Порошковый материал для нанесения износостойкого газотермического покрытия, получаемый самораспространяющимся высокотемпературным синтезом
POWDER MATERIAL FOR APPLICATION OF WEAR-RESISTANT GAS-THERMAL COATING, OBTAINED BY SELF-PROPAGATING HIGH-TEMPERATURE SYNTHESIS

Изобретение относится к порошковой металлургии для нанесения композиционных износостойких покрытий методами газотермического наплавления и может быть использовано для получения износостойких покрытий, подвергающихся интенсивному абразивному износу в процессе эксплуатации.
Известен износостойкий материал (патент №2062813 RU, C22C 29/10 C22C 1/04, опубл. 27.06.1996), содержащий карбид титана, никель, углерод, железо и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас. %: карбид титана 10-60; никель 4-15; углерод 0,2-1,5; кобальт 1-6; железо остальное. Описываемый материал характеризуется высокой износостойкостью.
Известен композиционный порошковый материал для нанесения износостойкого газотермического покрытия (патент №2060297 RU,C23C4/04, С22С 29/00, опубл. 20.05.1996), содержащий интерметаллическое соединение, состоящее из двух или более металлов в соотношении, соответствующем стехиометрии образуемого ими интерметаллического соединения, и дисперсное твердое тугоплавкое соединение при следующем соотношении компонентов, мас. %: твердое тугоплавкое соединение 5-95; интерметаллическое соединение остальное, причем средний размер частиц твердого тугоплавкого соединения в частицах порошкового материала составляет 0,1-160 мкм.
Прототипом изобретения является порошковый материал для нанесения износостойкого газотермического покрытия, получаемый самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (патент №2055936 RU, С23С 4/04, С22С 29/02, опубл. 10.03.1996), содержащий карбид титана и сплав алюминия с одним или более компонентами из группы: железо, никель, кобальт, титан, цирконий, тантал, хром, кремний, при следующем соотношении компонентов в сплаве, мас. %: алюминий - 30-99; компонент, из группы: железо, никель, кобальт, титан, цирконий, тантал, хром, кремний остальное, причем соотношение компонентов в порошковом материале составляет, мас. %: карбид титана - 10-90, сплав -остальное.
Недостатками известных порошковых материалов являются недостаточная прочность сцепления получаемых покрытий с основой поверхности металла, затруднительное регулирование физико-механических характеристик, а так же сложность изготовления данных порошковых материалов.
Технической задачей изобретения является обеспечение высокой прочности сцепления покрытия с основой поверхности металла, улучшение физико-механических характеристик нанесенного покрытия, упрощение технологии получения порошкового материала.
Техническая задача обеспечивается тем, что порошковый материал для нанесения износостойкого газотермического покрытия методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза состоит из смеси порошка сплава на основе никеля, содержащего хром, бор, кремний, железо и углерод, и порошка оксида кремния, при следующем соотношении компонентов, мас. %: порошок оксида кремния - 10, порошок сплава на основе никеля - 90.
Нанесенное предлагаемым порошковым материалом покрытие представляет собой порошка сплава на основе никеля, в объеме которой содержатся хром, бор, кремний, железо и углерод.
Вязкость нанесенного покрытия обеспечивается наличием в составе наплавляемого порошка пластичного никелевого сплава, а необходимая твердость наплавленного слоя достигается путем добавления в состав оксида кремния. Сочетание вязкости и твердости является результатом достижения повышенной износостойкости получаемого наплавленного слоя.
Для экспериментальной проверки предлагаемого решения были подготовлены 4 состава порошковых материалов для нанесения износостойкого газотермического покрытия при следующем соотношении компонентов смеси, мас. %:
1. Оксид кремния - 5, порошковая смесь - 95;
2. Оксид кремния - 10, порошковая смесь - 90;
3. Оксид кремния - 15, порошковая смесь - 85;
4. Оксид кремния - 20, порошковая смесь - 80.
2
Для проведения экспериментов использовали порошковую смесь ПГ-12Н-02 и керамический компонент оксид кремния SiO. Соотношение оксида кремния и порошковой смеси варьировали в составе исходной смеси для синтеза. В таблице 1 приведены соотношения компонентов порошковых материалов.
Из указанных соотношений получены образцы порошковых материалов для нанесения износостойкого газотермического покрытия различного состава методом самораспространяющегося
высокотемпературного синтеза в восстановительной среде. Средний диаметр зерен готового смешанного материала составлял 90 мкм, максимальный 160 мкм, и минимальный 45 мкм.
2
Структура частиц, полученных порошковых материалов, включала матрицу на основе сплава никеля с распределенными в ней частицами оксида кремния SiO.
Смешивание компонентов производилось на лабораторной планетарной шаровой мельнице «Активатор 2SL». Нанесение покрытий осуществляли технологией газопламенного наплавления с использованием установки состоящей из горелки наплавочной модели EuroJet XS-8, пропанобутановая смесь в качестве горючего газа и кислорода при следующих режимах: пропанобутановая смесь - 0,5 бар, кислород - 2 бар, температура пламени факела горелки составляла приблизительно 2400°С, расстояние от среза сопла мундштука до наплавляемой поверхности 160-200 мм, скорость перемещения частиц на выходе около 200 м/с, толщина наносимого слоя составляла 0,4-0,6 мм, на плоские образцы из стали 65Г, предварительно подвергнутые пескоструйной обработке. Структуру частиц полученных порошков исследовали методом оптической металлографии на приборе «Metaval», растровой электронной микроскопии на приборе «TeslaBS-300». Микротвердость наплавленных покрытий измеряли на приборе ПМТ-3. Испытания на износостойкость проводили на стенде для ускоренных испытаний рабочих органов почвообрабатывающих машин согласно ГОСТ 33687-2015 "Машины и орудия для поверхностной обработки почвы. Методы испытаний".В качестве материала для сравнения использовали образец из стали 65Г. Результаты сравнительных испытаний приведены в таблице 2.
Из данных таблицы 2 следует, что введение в состав порошкового материала для нанесения износостойкого покрытия оксида кремния приводит к существенному повышению износостойкости получаемого покрытия. В результате проведенных экспериментов выявлено, что оптимальным является состав 2, приведенный в таблице 1. В связи с тем, что относительная износостойкость нанесенного покрытия составом 2 является выше, чем в составах 1, 3, 4, следовательно, порошковый
материал, полученный на основе состава 2, способен обеспечить высокую износостойкость поверхности рабочих органов машин, таких как, землеройные, бурильные, почвообрабатывающие и посевные, работающих в интенсивном контакте с абразивной средой.