UA82157C2 - Композиційний антифрикційний жаростійкий матеріал для захисних покриттів - Google Patents

Композиційний антифрикційний жаростійкий матеріал для захисних покриттів Download PDF

Info

Publication number
UA82157C2
UA82157C2 UAA200612636A UAA200612636A UA82157C2 UA 82157 C2 UA82157 C2 UA 82157C2 UA A200612636 A UAA200612636 A UA A200612636A UA A200612636 A UAA200612636 A UA A200612636A UA 82157 C2 UA82157 C2 UA 82157C2
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
samples
nickel
aluminum nitride
titanium
disilicide
Prior art date
Application number
UAA200612636A
Other languages
English (en)
Russian (ru)
Inventor
Ирина Александровна Подчерняева
Алла Денисовна Панасюк
Олег Николаевич Григорьев
Виктор Михайлович Панашенко
Владимир Владимирович Жигинас
Original Assignee
Институт Проблем Материаловедения Им. И. М. Францевича Национальной Академии Наук Украины
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 Институт Проблем Материаловедения Им. И. М. Францевича Национальной Академии Наук Украины filed Critical Институт Проблем Материаловедения Им. И. М. Францевича Национальной Академии Наук Украины
Priority to UAA200612636A priority Critical patent/UA82157C2/uk
Publication of UA82157C2 publication Critical patent/UA82157C2/uk

Links

Landscapes

  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

Винахід належить до галузі порошкової металургії, а саме до складу композиційного антифрикційного жаростійкого матеріалу для нанесення захисних покриттів на основі нітриду алюмінію на конструкційні сплави. Композиційний антифрикційний жаростійкий матеріал на основі нітриду алюмінію для нанесення захисних покриттів на конструкційні сплави містить диборид та диcиліцид перехідного металу IV групи Періодичної системи (титану або цирконію, або гафнію), нікель і хром при такому співвідношенні компонентів, мас. %: диборид титану (або цирконію, або гафнію) - 20-28, дисиліцид титану (або цирконію, або гафнію) - 5-7, нікель - 24-40, хром - 6-10, нітрид алюмінію - решта. Винахід забезпечує підвищення міцності на згин самого матеріалу та мінімальної інтенсивності зношування як матеріалу, так і покриття з нього.

Description

Опис винаходу
Винахід відноситься до галузі порошкової металургії, а саме до матеріалів для нанесення захисних 2 покриттів на конструкційні сплави. Матеріал, що заявляється, може бути використаний в машинобудуванні у вигляді як компактних виробів, електродів, так і порошків для нанесення зносо-, жаростійких покриттів на деталі машин і пристроїв з залізовуглецевих, нікелевих, титанових та алюмінієвих сплавів, що працюють в умовах сухого тертя при підвищених швидкісно-навантажувальних параметрах.
Відомо, що для нанесення захисних покриттів на деталі, що працюють при високих температурах (1000-12002С), знакозмінних навантаженнях і в агресивних середовищах, традиційно використовують металеві
Бе-Ст та Мі-Ст сплави з тугоплавкими добавками |В.В.Щепетов, А.М.Волков. Повьшение износостойкости детонационньїх покрьтий путем оптимизации режимов нанесения / Трение и износ. - 1990. - т.11, Моб. -
С.844-848). Але у зв'язку з тенденцією підвищення температур експлуатації і, відповідно, зростаючими вимогами до покриттів вищезазначені матеріали на основі металевих сплавів не завжди відповідають експлуатаційним т вимогам, що призводить до необхідності розробки композиційних матеріалів на основі кераміки.
Існує матеріал на основі карбіду кремнію системи 5іС-АІ2О5-2гО5 з МіСтг зв'язкою |И.А.Подчерняева,
А.Д.Панасюк, В.В.Щепетов и др. Триботехнические свойства детонационного покрьтия на основе
ЗІС-АІ2053-2г025/ Проблемь! трибологии. - 2003. - Мо1. - С.81-86), що містить такі компоненти, (мас.9б): оксид алюмінію 23,8 оксид цирконію (11,2 хром б нікель 24 карбід кремнію решта с о
Цей матеріал забезпечує меншу інтенсивність зношування газотермічного покриття у порівнянні з твердим сплавом МУС-15Со, що традиційно використовується як матеріал зносостійкого покриття, але високий вміст діелектричних компонентів в цьому матеріалі (7Омас.9о) не дозволяє використовувати його як матеріал покриття, що наноситься в умовах проходження електричного струму через зразок (методи магнетронного осадження, - плазмово-дугового напилення, електроіскрового легування тощо). ю
Найбільш близьким за складом є композиційний антифрикційний жаростійкий матеріал для захисних покриттів (Родспегпуаема І.А. Рапазушк А.О., Теріепко М.А. Рогтайоп ої Япе-дізрегвіоп вігисійгев ої 007 мугеаг-апа согговіоп-гезівіапі соаііподз віп АїІМ-ТіВо / 2"Во сотровзйе / Кеу Епа. Май. - 2002. - 206-213. - с
Р.499-5021, який містить такі компоненти, (мас.9о): со диборид титану (цирконію, гафнію) до дисиліцид титану (цирконію, гафнію) 10 нітрид алюмінію решта. «
Недоліком цього матеріалу є низький адгезійний зв'язок керамічних компонентів з металом підкладки, що шщ с знижує зносостійкість покриття. ц В основу винаходу "Композиційний антифрикційний жаростійкий матеріал для захисних покриттів" "» поставлено задачу шляхом додавання нікелю і хрому і дотримання оптимального кількісного співвідношення інгредієнтів забезпечити підвищення рівня механічних та триботехнічних характеристик як самого матеріалу, так і покриття, що наноситься. (о е| Поставлена задача вирішується тим, що композиційний антифрикційний жаростійкий матеріал для захисних покриттів на основі нітриду алюмінію, який містить диборид та дисиліцид перехідного металу ІМ групи кі Періодичної системи, додатково містить нікель і хром у такому співвідношенні компонентів, (мас.Уб): - диборид перехідного металу ІМ групи Періодичної системи 20-28 1 дисиліцид перехідного металу ІМ групи Періодичної системи 5-7 «І нікель 24-40 хром 6-10 нітрид алюмінію решта.
В якості перехідного металу ІМ групи Періодичної системи використовують титан, або цирконій, або гафній. (Ф) Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу і технічного результату очевидний із з нижченаведеного.
Як основа матеріалу використовуються нітрид алюмінію і диборид перехідного металу ІМ групи Періодичної бо системи (титану, цирконію, гафнію), які забезпечують відповідно високу корозійну стійкість і твердість.
Сполучення нітриду алюмінію з дісиліцидом перехідного металу (титану, цирконію, гафнію) в умовах високотемпературного окислення та трибоокислення приводить до утворення мулітів, які, з одного боку, забезпечують формування корозійностійкого шару окалини, а з другого - відіграють роль високотемпературного твердого мастила в умовах сухого тертя, що обумовлює одночасно підвищення жаростійкості б5 матеріалу/покриття, його міцності і зниження інтенсивності його зношування. МіСт зв'язка, яка змочує металевий сплав підкладки (на основі Мі, Ті) і боридну та силіцидну компоненти матеріалу, забезпечує міцний -Д-
адгезійний зв'язок в системі "покриття - підкладка". Крім того, утворення в процесі високотемпературного окислення та трибоокислення хроміту нікелю, наявність котрого підтверджується розподілом елементів на поверхні матеріалу електрода/покриття, додатково сприяє підвищенню зносо- та жаростійкості матеріалу/покриття і дозволяє рекомендувати матеріал, що пропонується, як для самостійного застосування, так і для нанесення захисних покриттів.
Запропонований матеріал може використовуватись у вигляді електродів для електроіскрового легування, магнетронного та плазмоводугового осадження, у вигляді порошків - для лазерного і газотермічного напилення тощо на деталі машин і пристроїв з конструкційних сплавів, що працюють в умовах сухого тертя при підвищених 7/0 швидкісно-навантажувальних параметрах, а також самостійно як матеріал деталей і пристроїв трибологічного призначення, у тому числі як конструкційний жаро-, зносостійкий матеріал.
Матеріал одержували таким чином: керамічний електродний матеріал одержували методом порошкової металургії. Вихідні порошки нітриду алюмінію, дибориду та силіциду перехідного металу (титану, цирконію, гафнію) разом з МіСт зв'язкою, змішували та розмелювали у відповідних співвідношеннях в середовищі ацетону або спирту-ректифікату в планетарному млині протягом 6-8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просівали крізь сито. Середній розмір частинок отриманої шихти не перевищував 1...3мкм. Зразки електродів одержували методом гарячого пресування шихти в графітових прес - формах в температурному інтервалі 1540-1600 під тиском 35-40МПа, час витримки 25...45 хвилин. Залишкова пористість таких зразків становила 1...396. Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти. Гранульований порошок для газотермічного напилення з розміром частинок 80-120мкм виготовляли шляхом спікання отриманої шихти з наступним подрібненням.
Отримані компактні зразки з матеріалу, що заявляється, використовували для вимірювання міцності на згин та зносостійкості матеріалу, гранульовані порошки - для нанесення плазмових покриттів.
Результати експериментів відображені в Таблиці. с » Таблиця (о)
Склад матеріалу, міцність на згин матеріалу електроду (стзг, МПа) та інтенсивність зношування матеріалу електроду (Іс, мкм/км) і плазмового покриття (Ід, МмКМ/КкМ) » ю
А1М|меМ Ме | Мі Сг) сб ж | е, Іп, ох пе, Іп, со пе, Іп,
ТЕГ ке се весен З 2 мкм/км мкм/км мкм/км мкм/км мкм/км мкм/км сі 1 лаві ло ав во їв) ово 7621 2о1мо | боїв ва зв со з ззвіавв| вл зва вв бю | 2030 801525 | хо | 11120 авт мовою 028) зї0бю 0250030) то 0022026 « п 76 Іюц»ю(ю|- | | 5ю | вз | вв | вю | то | во | вю | в | то
Із» Приклади одержання матеріалу:
Приклад 1. Порошки нітриду алюмінію, дибориду титана, дисиліциду титана, нікелю і хрому змішували у співвідношенні 12,5:10:2,5:60:15 відповідно та розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону або спирту-ректифікату протягом 6...8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали крізь сито. со Середній розмір частинок 1...Змкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах км у температурному інтервалі 1540-16009С, під тиском 35..40МПа, час витримки 25-45 хвилин. Залишкова пористість таких зразків становить 1...395. Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти. - Приклад 2. Порошки нітриду алюмінію, дибориду титана, дисиліциду титана, нікелю і хрому змішували у
Го 50 співвідношенні 25:20:5:40:10 відповідно та розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону або спирту-ректифікату протягом 6...8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали крізь сито.
Ще Середній розмір частинок 1...Змкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах у температурному інтервалі 1540-16009С, під тиском 35..40МПа, час витримки 25-45 хвилин. Залишкова пористість таких зразків становить 1...395. Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти.
Приклад 3. Порошки нітриду алюмінію, дибориду титана, дисиліциду титана, нікелю і хрому змішували у
ГФ) співвідношенні 33,5:26,8:6,7:26,4:6,6 відповідно та розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону або спирту-ректифікату протягом 6...8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали крізь ді сито. Середній розмір частинок 1...3мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових во прес-формах у температурному інтервалі 1540-16002С, під тиском 35...40МПа, час витримки 25-45 хвилин.
Залишкова пористість таких зразків становить 1...395. Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти.
Приклад 4. Порошки нітриду алюмінію, дибориду титана, дисиліциду титана, нікелю і хрому змішували у співвідношенні 35:28:7:24:6 відповідно та розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону або спирту-ректифікату протягом 6...8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали крізь сито. 65 Середній розмір частинок 1...Змкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах у температурному інтервалі 1540-16009С, під тиском 35..40МПа, час витримки 25-45 хвилин. Залишкова пористість таких зразків становить 1...395. Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти.
Приклад 5. Порошки нітриду алюмінію, дибориду титана, дисиліциду титана, нікелю і хрому змішували у співвідношенні 37,5:30:7,5:20:5 відповідно та розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону або спирту-ректифікату протягом 6...8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали крізь сито.
Середній розмір частинок 1...Змкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах у температурному інтервалі 1540-16009С, під тиском 35..40МПа, час витримки 25-45 хвилин. Залишкова пористість таких зразків становить 1...395. Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти.
Приклад 6. Порошки нітриду алюмінію, дибориду цирконію, дисиліциду цирконію, нікелю і хрому змішували у 7/0 співвідношенні 25:20:5:40:10 відповідно та розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону або спирту-ректифікату протягом 6...8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали крізь сито.
Середній розмір частинок 1...Змкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах у температурному інтервалі 1540-160092С, під тиском 35..40МПа, час витримки 25-45 хвилин. Залишкова пористість таких зразків становить 1...395. Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти.
Приклад 7. Порошки нітриду алюмінію, дибориду цирконію, дисиліциду цирконію, нікелю і хрому змішували у співвідношенні 33,5:26,8:6,7:26,4:6,6 відповідно та розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону або спирту-ректифікату протягом 6...8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали крізь сито. Середній розмір частинок 1...3мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах у температурному інтервалі 1540-16002С, під тиском 35...40МПа, час витримки 25-45 хвилин.
Залишкова пористість таких зразків становить 1...395. Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти.
Приклад 8. Порошки нітриду алюмінію, дибориду гафнію, дисиліциду гафнію, нікелю і хрому змішували у співвідношенні 33,5:26,8:6,7:26,4:6,6 відповідно та розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону або спирту-ректифікату протягом 6...8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали крізь сито. Середній розмір частинок 1...3мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових Га прес-формах у температурному інтервалі 1540-16002С, під тиском 35...40МПа, час витримки 25-45 хвилин. о
Залишкова пористість таких зразків становить 1 ...395. Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти.
Приклад 9. Порошки нітриду алюмінію, дибориду гафнію, дисиліциду гафнію, нікелю і хрому змішували у співвідношенні 35:28:7:24:6 відповідно та розмелювали у планетарному млині в середовищі ацетону або спирту-ректифікату протягом 6...8 годин. Суміш висушували в сушильній шафі, а потім просіювали крізь сито. ча
Середній розмір частинок 1...3мкм. Зразки одержували методом гарячого пресування в графітових прес-формах у температурному інтервалі 1540-16009С, під тиском 35..40МПа, час витримки 25-45 хвилин. Залишкова що пористість таких зразків становить 1...395. Зразки шліфували та полірували до 12 класу чистоти. ч-
З наведених у Таблиці властивостей видно, що матеріал, який заявляється під номером 3, має оптимальні сч параметри, а саме більшу міцність на згин ( с з) та меншу інтенсивність зношування (І) як самого матеріалу, такіплазмового покриття, отриманого з цього матеріалу. со
Плазмові покриття наносили на сталь ЗОХГСА із використанням установки УПУ-8М. Транспортуючим газом був аргон, плазмоутворюючим - суміш аргону з азотом. Відстань від плазмотрону до зразка становила 100-120мм, витрата газу - 0,03...0,05мЗ/хв. «
Інтенсивність зношування (І, мкм/км) визначали за схемою торцевого тертя "палець - площина" без мастила 70 на установці УМТ-ЗМ при навантаженні Р-5МПа та швидкості ковзання 1,4м/с, коефіцієнт взаємодії дорівнював в с 1. з Міцність на згин ( с з МПа) визначали згідно з ГОСТ 18288-72 із використанням З3-хточкової схеми згину, яка передбачає зразки розміром ЗхіхЗбмм.
Механічна обробка поверхні електродів алмазними кругами проводилась по довжині зразків. По ребрам со знімались фаски.
Матеріал, що заявляється, можна використовувати в якості зносо -, жаростійкого конструкційного матеріалу ко у вигляді електродів як для електроіскрового легування конструкційних сплавів, так і для магнетронного, - плазмово-дугового напилення, тощо, а також у вигляді порошку для отримання лазерних, газотермічних (плазмових, детонаційних, газо-полум'яних) покриттів, які працюють в умовах сухого тертя при високих 1 швидкісно-навантажувальних параметрах, зокрема, для компонентів двигунів в автомобіле - і авіабудуванні, «м легкій, хімічній промисловостях та ін.

Claims (2)

  1. Формула винаходу
    ГФ) 1. Композиційний антифрикційний жаростійкий матеріал для захисних покриттів на основі нітриду алюмінію, який містить диборид та дисиліцид перехідного металу ІМ групи Періодичної системи, який відрізняється тим, о що він додатково містить нікель та хром при такому співвідношенні компонентів, мас. бо: 60 й й - диборид перехідного металу ІМ групи Періодичної системи 20-28 дисиліцид перехідного металу ІМ групи Періодичної системи 5-7 нікель 24-40 хром 6-10 65 нітрид алюмінію решта.
  2. 2. Матеріал за п. 1, який відрізняється тим, що як перехідний метал ІМ групи Періодичної системи використано титан або цирконій, або гафній. Офіційний бюлетень "Промислова власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2008, М 05, 11.03.2008. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. с 7 о ча Іо) «-- с Зо со -
    с . и? со ко - 1 що Ф) ко 60 б5
UAA200612636A 2006-12-01 2006-12-01 Композиційний антифрикційний жаростійкий матеріал для захисних покриттів UA82157C2 (uk)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA200612636A UA82157C2 (uk) 2006-12-01 2006-12-01 Композиційний антифрикційний жаростійкий матеріал для захисних покриттів

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAA200612636A UA82157C2 (uk) 2006-12-01 2006-12-01 Композиційний антифрикційний жаростійкий матеріал для захисних покриттів

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA82157C2 true UA82157C2 (uk) 2008-03-11

Family

ID=39817432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAA200612636A UA82157C2 (uk) 2006-12-01 2006-12-01 Композиційний антифрикційний жаростійкий матеріал для захисних покриттів

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA82157C2 (uk)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104355624A (zh) * 2014-10-29 2015-02-18 安徽省皖捷液压科技有限公司 一种利用萤石矿渣制备多功能陶瓷喷嘴及其制作方法
CN104355623A (zh) * 2014-10-29 2015-02-18 安徽省皖捷液压科技有限公司 一种阻燃耐候性佳的陶瓷喷嘴及其制作方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104355624A (zh) * 2014-10-29 2015-02-18 安徽省皖捷液压科技有限公司 一种利用萤石矿渣制备多功能陶瓷喷嘴及其制作方法
CN104355623A (zh) * 2014-10-29 2015-02-18 安徽省皖捷液压科技有限公司 一种阻燃耐候性佳的陶瓷喷嘴及其制作方法
CN104355623B (zh) * 2014-10-29 2016-04-13 安徽省皖捷液压科技有限公司 一种阻燃耐候性佳的陶瓷喷嘴及其制作方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hong et al. The effect of temperature on the dry sliding wear behavior of HVOF sprayed nanostructured WC-CoCr coatings
Kahraman et al. Abrasive wear behaviour of powder flame sprayed coatings on steel substrates
Fervel et al. Friction and wear mechanisms of thermally sprayed ceramic and cermet coatings
Zhao et al. Influence of doping graphite on microstructure and tribological properties of plasma sprayed 3Al2O3–2SiO2 coating
Huang et al. Effects of solid lubricant content on the microstructure and properties of NiCr/Cr3C2–BaF2· CaF2 composite coatings
Yin et al. Tribological properties of plasma sprayed Al/Al2O3 composite coatings
Bonache et al. Influence of plasma intensity on wear and erosion resistance of conventional and nanometric WC-Co coatings deposited by APS
US20130108886A1 (en) Metal component, method for producing a metal component, and fitting, piece of furniture and household appliance
Nguyen et al. Novel polymer-derived ceramic environmental barrier coating system for carbon steel in oxidizing environments
Staia et al. Part II: tribological performance of Cr3C2-25% NiCr reactive plasma sprayed coatings deposited at different pressures
Saladi et al. Evaluation of microstructural features of HVOF sprayed Ni–20Al coatings
Georgiou et al. Structural and tribological properties of supersonic sprayed Fe–Cu–Al–Al2O3 nanostructured cermets
Sidhu et al. Wear and oxidation behaviour of shrouded plasma sprayed fly ash coatings
Dong et al. Studies on composite coatings prepared by plasma spraying Fe2O3–Al self-reaction composite powders
Parco et al. Investigation of particle flattening behaviour and bonding mechanisms of APS sprayed coatings on magnesium alloys
Zafar et al. Microstructure and mechanical properties of microwave post-processed Ni coating
UA82157C2 (uk) Композиційний антифрикційний жаростійкий матеріал для захисних покриттів
Tyagi et al. Tribological behavior of HVOF based composite coatings for wear resistance applications
Alroy et al. Tailoring microstructural features of Cr3C2-25NiCr coatings through diverse spray variants and understanding the high-temperature erosion behavior
WO2019077748A1 (ja) 浴中ロール及び浴中ロールの製造方法
Förg et al. Deposition of chromium oxide-chromium carbide coatings via high velocity suspension flame spraying (HVSFS)
Zhang et al. Fabrication and properties of Fe3Al–Al2O3 graded coatings
Kalinichenko et al. Development of Wear Resistant Coatings Formed by Plasma Spraying of Alloy Ni–Fe–Cr–Si–B–C System Reinforced with Ceramics Al2O3
Berger et al. Friction and wear properties of (Ti, Mo)(C, N) hardmetal coatings prepared by gas and liquid fuel HVOF processes
Mehar et al. Role Of Friction Energy And Tribo-Reduction In Abrasive Wear Of Alumina–Titania Coatings