Исследование механических свойств композиционных материалов на основе порошковых систем аl-3d при воздействии ВЧ-плазмы пониженного давления

В. А. Сурков, И. Ш. Абдуллин, А. Ф. Дресвянников ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВЫХ СИСТЕМ А1-3а ПРИ

ВОЗДЕЙСТВИИ ВЧ-ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО ДАВЛЕНИЯ

Ключевые слова: ВЧ-плазма, композиционные материалы, электрофизическая обработка, нержавеющая сталь, микротвердость, насыпная масса, плотность, процесс воздействия.

Представлены результаты ВЧ-плазменного воздействия на композиционные материалы на основе порошковых систем Al-3d. Показано, что использование ВЧ-плазменного воздействия положительно влияет на механические свойства образцов материалов из сталей и технологические свойства порошковых материалов.

Key words: high-frequency plasma, composite materials, electrophysical machining, stainless steel, microhardness, bulk material, density, process of action.

In this paper, we present some data on HF-plasma action upon the mechanical properties of composite materials that are based on Al-3d powder systems. Also shown is that the use of HF-plasma action positively influences upon the mechanical properties of steel samples as well as upon the technological properties of powder materials.

Введение

Развитие новой техники в самолетостроении, ракетостроении, автомобилестроении, атомной и других видов машиностроения, способствует разработке новых композиционных материалов с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами. В создании таких материалов порошковая металлургия, в сочетании с методами электрофизической обработки, приобретает ведущую роль из-за основных преимуществ - получение материалов с повышенными механическими и эксплуатационными свойствами, резкое сокращение расхода материалов и электроэнергии, использование в качестве исходных материалов отходы металлургического и машиностроительного производства [1].

Перспективным методом электрофизической обработки композиционных материалов является воздействие высокочастотной (ВЧ) плазмы пониженного давления, [2] которая позволяет варьировать как температуру обработки, так и характеристики ионного потока, поступающего из плазмы на обрабатываемый материал. При давлении плазмообразующего газа Р = 1,33 - 133 Па, частоте электромагнитного поля f = 1,76 - 13,56 МГц, вкладываемой разряд мощности Pd = 1 - 5 кВт, параметры ВЧ-плазмы составляют значения приведенные в таблице 1.

Цель настоящей работы - исследование композиционных порошковых материалов Fe -5Al и FeCo-5Al при воздействии ВЧ-плазмы пониженного давления и определение механических свойств при напылении их на образец из стали 12Х18Н9Т.

Таблица 1 - Параметры ВЧ-плазмы

Концентр. электронов Пе

1015-101У 1-4 (3-4)-103 350-900 10-100 0,5-25

Результаты исследования

Исследование воздействия ВЧ-плазмы пониженного давления на композиционные порошковые материалы Ре -5А1 и Ре0о-5Д! проводились путем введения их в плазменную струю при одновременном напылении на пластину образца из стали12Х18Н9Т. В качестве плазмообразующего газа использовалась смесь аргона и воздуха в соотношении 50:50.Технологические параметры процесса воздействие плазмы ВЧИ разряда пониженного давления приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Технологические параметры процесса ВЧ-плазмы пониженного давления

Состав композиционного порошка ам. Па) кП Р

РеОо-5Д! 60 0,04 1,95 7,8 3,5

Ре -5Д! 60 0,04 1,8 7,8 3,5

Оптико-микроскопический анализ образцов композиционных порошковых материалов Ре -5А! и Ре0о-5А! показал, что частицы имеют округлую форму и значительно меньше по величине рис.1 - 4.

Уменьшение размеров частиц композиционных порошковых материалов Ре -5А! и Ре0о-5А! существенно повлияло на их плотность. Таблица 3 свидетельствует проведенного анализа истинной плотности.

Рис. 1 - Образец 1 - Fe-5Al порошок, увеличение 250

Рис. 2 - Образец 2 - Fe-5Co-5Al порошок, увеличение 250

Рис. 3 - Образец 3 - Fe-5Al порошок после воздействия плазмы, увеличение 250

Рис. 4 - Образец 4 - Fe-5Co-5Al порошок после воздействия плазмы, увеличение 250

Таблица 3 - Истинная плотность композиционных порошковых материалов

Состав порошка Температура обработки, 0С Влажность образца после испытания в гелиевом пикнометре, % Количество продувок гелием Число циклов измере- ний Плотность, г/см3

Ре-5Оо- - 1,09 10 5 6,1992±0,0029

5Д! 100 - 10 5 6,3051±0,0034

Ре-5Оо- 5Д! плазма 10 1 9,7173

Ре-5Д! - 0,85 10 5 5,4203±0,0011

100 - 10 5 5,5088±0,022

Ре-5Д! плазма - - 10 1 5,6867

Установлено, что во всех случаях после ВЧ-плазменной обработки наблюдается значительное увеличение микротвердости образцов пластин (табл.4).

Таблица 4 - Значение микротвердости

№ п/п № проб 2 Микротвердость, кгс/мм

1 Пластина с напылением Ре-5Д! (Обработка плазмой ) 322

2 Пластина с напылением Ре-5Оо-5Д! (Обработка плазмой ) 350

3 Ре-5Д! Металлическая пластина (основа без напыления) 236

4 Ре-5Оо-5Д! Металлическая пластина (основа без напыления) 236

Сравнительный анализ комплекса свойств композиционных порошковых материалов Ре-5А! и Ре-50о-5А! и напыленных образцов пластин показал, что процесс плазменного воздействия перспективен, так как улучшаются механические и технологические свойства.

Литература

1. Абдуллин, И.Ш. Физическая модель взаимодействия высокочастотной плазмы с твердыми телами в динамическом вакууме / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин, В.В. Кудинов // Журн. Физ. и хим. обработки материалов. - 2003. - №3. - С.40 - 46.

2. Абдуллин, И.Ш. Применение ВЧ плазмы пониженного давления для газонасыщения поверхности металлов / И.Ш. Абдуллин, В.С. Желтухин // Вестн. Казан. технолог. ун-та. - 2003. - № 1. -С.172 - 179.

В. А. Сурков - канд. техн. наук, докторант каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ; И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ, abdullin_i@kstu.ru; А. Ф. Дресвянни-ков - д-р хим. наук, доц. каф. аналитической химии, сертификации и менеджмента качества КГТУ.