЗ-37 с рабочей частотой 440 кГц в алундовых тиглях. Введение шихтовых материалов производится в следующей последовательности: Со→Cr→Si→В→Y→La→Се. Масса слитка 1,0 кг. Из слитка по дезинтеграторной технологии на установке типа "ДЕЗИ-15" получают порошки фракции 40-63 мкм. Полученный таким образом порошок напыляют на установке микроплазменного напыления "УГНП-2/2270". Толщина покрытия примерно 150±15 мкм. Наноструктурированное покрытие имеет включения размером 50-80 нм и объемной долей 50%.
Предлагаемый сплав на основе кобальта с армирующими наноразмерными компонентами позволяет получить покрытия, полученные методами гетерофазного переноса, микротвердостью 68-72 HRc, что в 3-3,5 раза превышает микротвердость известных аналогов.
Источники информации
1. A.c. СССР № 378965 от 01.01.1973 "Сплав для литого микропровода в стеклянной изоляции" (МКИ Н01В 1/02; С22С 19/00).
2. JP № 60-200937 от 11.10.1985. "Со alloy for centrifugally coating inside of cylinder for plastic molding machine".
3. JP № 57-032347 от 22.02.1982. "Alloy for coating".
4. Дикусар А.И., Петренко В.И., Грабко Д.З., Харя Е.Е., Шикимака О.А. Микромеханические свойства сплавов Co-W при импульсных режимах осаждении. Сборник трудов XIV международной научно-практической конференции "Машиностроение и техносфера XXI века".- Донецк, 2007. - Т.1. - С. 266-270.
5. Бурканова Е.Ю., Фармаковский Б.В. Высокоскоростной механосинтез с использованием дезинтеграторных установок для получения наноструктурированных порошковых материалов системы металл-керамика износостойкого класса.- Вопросы материаловедения. - № 1(69). - С. 80-85. - 2012.
6. Патент РФ 2434077 от 20.11.2011. Сплав на основе квазикристалла системы Al-Cu-Fe для нанесения износостойкого, наноструктурированного покрытия.
7. Патент РФ 2418091 от 10.05.2011. Аморфный, износостойкий наноструктурированный сплав на основе никеля системы Ni-Cr-Mo-WC.
Claims (1)
- Сплав на основе кобальта для нанесения износостойких покрытий методами гетерофазного переноса, содержащий хром, бор и иттрий, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кремний, церий и лантан при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Cr 20,0-30,0 Si 6,0-12,0 В 2,0-4,0 Y 0,2-0,8 Се 0,1-0,6 La 0,3 - 0,9 Со остальное,
причем отношение содержания кремния к бору равно 3:1, а структура сплава представляет собой металлическую матрицу с наноразмерными частицами оксидов Се размером 30-80 нм, нитридов Y размером 50-100 нм и гидридов La размером 20-60 нм, при этом объемная доля наноразмерных частиц в сплаве составляет 30-50%.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013111894/02A RU2543579C2 (ru) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | Сплав на основе кобальта для нанесения покрытий |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013111894/02A RU2543579C2 (ru) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | Сплав на основе кобальта для нанесения покрытий |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013111894A RU2013111894A (ru) | 2014-09-20 |
RU2543579C2 true RU2543579C2 (ru) | 2015-03-10 |
Family
ID=51583614
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013111894/02A RU2543579C2 (ru) | 2013-03-15 | 2013-03-15 | Сплав на основе кобальта для нанесения покрытий |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2543579C2 (ru) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6068814A (en) * | 1996-12-30 | 2000-05-30 | Keum Kang Co., Ltd. | Cobalt-based heat-resisting composition |
RU2333365C2 (ru) * | 2002-09-27 | 2008-09-10 | Нуово Пиньоне Холдинг Спа | Способ обработки органов, подвергающихся эрозии под воздействием жидкостей, противоэрозионный сплав для покрытий и рабочий орган |
RU2476616C1 (ru) * | 2011-11-18 | 2013-02-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Износостойкий сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий на конструкционные элементы микроплазменным или сверхзвуковым газодинамическим напылением |
-
2013
- 2013-03-15 RU RU2013111894/02A patent/RU2543579C2/ru active IP Right Revival
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6068814A (en) * | 1996-12-30 | 2000-05-30 | Keum Kang Co., Ltd. | Cobalt-based heat-resisting composition |
RU2333365C2 (ru) * | 2002-09-27 | 2008-09-10 | Нуово Пиньоне Холдинг Спа | Способ обработки органов, подвергающихся эрозии под воздействием жидкостей, противоэрозионный сплав для покрытий и рабочий орган |
RU2476616C1 (ru) * | 2011-11-18 | 2013-02-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Износостойкий сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионно-стойких покрытий на конструкционные элементы микроплазменным или сверхзвуковым газодинамическим напылением |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013111894A (ru) | 2014-09-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Peng et al. | Effect of WC content on microstructures and mechanical properties of FeCoCrNi high-entropy alloy/WC composite coatings by plasma cladding | |
KR102292150B1 (ko) | 철계 합금의 원심 미립화 | |
Chen et al. | Laser additive manufacturing of nano-TiC particles reinforced CoCrFeMnNi high-entropy alloy matrix composites with high strength and ductility | |
JP5731500B2 (ja) | 軸受鋼 | |
Mingxi et al. | Microstructure and wear resistance of laser clad cobalt-based alloy multi-layer coatings | |
Chang et al. | Micro-structural characteristics of Fe–40 wt% Cr–xC hardfacing alloys with [1.0–4.0 wt%] carbon content | |
SE0850040A1 (sv) | Stålmaterial och förfarande för framställning därav | |
Zhou et al. | Enhanced micro-hardness and wear resistance of Al-15Si/TiC fabricated by selective laser melting | |
Kaur et al. | Microstructural characteristics of spray formed zircon sand reinforced LM13 composite | |
Hou et al. | Effect of (Mn+ Cr) addition on the microstructure and thermal stability of spray-formed hypereutectic Al–Si alloys | |
Xu et al. | Effect of B4C nanoparticles on microstructure and properties of laser cladded IN625 coating | |
Freitas et al. | Microstructural characterization and wear resistance of boride-reinforced steel coatings produced by Selective Laser Melting (SLM) | |
Ravi et al. | Microstructural evolution and wear behavior of carbon added CoCrFeMnNi multi-component alloy fabricated by mechanical alloying and spark plasma sintering | |
WANG et al. | Microstructure of nanometer Al2O3 dispersion strengthened Ni-based high-temperature protective coatings by laser cladding | |
Zhou et al. | Composition optimization of Al-Ni-Ti alloys based on glass-forming ability and preparation of amorphous coating with good wear resistance by plasma spray | |
Razaq et al. | Influence of alloying elements Sn and Ti on the microstructure and mechanical properties of gray cast iron | |
Gallo et al. | In-situ synthesis of titanium carbides in iron alloys using plasma transferred arc welding | |
Lu et al. | Characteristics of the functionally graded coating fabricated by plasma transferred arc centrifugal cladding | |
Xie et al. | Effect of annealing treatment on microstructure and mechanical properties of cold sprayed TiB2/AlSi10Mg composites | |
Malachowska et al. | Characterization of FeP-based metallic glass coatings prepared with laser cladding | |
RU2543579C2 (ru) | Сплав на основе кобальта для нанесения покрытий | |
Wensheng et al. | Effects of cerium on microstructure and bonding strength of Cu-14Al-4.5 Fe bronze plasma sprayed coating | |
Vdovin et al. | Characteristics of excess phase in cast high-manganese steel | |
Panichkin et al. | Assessment of the effect of small additions of some rare earth elements on the structure and mechanical properties of castings from hypereutectic chromium white irons. | |
Tan et al. | High-strength Fe32Cr33Ni29Al3Ti3 fabricated by selective laser melting |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160316 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190917 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20210722 |