RU2812935C1 - Способ микроплазменного напыления износостойких покрытий на основе плакированных порошков системы Ti/TiB2 - Google Patents
Способ микроплазменного напыления износостойких покрытий на основе плакированных порошков системы Ti/TiB2 Download PDFInfo
- Publication number
- RU2812935C1 RU2812935C1 RU2023109205A RU2023109205A RU2812935C1 RU 2812935 C1 RU2812935 C1 RU 2812935C1 RU 2023109205 A RU2023109205 A RU 2023109205A RU 2023109205 A RU2023109205 A RU 2023109205A RU 2812935 C1 RU2812935 C1 RU 2812935C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- powder
- clad
- wear
- titanium diboride
- Prior art date
Links
- 239000000843 powder Substances 0.000 title claims abstract description 62
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 37
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- 238000005507 spraying Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 29
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 40
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 32
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 20
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000011630 iodine Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 7553-56-2 Chemical compound [I] ZCYVEMRRCGMTRW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 10
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005422 blasting Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 9
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 9
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 28
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 24
- 239000000463 material Substances 0.000 description 15
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 13
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 5
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 3
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 3
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000531 Co alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 239000000320 mechanical mixture Substances 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 2
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 101001123530 Nicotiana tabacum Putrescine N-methyltransferase 3 Proteins 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000021615 conjugation Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000001513 hot isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 238000005551 mechanical alloying Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 230000002277 temperature effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- NMJKIRUDPFBRHW-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti].[Ti] NMJKIRUDPFBRHW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к способу получения износостойкого покрытия на основе плакированного титаном порошка диборида титана с использованием микроплазменного напыления. Проводят очистку поверхности подложки дробеструйной обработкой, обезжиривают поверхность подложки спиртом, формируют дисперсную порошковую смесь путем введения мелкодисперсного порошка диборида титана фракции 0,5-4 мкм в массовом соотношении 49-51% к порошку титана фракции от 10 до 40 мкм. Осуществляют йодотранспортный синтез из сформированной дисперсной порошковой смеси с получением плакированного титаном порошка диборида титана. Вводят в плазменную струю полученный плакированный титаном порошок диборида титана и проводят напыление указанного порошка при напряжении от 30 до 38 В, силе тока - от 32 до 40 А и расходе транспортирующего газа 1,8-2,2 л/мин. Обеспечивается напыление покрытия толщиной более 60 мкм, с твердостью до 1200 HV, пористостью до 14,1% и весовым износом в 1,4 раза ниже весового износа стального образца. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.
Description
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности, к микроплазменному напылению износостойких покрытий на основе плакированных порошков системы Ti/TiB2. Современный уровень требований к конструкционным материалам в промышленных отраслях постоянно растет, что говорит о необходимости разработки новых материалов с улучшенным комплексом характеристик, таких как твердость, износостойкость, пористость, коррозионная стойкость, жаропрочность и т.п.
Титан по сравнению с другими конструкционными металлами достаточно активно применяется в авиастроении, ракетостроении, космической технике, судостроении, машиностроении, нефтегазовой промышленности, автомобилестроении, медицине за счет сочетания таких свойств, как легкость, прочность, коррозионная стойкость, немагнитность. К недостаткам титана, ограничивающим его применение, можно отнести низкие показатели твердости/износостойкости и высокую пористость. Эффективным способом повышения этих свойств может стать создание композиционных материалов на основе титана и высокотвердой керамики. Бориды переходных металлов, такие как TiB2, относящиеся к классу ультравысокотвердой керамики и обладающие высокими жаропрочностью, износостойкостью, коррозионной стойкостью, имеют близкую к титану плотность и коэффициент термического расширения, а также обладают хорошим кристаллографическим сопряжением с титановой матрицей, обеспечивая тем самым высокое сродство материалов и минимальные остаточные напряжения [1].
Известен способ получения композиционного материала Ti/TiB (патент RU 2711699, С22С 29/14, B22F 3/14, B22F 3/18, B22F 3/087) [2].
Способ включает перемешивание порошка титана со средним размером частиц 15-35 мкм и порошка диборида титана, средний размер частиц которого равен 2,5-5,5 мкм, в дисковой вибрационной мельнице при частоте вращения ротора 700 об/мин в течение 60 минут в среде этилового спирта с охлаждением, и последующий синтез композиционного материала путем искрового плазменного спекания (ИПС) при температуре 1000°С, давлении 40 МПа, в течение 15 мин. Перемешивание порошков титана и диборида титана проводят в течение 30-60 минут, при этом при перемешивании в течение 50-60 минут размольную гарнитуру охлаждают жидким азотом. Полученные после ИПС заготовки синтезированного композиционного материала подвергают деформационно-термической обработке путем горячей листовой прокатки на двухвалковом прокатном стане на накопленную степень деформации 50% с обжатием на один проход 200 мкм при температуре от 900 до 1000°С. Обеспечивается получение композиционного материала Ti/TiB с значениями микротвердости 640-720HV и пластичности 5%.
Недостатком известного способа является получение композиционного материала, имеющего недостаточный для повсеместного применения в современных промышленных отраслях машиностроения уровень значений микротвердости (680 HV), что оказывает прямое влияние на снижение износостойкости. Также к недостатку можно отнести ограничение габаритов и формы изготавливаемого изделия при использовании метода ИПС, невозможность формировать функциональные покрытия из композиционного материала.
Известен способ получения наноструктурного композиционного материала на основе чистого титана (RU 2492256, С22С 1/05, С22С 14/00, B22F 3/14, B82Y 30/00) [3].
Способ заключается в получении материала путем механического легирования в шаровой планетарной мельнице в среде защитного газа смеси порошка чистого титана с размером частиц 40-200 мкм и последующего горячего изостатического прессования. Композиционный наноструктурный материал на основе чистого титана содержит матрицу из чистого титана с размером зерна<250 нм, дисперсно-упрочненную термически стабильными и химически устойчивыми по отношению к титану наноразмерными частицами карбида, борида или нитрида титана с размером частиц 2-10 нм. Упрочняющие частицы равномерно распределены в объеме материала, а их общая доля в объеме материала составляет 0,05-0,50 об. %. Обеспечивается повышение прочностных свойств материала за счет роста уровня условного предела текучести, предела прочности на растяжение и сопротивления усталости и биологической совместимости материала.
Недостатками известного способа являются низкое содержание диборида титана (от общей доли в объеме материала 0,05-0,50 об. %.), что незначительно влияет на повышение твердости. Также недостатком является отсутствие возможности напыления покрытий плазменным методом на основе сформированных порошков.
Опыт применения ремонтных технологий к ряду ответственных деталей различных габаритных размеров позволил сосредоточиться на газотермическом напылении, как на наиболее встраиваемом в общий технологический процесс ремонта и отвечающий требованиям износостойкости и эксплуатационной надежности восстановленных поверхностей [4]. К одному из перспективных методов газотермического напыления можно отнести микроплазменное напыление [5]. Микроплазменное напыление подразумевает нанесение покрытий при помощи плазменной дуги низкого тока в качестве источника нагрева, частичного или полного расплавления, ускорения и транспортировки частиц порошка на поверхность изделия.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является способ нанесения износостойкого покрытия (RU 2578872, С23С 4/10, С23С 14/06, С23С 4/06) [6], который выбран в качестве прототипа.
Способ нанесения износостойкого покрытия на стальную поверхность включает очистку поверхности, получение дисперсной порошковой смеси самофлюсующегося сплава и диборида титана, введение в плазменную струю смеси и ее напыление с последующим оплавлением поверхности покрытия. Очистку поверхности осуществляют путем полировки, а в качестве самофлюсующегося сплава используют сплав кобальта, предварительно механически легированный порошком алюминия с размером частиц менее 1 мкм, при этом исходные компоненты смеси взяты в следующем соотношении, мас.%: сплав кобальта 34,0-59,5; алюминий 6,0-10,5; диборид титана 30,0-60,0. Повышается микротвердость и износостойкость покрытия, а также качество покрытия за счет снижения пористости основного слоя.
Недостатками полученного покрытия являются низкие значения микротвердости относительно микротвердости покрытий у предлагаемого способа. Максимальное значение в прототипе составляет 473 HV. Низкая микротвердость также говорит о более низкой износостойкости покрытия относительно предлагаемого способа.
Техническим результатом настоящего изобретения является способ микроплазменного напыления износостойких композиционных покрытий на основе плакированных порошков системы Ti/TiB2. В результате микроплазменного напыления формируются покрытия с интегральной твердостью до 1200 HV, весовым износом в 1,4 раза ниже весового износа стального образца и пористостью до 14,1%.
Технический результат достигается за счет способа реализации микроплазменного напыления износостойких композиционных покрытий на основе плакированных порошков системы Ti/TiB2, включающего формирование дисперсной порошковой смеси титана с диборидом титана, в которую диборид титана вводится в виде мелкодисперсного порошка фракции 0,5-4 мкм в масс, соотношении 49-51% к порошку титана фракцией от 10 до 40 мкм. Исходные порошки подвергается гомогенизации в течение одного часа для равномерного распределения компонентов перед процессом синтеза. Йодотранспортный синтез гомогенизированной порошковой смеси титана и диборида титана проводят в установке для плакирования с выдержкой в течение 170-190 минут при температуре 690-710°С. В качестве агента для газотранспорта используют йод. После чего проводится микроплазменное напыление синтезированных порошков с использованием установки газотермического напыления при напряжении от 30 до 38 В, силе тока от 32 до 40 А и расходе транспортирующего газа 1,8-2,2 л/мин, которое подразумевает ввод в плазменную струю порошкового материала и его перенос на подложку с образованием композиционного покрытия. Перед напылением поверхность подложки отчищают дробеструйной обработкой и спиртом.
Для эффективного достижения технического результата порошок диборида титана, размер частиц которого находится в диапазоне от 0,5 до 4 мкм, вводится в масс, соотношении 49-51% к порошку титана, размером частиц от 10 до 40 мкм. При использовании заявленных режимов синтеза и размера порошков формируются плакированные частицы композиционного порошка типа «ядро-оболочка». В качестве «ядра» выступают частицы диборида титана, на которые осаждается порошок титана посредством газотранспортного переноса, в качестве агента газотранспорта выступает йод. Использование равного количества исходных компонентов в массовом соотношении обусловлено достаточным количеством титана для формирования плакированных частиц нужной фракции. Частицы диборида титана, которые не вошли в реакцию с титаном, отсеиваются перед напылением. При снижении содержания частиц диборида титана ниже 50% (масс.) будет увеличиваться толщина плакирующего слоя, из-за чего твердость напыляемых покрытий будет снижаться. При использовании большего количества диборида титана, чем 50% (масс), толщина плакирующего слоя будет ниже, что уменьшит количество порошка, который будет формировать покрытие при микроплазменном напылении, так как титан выступает в роли пластификатора для керамических частиц и обеспечивает технологичность процесса. При использовании диборида титана фракцией меньшей чем 0,5-4 мкм заявленный эффект физико-механических свойств не достигается, при большей - наблюдается охрупчивание покрытия. При использовании порошка титана фракции меньше 10 мкм заявленные значения физико-механических свойств покрытий не достигаются. Использование порошка титана фракции больше 40 мкм приводит к забиванию плазматрона в процессе микроплазменного напыления.
Процесс синтеза на установке плакирования протекает в течение 170-190 минут при температуре 690-710°С. При недостаточном времени выдержки (менее 2 часов 50 минут) часть порошка титана не успевает транспортироваться на поверхность диборида титана, что влияет на снижение доли плакированных частиц от общей массы порошка. Использование большего времени выдержки (более 3 часов 10 минут) нецелесообразно, так как титан успевает покрыть керамические частицы за используемый отрезок времени, поэтому дальнейшая выдержка приведет к повышению себестоимости плакированного порошка за счет увеличения трат электроэнергии. Температура выше 710°С влечет спекание порошковой смеси в реакторе, что нарушает морфологию синтезируемых частиц. При использовании температуры ниже 690°С процесс протекает значительно медленнее, либо переход титана в газовую фазу вовсе отсутствует.
Режимы микроплазменного напыления варьируются по напряжению, силе тока и расходу транспортирующего газа. Значения напряжения должны находиться в диапазоне от 30 до 38 В, силы тока - от 32 до 40 А. При напылении с меньшими значениями напряжения и силы тока, за счет кратковременного температурного воздействия на частицы композиционного порошка переносится недостаточное количество тепловой энергии, в результате чего плакирующий слой титана не успевает подплавлиться плазменной струей, что снижает способность сцепления подплавленного порошка с подложкой. При превышении мощностей рекомендуемых режимов происходит выгорание и окисление плакирующего слоя титана на порошке в плазменной струе, залипание продуктов сгорания и порошка в проходных узлах плазмотрона, что делает процесс напыления невозможным. Расход транспортирующего газа для напыления составляет 1,8-2,2 л/мин. При уменьшении значений расхода транспортирующего газа скорость нанесения покрытий сильно уменьшается, частицы порошка проплавляются, находясь внутри каналов плазмотрона, в результате внутренние каналы забиваются и процесс напыление становится невозможным. При больших значениях расхода транспортирующего газа композиционный порошок находится слишком короткое время в среде плазменной струи и не успевает подплавиться до необходимого состояния, для образования высокой адгезионной прочности с материалом подложки.
Практическая реализация предлагаемого технического решения выполнялась по следующей разработанной схеме:
- Составление механической смеси на основе порошков титана и диборида титана, с массовым содержанием диборида титана 50% (масс.);
- Гомогенизация механической смеси в лабораторном смесителе в течение одного часа для равномерного распределения компонентов;
- Йодотранспортный синтез порошковой смеси титана и диборида титана в течение 3 часов при температуре 700°С с формированием частиц типа «ядро-оболочка»;
- Подготовка материала подложки посредством очистки поверхности дробеструйной обработкой и спиртом;
- Напыление износостойких покрытий микроплазменным методом с использованием композиционного порошка системы «титан/диборид титана»;
- Исследование морфологии, посредством растрового электронного микроскопа (РЭМ), твердости, пористости и износостойкости напыленных покрытий.
Изобретения иллюстрируются следующими материалами:
Фиг. 1 - РЭМ изображение поперечного микрошлифа частицы порошка плакированной конфигурации системы «титан/диборид титана», синтезированного йодотранспортным методом. На фиг. 1 представлена микроструктура синтезированного плакированного порошка с частицами типа «ядро-оболочка». Более светлые участки соответствуют областям обнаружения титана, а более темные - частицам диборида титана, которые выступают в качестве «ядра».
Фиг. 2 - РЭМ изображение поперечного микрошлифа характерной микроструктуры покрытия из плакированного порошка системы «титан/диборид титана», напыленного микроплазменным методом: а) -увеличение ×300; б) - увеличение ×3600. На фиг. 2 представлена микроструктура покрытия, напыленного из композиционного порошка системы Ti/TiB2 при увеличении ×300 (фиг. 2 (а)) и ×3600 (фиг. 2 (б)). Можно отметить, что покрытие имеет четкую границу раздела с материалом подложки. Сквозные поры на микрошлифе не наблюдаются. Частицы диборида титана сохраняются в покрытии, о чем свидетельствует наличие темных областей на РЭМ-микрофотографиях фиг. 2, б. Светлому контрасту соответствуют области обнаружения титана и его оксидов.
Гомогенизация смесей исходных порошков проводилась в лабораторном смесителе Mixer-0,5, что позволяет добиться равномерного распределения компонентов в порошковой смеси.
Йодотранспортный синтез гомогенизированной смеси проводился с использованием кварцевого реактора со средой аргона, который погружался в печь.
Напыление синтезированных порошков производили на роботизированном комплексе микроплазменного напыления, включающего в себя установку УГНП-7/2250 и робот манипулятор Kawasaki FS003N.
Исследование морфологии микрошлифов композиционных порошков и покрытий проводилось с использованием растрового электронного микроскопа, Tescan Vega3.
Микротвердость покрытий исследовалась на микротвердомере ПМТ-3.
Пористость покрытий определялась на оптическом микроскопе Leica DM-2500 М.
Исследование износостойкости проводилось на машине для испытания материалов на трение 2168 УМТ, с использованием пары образцов, чистого стального из стали марки 45Х и образцов с напыленным на контактную поверхность композиционным покрытием системы Ti/TiB2. Образцы сопрягались по кинематической схеме кольцо-кольцо, при режиме нагружения 0,5 МПа, скорости вращения 100 об/мин, в течение 5 часов.
Примеры конкретного осуществления способа:
Пример 1. К порошку титана фракцией 10-40 мкм добавляли порошок диборида титана фракцией от 0,5 до 4 мкм в количестве 50% (масс). Порошковая смесь титана и диборида титана подвергалась гомогенизации в течение одного часа, с последующим плакированием частиц йодотранспортным синтезом в течение 3 часов при температуре 700°С.
Напыление покрытий из композиционного порошка плакированной конфигурации производилось при режимах напыления: напряжение - 30 В; сила тока - 32 А; расход транспортирующего газа - 2 л/мин.
В качестве подложки была использована пластина из стали марки 20Х23Н18. Перед напылением подложка подвергалась дробеструйной очистке и обезжириванию спиртом.
В результате было сформировано покрытие толщиной более 60 мкм, твердостью 943 HV, пористостью 14,1%. Весовой износ сформированного покрытия в 1,2 раза ниже весового износа стального образца.
Пример 2. К порошку титана фракцией 10-40 мкм добавляли порошок диборида титана фракцией от 0,5 до 4 мкм в количестве 50% (масс.). Порошковая смесь титана и диборида титана подвергалась гомогенизации в течение одного часа, с последующим плакированием частиц йодотранспортным синтезом в течение 3 часов при температуре 700°С.
Напыление покрытий из композиционного порошка плакированной конфигурации производилось при режимах напыления: напряжение - 38 В; сила тока - 40 А; расход транспортирующего газа - 2 л/мин.
В качестве подложки была использована пластина из стали марки 20Х23Н18. Перед напылением подложка подвергалась дробеструйной очистке и обезжириванию спиртом.
В результате было нанесено покрытие толщиной более 60 мкм, твердостью 1213 HV, пористостью 13,7%. Весовой износ сформированного покрытия в 1,4 раза ниже весового износа стального образца.
Источники информации:
1. Morsi, К. Processingand properties of titanium-titanium boride (TiBw) matrix composites - a review / K. Morsi,V.V. Patel // J. Mater. Sci. 42 (2007) 2037-2047.
2. Патент РФ №2711699 описание изобретения к патенту «Способ получения композиционного материала Ti/TiB» / Озеров М.С., Соколовский B.C., Климова М.В., Степанов Н.Д., Жеребцов С.В.; Заявл. 21.08.2019; Опубл. 21.01.2020; Бюл. №3, 9 с.
3. Патент РФ №RU 2492256 описание изобретения к патенту «Наноструктурный композиционный материал на основе чистого титана и способ его получения» / Панин В.И., Панин С.В., Чумаков М.В.; Заявл. 16.05.2012; Опубл. 10.09.2013; Бюл. №25, 2-6 с.
4. Мордвинкин И.П., Репин Ф.Ф., Глебов В.В. Анализ способов восстановления посадочных мест опор скольжения крупногабаритных валов энергетических установок // Судовая и промышленная энергетика, Вестник Волжского государственного университета водного транспорта, 2009. - с. 72-83.
5. Калита В.И., Комлев Д.И. Плазменные покрытия с нанокристаллической и аморфной структурой // Монография, М.: «Лидер М», 2008. - 388 с.
6. Патент РФ №2578872 описание изобретения к патенту «Способ нанесения износостойкого покрытия» / Швейкин Г.П., Руденская Н.А., Фролов В.Я., Руденская М.В., Кузьмин В.И.; Заявл. 24.11.2014; Опубл. 27.03.2016; Бюл. №9, 5 с.
Claims (2)
1. Способ получения износостойкого покрытия на основе плакированного титаном порошка диборида титана с использованием микроплазменного напыления, характеризующийся тем, что проводят очистку поверхности подложки дробеструйной обработкой, обезжиривают поверхность подложки спиртом, формируют дисперсную порошковую смесь путем введения мелкодисперсного порошка диборида титана фракции 0,5-4 мкм в массовом соотношении 49-51% к порошку титана фракции от 10 до 40 мкм, осуществляют йодотранспортный синтез из сформированной дисперсной порошковой смеси с получением плакированного титаном порошка диборида титана, вводят в плазменную струю полученный плакированный титаном порошок диборида титана и проводят напыление указанного порошка при напряжении от 30 до 38 В, силе тока - от 32 до 40 А и расходе транспортирующего газа 1,8-2,2 л/мин.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве дисперсной порошковой смеси упомянутых титана и диборида титана используют их гомогенизированную дисперсную порошковую смесь, при этом йодотранспортный синтез из указанной гомогенизированной порошковой смеси проводят в установке для плакирования с выдержкой в течение 170-190 мин при температуре 690-710°С.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2812935C1 true RU2812935C1 (ru) | 2024-02-05 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2527543C1 (ru) * | 2013-03-06 | 2014-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионностойких покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением |
| RU2578872C1 (ru) * | 2014-11-24 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН" | Способ нанесения износостойкого покрытия |
| RU2583228C1 (ru) * | 2014-12-15 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Способ нанесения износостойких покрытий на основе диборида титана и никеля на стальные поверхности |
| CN105986219B (zh) * | 2016-07-04 | 2019-06-04 | 常州大学 | 一种在金属表面制备硼化钛涂层的工艺方法 |
| RU2791259C1 (ru) * | 2021-12-14 | 2023-03-06 | 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") | Способ газотермического напыления износостойких покрытий на основе системы Ti/TiВ2 |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2527543C1 (ru) * | 2013-03-06 | 2014-09-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Сплав на основе никеля для нанесения износо- и коррозионностойких покрытий микроплазменным или холодным сверхзвуковым напылением |
| RU2578872C1 (ru) * | 2014-11-24 | 2016-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт химии твердого тела Уральского Отделения РАН" | Способ нанесения износостойкого покрытия |
| RU2583228C1 (ru) * | 2014-12-15 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Способ нанесения износостойких покрытий на основе диборида титана и никеля на стальные поверхности |
| CN105986219B (zh) * | 2016-07-04 | 2019-06-04 | 常州大学 | 一种在金属表面制备硼化钛涂层的工艺方法 |
| RU2791259C1 (ru) * | 2021-12-14 | 2023-03-06 | 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") | Способ газотермического напыления износостойких покрытий на основе системы Ti/TiВ2 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Solid-state cold spraying of Ti and its alloys: A literature review | |
| Xie et al. | Al matrix composites fabricated by solid-state cold spray deposition: A critical review | |
| Yao et al. | Characteristics and performance of hard Ni60 alloy coating produced with supersonic laser deposition technique | |
| JP2004510050A (ja) | 機械的合金化した粉末のピストンリング用熱塗布コーティング | |
| US20090120539A1 (en) | Method of Preparing Metal Matrix Composite and Coating Layer and Bulk Prepared Thereby | |
| Ji et al. | Spray forming thick nanostructured and microstructured FeAl deposits | |
| CA3108090C (en) | Process and composition for formation of hybrid aluminum composite coating | |
| WO2005079209A2 (en) | Nanocrystalline material layers using cold spray | |
| Tailor et al. | A review on plasma sprayed Al-SiC composite coatings | |
| Feng et al. | Laser cladding of Ni-Cr/Al2O3 composite coatings on AISI 304 stainless steel | |
| Luo et al. | Micro-nanostructured cermet coatings | |
| JP4282767B2 (ja) | 被覆粉末及びその製造方法 | |
| Wang et al. | Annealing effect on the intermetallic compound formation of cold sprayed Fe/Al composite coating | |
| Khan et al. | Evaluation of die-soldering and erosion resistance of high velocity oxy-fuel sprayed MoB-based cermet coatings | |
| He et al. | Microstructure and wear behaviors of a WC10%-Ni60AA cermet coating synthesized by laser-directed energy deposition | |
| RU2812935C1 (ru) | Способ микроплазменного напыления износостойких покрытий на основе плакированных порошков системы Ti/TiB2 | |
| JP2009191327A (ja) | アルミニウム合金基材の強化方法 | |
| Dewald et al. | Cubic titanium trialuminide thermal spray coatings—a review | |
| Chesnokov et al. | Effect of the microstructure of cermet powders on the performance characteristics of thermal spray coatings | |
| Kosarev et al. | Production of TiC–Co and TiC–NiCr Composite Powders and Study of Their Interaction with a Target under Cold Spray Conditions | |
| Chen et al. | Effect of Submicron SiC Particles on the Properties of Alcocrfeni High Entropy Alloy Coatings | |
| Debasish et al. | Improvement of microstructural and mechanical properties of plasma sprayed Mo coatings deposited on Al-Si substrates by pre-mixing of Mo with TiN powder | |
| Dahotre et al. | The laser-assisted iron oxide coating of cast Al auto engines | |
| Elgazzar et al. | Characterization of Inconel 718 Processed by Laser Metal Deposition (LMD). | |
| Movahedi | Mechanical and tribological behavior of Ni (Al)-reinforced nanocomposite plasma spray coatings |