UA125777C2 - Composite wear-resistant material - Google Patents

Composite wear-resistant material Download PDF

Info

Publication number
UA125777C2
UA125777C2 UAA202007514A UAA202007514A UA125777C2 UA 125777 C2 UA125777 C2 UA 125777C2 UA A202007514 A UAA202007514 A UA A202007514A UA A202007514 A UAA202007514 A UA A202007514A UA 125777 C2 UA125777 C2 UA 125777C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
boron
silicon
samples
chromium
resistant material
Prior art date
Application number
UAA202007514A
Other languages
Ukrainian (uk)
Inventor
Віталій Павлович Бабак
Віталій Володимирович Щепетов
Олена Василівна Харченко
Сергій Дмитрович Харченко
Оксана Олександрівна Мікосянчик
Рудольф Георгійович Мнацаканов
Андрій Олександрович Земляний
Original Assignee
Інститут Технічної Теплофізики Нан України
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 Інститут Технічної Теплофізики Нан України filed Critical Інститут Технічної Теплофізики Нан України
Priority to UAA202007514A priority Critical patent/UA125777C2/en
Publication of UA125777C2 publication Critical patent/UA125777C2/en

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

The invention relates to powder metallurgy and concerns composite wear resistant material of Cr-Si-B-MgC2 system. The material contains, wt %: chromium 50-60, silicon 15-20, boron 10-15 and magnesium carbide 10-20. The technical result is in decreasing friction coefficients, wear intensity, increasing surface strength and corrosion resistance of coatings.

Description

Винахід належить до порошкової металургії, зокрема стосується порошкових матеріалів для газотермічного напилення функціональних покриттів на робочі поверхні деталей та механізмів будь-якої техніки, у тому числі і авіаційної, що працюють в умовах тертя, при відсутності мастил чи при їх обмеженнях, або у агресивних середовищах.The invention belongs to powder metallurgy, in particular, it concerns powder materials for gas-thermal spraying of functional coatings on the working surfaces of parts and mechanisms of any equipment, including aviation, operating in friction conditions, in the absence of lubricants or with their limitations, or in aggressive environments .

Існує матеріал для напилення на основі міді (Авторське свідоцтво СРСР 5 1662119А1,There is a copper-based sputtering material (USSR Copyright 5 1662119A1,

МПК С22С 9/01,28.11.89, ДСК), що містить такі компоненти (мас. 95): алюміній (9,5-12,2) 9о; залізо (0,2-0,5) 95, нікель (0,01-2,8) 95; марганець (0,01-0,3) 95; кремній (0,01-0,2) 95; бор (0,01- 0,015) 95; мідь - решта. Цей матеріал має низьку мікротвердість, адгезійну міцність та крихкість при підвищених навантаженнях.IPC C22S 9/01, 28.11.89, DSK), containing the following components (wt. 95): aluminum (9.5-12.2) 9o; iron (0.2-0.5) 95, nickel (0.01-2.8) 95; manganese (0.01-0.3) 95; silicon (0.01-0.2) 95; boron (0.01-0.015) 95; copper - the rest. This material has low microhardness, adhesive strength and brittleness under increased loads.

Як прототип використана відома композиція порошкового антифрикційного матеріалу, що містить графіт (1-2) 95, магній (1-3) 95, мідь (2,5-10) 905, титан (8-12) 95, хром - решта (Патент КО 2025529, МПК С22С 27/06, 0220 1/05, 30.12.1994). Зазначений матеріал має ряд недоліків, зокрема підвищений знос і коефіцієнт тертя при невисоких температурах без змащування, а також використання складного технологічного процесу при його отриманні.As a prototype, a well-known composition of powder antifriction material containing graphite (1-2) 95, magnesium (1-3) 95, copper (2.5-10) 905, titanium (8-12) 95, chromium - the rest (Patent) was used KO 2025529, IPC C22S 27/06, 0220 1/05, 30.12.1994). The specified material has a number of disadvantages, in particular, increased wear and friction coefficient at low temperatures without lubrication, as well as the use of a complex technological process in its production.

Важливим фактором вибору композиції сучасних конструкційних матеріалів, є використання національних природних ресурсів.An important factor in choosing the composition of modern construction materials is the use of national natural resources.

В основу винаходу поставлена задача отримання композиційного зносостійкого антифрикційного матеріалу на основі хрому шляхом його легування кремнієм та бором, з додаванням карбіду магнію, що забезпечує істотне зниження коефіцієнта тертя, підвищення опору зносу, корозійної стійкості та адгезійної міцності.The invention is based on the task of obtaining a composite wear-resistant antifriction material based on chromium by doping it with silicon and boron, with the addition of magnesium carbide, which provides a significant reduction in the coefficient of friction, an increase in wear resistance, corrosion resistance and adhesive strength.

Поставлена задача вирішується тим, що до композиційного зносостійкого матеріалу, що містить на хром, згідно з винаходом, входять також кремній, бор та карбід магнію, у такому співвідношенні компонентів, мас. 9: хром 50-60 кремній 15-20 бор 10-15 карбід магнію 10-20.The task is solved by the fact that the composite wear-resistant material containing chromium, according to the invention, also includes silicon, boron and magnesium carbide, in this ratio of components, wt. 9: chromium 50-60 silicon 15-20 boron 10-15 magnesium carbide 10-20.

В умовах досліджень покриттів, близьких за структурно-фазовим складом, що нанесені газотермічними методами, встановлено, що максимальним експлуатаційним властивостям відповідають покриття, напилені детонаційно-газовим методом. Підбір оптимальних режимів напилення дає можливість отримати матеріали з високими антифрикційним властивостями.In the conditions of studies of coatings, similar in structural and phase composition, applied by gas-thermal methods, it was established that the maximum operational properties correspond to coatings sprayed by the detonation-gas method. The selection of optimal spray modes makes it possible to obtain materials with high antifriction properties.

Введення в дану композицію на основі хрому карбіду магнію як модифікованого додатку в сукупності з рештою компонентів забезпечує утворення поверхневого шару за рахунокThe introduction into this chromium-based composition of magnesium carbide as a modified additive in combination with the rest of the components ensures the formation of a surface layer due to

Зо карбідного графіту з високим антифрикційними властивостями, який мінімізує адгезійно- молекулярну взаємодію, сприяє низькому опору сил тертя та високій зносостійкості, при цьому частково знижує температуру кристалізації вихідної системи Ст-51і-В.From carbide graphite with high anti-friction properties, which minimizes adhesive-molecular interaction, contributes to low resistance to frictional forces and high wear resistance, while partially reducing the crystallization temperature of the original St-51i-B system.

Запропонований антифрикційний матеріал може використовуватися як матеріал для деталей машин і механізмів триботехнічного призначення, що працюють в умовах відсутності 35 мастила чи при їх обмеженнях, а також в агресивних середовищах.The proposed anti-friction material can be used as a material for parts of machines and mechanisms of tribotechnical purpose, operating in the absence of 35 lubricant or with their limitations, as well as in aggressive environments.

Матеріал одержують методами порошкової металургії.The material is obtained by powder metallurgy methods.

Вихідні порошки хрому, кремнію, бору та карбіду магнію змішують і розмелюють у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють через сито. 40 Середня величина частинок не перевищує 15-20 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1480-1500 "С, при тиску 20-The initial powders of chromium, silicon, boron and magnesium carbide are mixed and ground in the appropriate ratios in an acetone or rectified alcohol medium in a planetary mill for 6-8 hours. The mixture is dried in a drying cabinet, and then sifted through a sieve. 40 The average particle size does not exceed 15-20 μm. Samples are obtained by hot pressing in graphite molds in the temperature range of 1480-1500 "С, at a pressure of 20-

МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 95.MPa, exposure time 10 minutes. The residual porosity of such samples does not exceed 1.5-3 95.

На отриманих зразках визначали фізико-механічні і триботехнічні властивості матеріалу: коефіцієнт тертя, інтенсивність зношування, міцність на вигин, що наведені в таблиці 1.The physico-mechanical and tribotechnical properties of the material were determined on the obtained samples: friction coefficient, wear intensity, bending strength, which are listed in Table 1.

Приклад 1Example 1

Порошки хрому 50 мас. 95, кремнію 20 мас. 95, бору 15 мас. 95, карбіду магнію 15 мас. 95 змішують та розмелюють у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту- ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють через сито. Середня величина частинок не перевищує 15-20 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1480-1500 "С, при тиску 20-30 МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 95.Chromium powder 50 wt. 95, silicon 20 wt. 95, boron 15 wt. 95, magnesium carbide 15 wt. 95 are mixed and ground in the appropriate ratios in the medium of acetone or rectified alcohol in a planetary mill for 6-8 hours. The mixture is dried in a drying cabinet, and then sifted through a sieve. The average particle size does not exceed 15-20 μm. Samples are obtained by the method of hot pressing in graphite molds in the temperature range of 1480-1500 "С, at a pressure of 20-30 MPa, holding time is 10 minutes. The residual porosity of such samples does not exceed 1.5-3 95.

Приклад 2Example 2

Порошки хрому 55 мас. 95, кремнію 15 мас. 95, бору 13 мас. 95, карбіду магнію 17 мас. 95 змішують та розмелюють у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту- ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють через сито. Середня величина частинок не перевищує 15-20 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1480-1500 "С, при тиску 20-30 МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 95.Chromium powder 55 wt. 95, silicon 15 wt. 95, boron 13 wt. 95, magnesium carbide 17 wt. 95 are mixed and ground in the appropriate ratios in the medium of acetone or rectified alcohol in a planetary mill for 6-8 hours. The mixture is dried in a drying cabinet, and then sifted through a sieve. The average particle size does not exceed 15-20 μm. Samples are obtained by the method of hot pressing in graphite molds in the temperature range of 1480-1500 "С, at a pressure of 20-30 MPa, holding time is 10 minutes. The residual porosity of such samples does not exceed 1.5-3 95.

Приклад ЗExample C

Порошки хрому 60 мас. 95, кремнію 18 мас. 95, бору 12 мас. 95, карбіду магнію 10 мас. 95 змішують та розмелюють у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту- ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють через сито. Середня величина частинок не перевищує 15-20 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1480-1500 "С, при тиску 20-30 МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 95.Chromium powder 60 wt. 95, silicon 18 wt. 95, boron 12 wt. 95, magnesium carbide 10 wt. 95 are mixed and ground in the appropriate ratios in the medium of acetone or rectified alcohol in a planetary mill for 6-8 hours. The mixture is dried in a drying cabinet, and then sifted through a sieve. The average particle size does not exceed 15-20 μm. Samples are obtained by the method of hot pressing in graphite molds in the temperature range of 1480-1500 "С, at a pressure of 20-30 MPa, holding time is 10 minutes. The residual porosity of such samples does not exceed 1.5-3 95.

Приклад 4Example 4

Порошки хрому 57 мас. 95, кремнію 14 мас. 95, бору 12 мас. 95, карбіду магнію 17 мас. 95 змішують та розмелюють у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту- ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють через сито. Середня величина частинок не перевищує 15-20 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1480-1500 "С, при тиску 20-30 МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 95.Chromium powder 57 wt. 95, silicon 14 wt. 95, boron 12 wt. 95, magnesium carbide 17 wt. 95 are mixed and ground in the appropriate ratios in the medium of acetone or rectified alcohol in a planetary mill for 6-8 hours. The mixture is dried in a drying cabinet, and then sifted through a sieve. The average particle size does not exceed 15-20 μm. Samples are obtained by the method of hot pressing in graphite molds in the temperature range of 1480-1500 "С, at a pressure of 20-30 MPa, holding time is 10 minutes. The residual porosity of such samples does not exceed 1.5-3 95.

Приклад 5Example 5

Порошки хрому 53 мас. 95, кремнію 17 мас. 95, бору 14 мас. 95, карбіду магнію 16 мас. 95 змішують та розмелюють у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту- ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушують в сушильній шафі, а потім просіюють через сито. Середня величина частинок не перевищує 15-20 мкм. Зразки одержують методом гарячого пресування в графітових прес-формах в температурному інтервалі 1480-1500 "С, при тиску 20-30 МПа, час витримки 10 хвилин. Залишкова пористість таких зразків не перевищує 1,5-3 95.Chromium powder 53 wt. 95, silicon 17 wt. 95, boron 14 wt. 95, magnesium carbide 16 wt. 95 are mixed and ground in the appropriate ratios in the medium of acetone or rectified alcohol in a planetary mill for 6-8 hours. The mixture is dried in a drying cabinet, and then sifted through a sieve. The average particle size does not exceed 15-20 μm. Samples are obtained by the method of hot pressing in graphite molds in the temperature range of 1480-1500 "С, at a pressure of 20-30 MPa, holding time is 10 minutes. The residual porosity of such samples does not exceed 1.5-3 95.

ТаблицяTable

Склад та властивості зносостійкого матеріалу .. Інтенсивність | Міцність . Коефіцієнт ши -,8 мкм/км МПа сгів5|в/|мосі|с|мо|си|т! 71717 1 50 20115, 15 | - 1 - | | | 02 | 47 | 6 2 |55 15113 17 | - 1-1 | | ої | 43 | 642 з | 60 т18|12| ло | - 1 - 1 | | 007 | з | 690 4 |57 14|12| 17 |-1- 1 | 11 009 | 37 | 679 5 1|53117|14| 16 | - 7-1 | | оз | 49 | 623 і Гв80Ї1 ЇЇ ЇЇ 21315110 021 | 54 | воComposition and properties of wear-resistant material .. Intensity | Strength. Coefficient of shi -.8 μm/km MPa sgiv5|v/|mosi|s|mo|sy|t! 71717 1 50 20115, 15 | - 1 - | | | 02 | 47 | 6 2 |55 15113 17 | - 1-1 | | oh 43 | 642 with | 60 t18|12| lo | - 1 - 1 | | 007 | with | 690 4 |57 14|12| 17 |-1- 1 | 11 009 | 37 | 679 5 1|53117|14| 16 | - 7-1 | | oz | 49 | 623 and Gv80Ї1 HER HER 21315110 021 | 54 | in

Коо)Coo)

Залежність зносостійкості покриттів від кількості карбіду магнію у досліджуваних межах носить монотонний характер. При цьому присутня кореляційна залежність між кінетичними параметрами процесу формування поверхневого шару та його фізико-механічними властивостями. Режими напилення, що призводять до збільшення кількості зносостійкої фази у покритті, відповідають збільшенню його зносостійкості.The dependence of the wear resistance of coatings on the amount of magnesium carbide within the studied limits is monotonous. At the same time, there is a correlation between the kinetic parameters of the surface layer formation process and its physical and mechanical properties. Sputtering regimes that lead to an increase in the amount of wear-resistant phase in the coating correspond to an increase in its wear resistance.

Міцність на вигин визначали за стандартною методикою, затвердженою Європейським стандартом ІЗО/15 206 при 4-точковому згині для зразків розміром 45х4х3 мм.The bending strength was determined according to the standard method approved by the European Standard IZO/15 206 at 4-point bending for samples measuring 45x4x3 mm.

Механічна обробка поверхні алмазними кругами проводилась по довжині зразків. По ребрах знімались фаски.Mechanical processing of the surface with diamond wheels was carried out along the length of the samples. Chamfers were removed along the ribs.

Коефіцієнт тертя (Її) та інтенсивність зношування (І, мкм/км) визначали за схемою вал- вкладка за методикою роботи (3.7. Мамькин, М.К. Ковпак, А.И. Юга и др. Комплекс машин и методики определения антифрикционньїх свойств материалов при трении скольжении//The coefficient of friction (Her) and the intensity of wear (I, μm/km) were determined according to the scheme of the shaft-insert according to the method of work (3.7. Mamkin, M.K. Kovpak, A.I. Yuga, etc. Complex of machines and methods of determining antifriction properties materials during sliding friction//

Порошковая металлургия, 1973, Мо 1, с. 67-72.).Powder metallurgy, 1973, Mo. 1, p. 67-72.).

Запропоновані покриття, можливо використовувати для поверхневої міцності та зносостійкості деталей в умовах тертя без мастил та при обмеженому змащуванні або в агресивних середовищах експлуатації для деталей, що працюють в екстремальних умовах тертя.The proposed coatings can be used for surface strength and wear resistance of parts in conditions of friction without lubricants and with limited lubrication or in aggressive operating environments for parts operating in extreme conditions of friction.

Claims (1)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУFORMULA OF THE INVENTION Композиційний зносостійкий матеріал, що містить хром, який відрізняється тим, що до його складу входять також леговані домішки, якими є кремній, бор та карбід магнію, у такому співвідношенні компонентів, мас. 9о: хром 50-60 кремній 15-20 бор 10-15 карбід магнію 10-20.Composite wear-resistant material containing chromium, which is distinguished by the fact that its composition also includes alloyed impurities, which are silicon, boron and magnesium carbide, in this ratio of components, wt. 9o: chromium 50-60 silicon 15-20 boron 10-15 magnesium carbide 10-20.
UAA202007514A 2020-11-25 2020-11-25 Composite wear-resistant material UA125777C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA202007514A UA125777C2 (en) 2020-11-25 2020-11-25 Composite wear-resistant material

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA202007514A UA125777C2 (en) 2020-11-25 2020-11-25 Composite wear-resistant material

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA125777C2 true UA125777C2 (en) 2022-06-01

Family

ID=89835377

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA202007514A UA125777C2 (en) 2020-11-25 2020-11-25 Composite wear-resistant material

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA125777C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ahn et al. Tribological behaviour of plasma-sprayed chromium oxide coating
Yan et al. Microstructure and wear resistance of plasma-sprayed molybdenum coating reinforced by MoSi 2 particles
Mubarok et al. Thermally sprayed SiC coatings for offshore wind turbine bearing applications
Cui et al. Detailed assessments of tribological properties of binder jetting printed stainless steel and tungsten carbide infiltrated with bronze
Kumar et al. Tribological behavior of Ni-based self-lubricating claddings containing sulfide of nickel, copper, or bismuth at temperatures up to 600 C
Mushtaq et al. Self-lubricating tribological characterization of lead free Fe-Cu based plain bearing material
RU2635119C2 (en) Wear-resistant coating for piston rings
UA125777C2 (en) Composite wear-resistant material
Srivyas et al. Effect of load on the friction and wear properties of aluminum hybrid composite/chromium plated chrome steel tribopair under boundary lubrication conditions
UA128077C2 (en) Zirconium-based antifriction material modified with magnesium carbide
Zhu et al. Microstructure and sliding wear performance of plasma-sprayed TiB 2-Ni coating deposited from agglomerated and sintered powder
CN108149061B (en) A kind of copper based powder metallurgy friction material for wet type synchro converter ring
JP5685856B2 (en) Thermal spray coating
UA126640C2 (en) COMPOSITE HEAT-RESISTANT MATERIAL
UA127553C2 (en) COMPOSITE WEAR-RESISTANT MATERIAL
UA101042U (en) CHROME-BASED AMORPHIC WARNING MATERIAL
UA101043U (en) AMORPHIC WARNING MATERIAL WITH CHROME BASED MODIFIED BY MOLYBDEN DISULPHIDE
JPS5929819A (en) High-temperature sliding material
UA127557C2 (en) HIGH TEMPERATURE TRIBOTECHNICAL MATERIAL
UA127982C2 (en) Composite heat-resistant material
UA133716U (en) Wear-resistant material
UA126714C2 (en) COMPOSITE WEAR-RESISTANT MATERIAL
UA116754C2 (en) ANTIFRICTION Nanomaterial
UA126708C2 (en) HEAT RESISTANT MATERIAL FOR FRICTION KNOTS
Wani Fretting wear of SiAlON ceramic