RU2794146C1 - Износостойкий сплав на основе квазикристаллической композиции Al-Cu-Fe - Google Patents
Износостойкий сплав на основе квазикристаллической композиции Al-Cu-Fe Download PDFInfo
- Publication number
- RU2794146C1 RU2794146C1 RU2022124404A RU2022124404A RU2794146C1 RU 2794146 C1 RU2794146 C1 RU 2794146C1 RU 2022124404 A RU2022124404 A RU 2022124404A RU 2022124404 A RU2022124404 A RU 2022124404A RU 2794146 C1 RU2794146 C1 RU 2794146C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quasi
- wear
- zirconium
- crystalline composition
- alloy based
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к области создания износостойких функциональных покрытий на основе квазикристаллов системы Al-Cu-Fe для защиты от механических нагрузок изделий прецизионного машино- и энергомашиностроения. Сплав на основе квазикристаллической композиции Al-Cu–Fe содержит, мас.%: цирконий 4,0-7,0; карбид титана 20,0-30,0; квазикристалл Al-Cu-Fe - остальное, причем квазикристалл Al-Cu-Fe имеет следующий состав, мас.%: алюминий 65; медь 21,5-23,5; железо 11,0-13,5. Техническим результатом изобретения является повышение микротвердости покрытия из сплава более 700 HV. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к области создания износостойких функциональных покрытий на основе квазикристаллов системы Al - Cu - Fe для защиты от механических нагрузок изделий прецизионного машино- и энергомашиностроения.
Известны сплавы с высокой износостойкостью на основе железа (патенты РФ №2359056, №2332509, №2337178), меди (патенты РФ 2349621. №2525876, №2553799), никеля (патенты РФ №2219279, №2418091, №2527543, №2561627) и алюминия (патенты РФ №2262554, №2413024, №2434713).
Известны также износостойкие сплавы на основе квазикристаллических соединений Al - Cu - Fe, успешно работающих в условиях сухого трения (патенты РФ №2362839, №2434077). Последний сплав взят в качестве прототипа, содержащий (масс. %):
медь - 2-5;
карбид вольфрама - 20-40
квазикристалл Al - Cu - Fe - остальное.
Сплав имеет относительно высокую микротвердость (400-500 HV) и может работать в режиме сухого трения.
Общим недостатком известных сплавов, в т.ч. и сплава - прототипа является то, что они не выдерживают динамических нагрузок (экстремальные условия работы - пуск и остановку двигателя, прекращение подачи смазки). Для этого микротвердость покрытия должна быть на уровне 700-800 HV.
Техническим результатом изобретения является создание износостойкого сплава на основе квазикристаллической композиции Al - Cu - Fe, обеспечивающего повышение микротвердости покрытия более 700 HV за счет дополнительного введения карбида титана и циркония и выбора диапазона легирующих компонентов.
Технический результат достигается за счет введения в сплав на основе квазикристаллической композиции карбида титана с микротвердостью 32,0 ГПа в количестве 20-30 масс. %. В качестве пластификатора используется цирконий, который когерентно связывается с квазикристаллической матрицей.
Требуемый результат достигается при следующем соотношении компонентов (масс. %):
цирконий - 4-7;
карбид титана - 20-30;
квазикристаллы Al - Cu - Fe - остальное.
В качестве основы выбран известный стабильный квазикристалл системы Al - Cu - Fe с соотношением компонентов, масс. %:
алюминий - 65;
медь - 21,5-23,5;
железо - 11,0-13,5.
Эти составы обеспечивают стабильное существование квазикристаллической фазы в процессе нанесения функциональных покрытий и в ходе их дальнейшей эксплуатации.
Цирконий выступает в качестве эффективного пластификатора. Экспериментально установлено, что содержание циркония менее 4% не дает нужного эффекта, а более 7% приводит к уменьшению микротвердости.
В качестве упрочняющей компоненты экспериментально были опробованы HfC, ZrC, VC, NbC и TiC, имеющие показатели микротвердости выше, чем у WC. Наилучшая технологичность получения покрытий с использованием метода сверхзвукового холодного газодинамического напыления (ХГДН) была достигнута при изготовлении функциональных покрытий при добавлении в сплав 20-30 масс. % TiC. Покрытие получалось с требуемой микротвердостью, качественное, без трещин и сколов. При содержании менее 20% TiC в сплаве покрытие имело недостаточную микротвердость, при содержании TiC более 30% имело место образование трещин.
Ниже приводится конкретный пример реализации предлагаемого изобретения.
Выплавка предлагаемого состава сплава производилась на высокочастотной установке типа ЛЗ-13 мощностью 10 кВт с рабочей частотой 880 кГц в алундовых тиглях. Масса слитка составляла 1,0 кг. Последовательность введения компонентов следующая: (Al - Cu - Fe)→Zr→TiC.
Карбид титана вводился в расплав в виде наноразмерных частиц фракции 60-80 нм.
После получения слитка осуществлялось его дробление на высокоскоростной щековой дробилке типа «Пульверизетт-1» до фракции 3-5 мм, а затем на дезинтеграторной установке типа ДЕЗИ-15 до фракции 20-60 мкм.
Из полученного порошка методом ХГДН на установке типа ДИМЕТ-3 с приставкой из программного комплекса Kawasaky было нанесено покрытие при скоростях напыления 780-800 м/с и температуре гетерофазного потока 110°С. Эти режимы обеспечивают отсутствие пористости и высокую адгезию покрытия к ленточной подложке из стали Х15Ю5. Толщина полученного покрытия составляла 80-120 мкм. Определение микротвердости производилось по методу Виккерса с использованием микротвердомера AFFRI DM-8 до динамических нагрузок и после них.
Составы полученных покрытий следующие (масс. %):
1.
- цирконий - 4,0;
- карбид титана - 20,0;
- квазикристалл Al - Cu - Fe - остальное,
2.
- цирконий - 7,0;
- карбид титана - 30,0;
- квазикристалл Al - Cu - Fe - остальное.
Оценка микротвердости разработанных покрытий проводилась в соответствии с ускоренной оценкой износостойкости сопряжений в условиях сухого трения. В качестве контртела была выбрана сталь 20X13. Испытания проводили при линейной скорости 5,0 м/с. Контактное давление при данной нагрузке составляло 18-20 МПа. Результаты испытаний приведены в табл. 1.
Полученные результаты испытания покрытий показывают их пригодность для практического использования в элементах машино- и энергомашиностроения в качестве защитных покрытий при динамических нагрузках.
Claims (5)
1. Сплав на основе квазикристаллической композиции Al-Cu-Fe, отличающийся тем, что он дополнительно содержит цирконий и карбид титана при следующем соотношении компонентов, мас.%:
причем квазикристалл Al-Cu-Fe имеет следующий состав, мас.%:
2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что карбид титана введен в расплав в виде наноразмерных частиц фракции 60-80 нм.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2794146C1 true RU2794146C1 (ru) | 2023-04-11 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1524975A (zh) * | 2003-09-18 | 2004-09-01 | 上海交通大学 | 准晶颗粒增强铝基复合材料的制备工艺 |
RU2362839C1 (ru) * | 2007-11-02 | 2009-07-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Способ нанесения наноструктурированных износостойких электропроводящих покрытий |
RU2434077C2 (ru) * | 2009-11-18 | 2011-11-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | СПЛАВ НА ОСНОВЕ КВАЗИКРИСТАЛЛА СИСТЕМЫ Al-Cu-Fe ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО, НАНОСТРУКТУРНОГО ПОКРЫТИЯ |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1524975A (zh) * | 2003-09-18 | 2004-09-01 | 上海交通大学 | 准晶颗粒增强铝基复合材料的制备工艺 |
RU2362839C1 (ru) * | 2007-11-02 | 2009-07-27 | Федеральное государственное учреждение Российский научный центр "Курчатовский институт" | Способ нанесения наноструктурированных износостойких электропроводящих покрытий |
RU2434077C2 (ru) * | 2009-11-18 | 2011-11-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный Научно-Исследовательский Институт Конструкционных Материалов "Прометей" (Фгуп "Цнии Км "Прометей") | СПЛАВ НА ОСНОВЕ КВАЗИКРИСТАЛЛА СИСТЕМЫ Al-Cu-Fe ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО, НАНОСТРУКТУРНОГО ПОКРЫТИЯ |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Akhtar et al. | Microstructure, mechanical and fretting wear properties of TiC-stainless steel composites | |
US5601933A (en) | Low friction cobalt based coatings for titanium alloys | |
Saleh et al. | Study of the microstructure and mechanical characteristics of AZ91–SiC p composites fabricated by stir casting | |
Chelladurai et al. | Investigation on mechanical and wear properties of zinc-coated steel wires reinforced LM6 aluminium alloy composites by squeeze casting | |
Wang et al. | The influence of cold and detonation thermal spraying processes on the microstructure and properties of Al-based composite coatings on Mg alloy | |
Verma et al. | A short review on Al MMC with reinforcement addition effect on their mechanical and wear behaviour | |
JPH0448857B2 (ru) | ||
US5047092A (en) | Aluminium based alloy with a high Young's modulus and high mechanical, strength | |
Gajakosh et al. | Investigation on mechanical behavior of hot rolled Al7075-TiB2 in-situ metal matrix composite | |
Zhang et al. | Microstructure evolution and wear resistance of nitride/aluminide coatings on the surface of Ti-coated 2024 Al alloy during plasma nitriding | |
Chong et al. | Dry sliding wear behavior of rheocast hypereutectic Al–Si alloys with different Fe contents | |
RU2794146C1 (ru) | Износостойкий сплав на основе квазикристаллической композиции Al-Cu-Fe | |
Mehra et al. | Effect of wear parameters on dry abrasive wear of RZ5-TiC in situ composite | |
Gong et al. | Wear of Ni3Al-based materials and its chromium-carbide reinforced composites | |
Şimşek et al. | Wear behaviors at different temperatures of ZrO2 reinforced A356 matrix composites produced by mechanical alloying method | |
JPH10310832A (ja) | 摺動性にすぐれた耐摩耗複合材料 | |
Kori et al. | Studies on the microstructure and mechanical properties of A356 alloy with minor additions of copper and magnesium | |
Herbert et al. | Tensile properties of cast and mushy state rolled Al–4· 5Cu alloy and in situ Al4· 5Cu–5TiB2 composite | |
Zhao et al. | Frictional wear and thermal fatigue behaviours of biomimetic coupling materials for brake drums | |
AK | Studying the effect of reinforcing by SiCp on the dry sliding wear behavior and mechanical properties of Al-4% Cu matrix alloy | |
Ul Haq et al. | Potential of AA7075 as a tribological material for industrial applications-A review | |
Prasad et al. | Two-body abrasive wear behaviour of in-situ Al-TiC particle composites: influence of TiC reinforcement and content in the alloy matrix and experimental parameters | |
Raja et al. | Mechanical and tribological characteristics of Aluminium Hybrid composites Reinforced with Boron Carbide and Titanium Diboride | |
Namdev et al. | A review on processing and properties of aluminum based metal matrix composites | |
Zhao et al. | Evaluations of P/M gamma titanium aluminides |