автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.04, диссертация на тему:Износостойкие покрытия из порошков сплавов на основе железа, плаинрованных флюсом

КИГВСЬКИЙ М1КНАР0ДНИЙ УН1ВЕРСИТЕТ ШШЛЬНО! АВ1АЦП

Р Г 8 О Л Иа правах pysonucy

II Е Ч И П О Р Е и г; О Ольга Юр Пина

■ ЗНОСОСТПЖ! ПОКРИТТЯ 3 ПОРОШК1В СПЛАВ1В IIA ОС1ЮВ1 ЭАЛ23Л, ПЛАКОВА1ШХ ФЛЮСОМ

Спец1альн1сть: 05.02.04 - Тертя та внос в машинах

Автореферат дксертацП на едобуття вчевого отупеня кандидата техн1чвих наук

Ки1в - 1096

Робота вшсонана в Ки1вському м1жнародному ун1верситет1 цив!льно1 ав!ацП

Науковий кер1вник:

доктор техн1чних наук, прс^есор

НАЭАРЕНКО Павло Васильович

0ф1ц1йн1 опоненти:.

доктор техШчних наук, професор

ЗАБ0Л0ТНИЙ Леопольд Володимирович

кандидат техн1чних наук, старший, науковий сп!вроб!тник ШЕПЕЛЬ Анатол1й Якович

Пров1дна орган18ац1я: КШвськяй ав1ацшшй завод "АВ1АНТ"

Захист в!дбудеться 27 червня 1996 р. о 15 годин! на зас1данн1 спец1ал!эовано1 вч?но! Ради Д 01.35,04 при Кшвському Шкнародному уп1верс!иет1 , цив!лыю! ав1ац11 ва адресою: • ,

252058, КШв-БЗ, проспект Космонавта Комарова, 1, КМУЦА"'

3 дисертац1ею можна 08найдмитися в 01бл1отец1 КМУЦА

Автореферат роэ1сланий року

Вчений секретар спец1ал1зозано! вчено! Ради, доктор техн1чяих наук

М.С.Ш8К

ЗАГАШ1А ХАРА1СГЕРКСТККА РОБОК

Лктуапьн1сто проблем!!. Методи нанесения 8Носост1йккх пс-крит 11в а пароя>?< с ъе&>лэоп. здке 6 проь1двих м!сць серед технологи; нкх кроцес!в шгдощемн*. ресурсу г.етазей машин та мехатз«а1>. рема; викоркстсяукта йбэошге* сплаглв на основ! н1кело. то сшмф шхутъсн (СФСН), нанооятб локрист?.. як] мають комплекс тлкт ег.л"плуатад1й::нх пк. ьносост1йК1сть , короз!йна та зт-

рост1йк1сть, кароы1дИ1сть. Здатяасть самофлосуватися е вежливою технологичною перевагою таких сплав!в, яка дозволяе наплавдяти або проводити оплавления нетялеягк гятз}? у середовгоц поытря одердувати покриттп в ьчсокоо аносоогЫл^.ст.-'.

Ник! одним в осыоггшх каярш^Ць у розроиц! сплав1в в ефекгои самоффосування е часткова або повна еаЛна н!келю на вал1ро. рахунок щ>ого гпдвиа.уеться ефег.гивнасть '¡х використання, оаси^ч сплави на основ! зал!за, малик вксокмй р1вснь триботсхШчкк/ вдастивостей, в1др1зняються в1д н!кслевих »шячою собХвартчстю.

ЕЦдом! способи одержаннл порошк!в сплавав на основ! зал 1 за, :до с&\;офлюсуються (ОКЗ) - розпилення розплав1в 1 дифуздйне плетения поверхт частансгс порошку Оором та кремн!см - мгють ¡с тотн! педод1к1). Тал, пороигаг, одержан! розпменням розплаву, и--зашяди маэть доя«мги1й р1вень сзкофяюсуемост!. Тому пашювжлп я них покриття «оють ниэьку як!с?ъ та, я.к насд1док, шюы.у о;;осос-т!>шсть (при тому, що сплави системи легування Ре-Сг-В-3!-С характеризуются високою вносост!йк!стю). Технолог1я ж дифуз1йиого легування складна та енергоемка.

Таким чином, актуальней е проблема рбзробш! ефективного способу сдержанна порошк!в сплав!в на основ1 Бал18а, що самофлюсу-ються, використання яких дозволить наплавляти покриття а високою вносост!йк!стю.

¡шал.а ииииш. гчнпоо^о ГГГСПбу ПСрО^Цх. ИИЛШ>1а па

основ! зал!8а з ефектом семофшосування, призначених для нанесоння СЯОСОСТ1ЙКИХ 1Ю)фИТТ1ь.

Дли досягяеиня поставлено! мети необх1дно було вирХшити тек!, ыдачк •

1) проанал18увати гриЗотеяи1чн1 т;астивост! спла»1в сьагем 2<!е-Сг-В-3!-С 0де-Н1,Го};

!

2) вивчити механ1зм самофлюсування сплав!в на основ1 нгкелю та зал1за, юр м^стять бор та кремн!й;

3) вивчити властивост флюс!в, як1 використовують при паяннI та зварюваша сталей та чавунав, 1 визначити склади флкхпв, при-датних для використання п1д час нанесения зносостшких покритт1в з поропшв сплав1в на основ! аалгаа;

4) розробити технологш одержання композиц!йних порошк1в сплав1в на основ! аал1за, що мають ефект самофлюсування;

5) вивчити законом!рност1 формування ! м!кроструктуру пок-ритт^в з розроблених композиц1Йних лоровтв в умовах наплавки 1 оплавления напилених покритт!в;

6) вивчити особлиЕост! зношеиня покритт!в 1з,сплав1в на основ! залаза, легованих бором, в умовах тертя з граничним мащен-ням.

Наукова новизна

1) Вивчен! особливост! окисления сплавав системи Ге-Сг-В-ЗЬС в температурному ¡нтервал! 500...1500°С. Встановле-но, що утворення боросил!катного флюсу в!дбуваеться при температурах, видах 900.1000°С, а при нижчих температурах утворшться перевалю оксиди метал!в, як1 ускладнюють процес самофлюсування. На основ! дього зроблений висновок, що для забезпечення високого р1вня самофлюсуемост! таких сплав!в, при застосуватп 1х для» нанесения зносостшких покриттгв з порошк!в, остаин1 необх!дно пла-кувати флюсом.

2) На основ! вивчеиня вакошЛрностей вэаемодП оксид1в луж-них метал1в, бору, кремн!ю ! фосфору з легуючими елементами спла-В1В встановлений механ!зм !х окисления у систем! "сплав-флюс-ки-сень повп'ря", яка м!стить флюси: В2О3, ИагО-ВгОз, МагО-КгО-ВгОз, ЫагО-РгОд, НагО-РгОб-ВгОз. Так, для систем з флюсом Ме^О-В^Оз (Ме-На,К) окисления компонентов сплаву (в першу чергу, бору та кремнш) переважно в!дбуваеться при температурах, вицих 900...1200°С киснем Ме^О та пов!тря за рахунок аниження х!м!чно! ст!йкост! Ме^О, а такол в'язкост! розплавлених флюс!в- 1, по ц!й причин!, пдатцення швидкосп дифуз!йиих процес!в в оксидному розплав!. Дли флюс!в на основ! Р2О5 окисления легуючих елемент!в сплав1в в!дбуваяться як за рахунок 1х ьзаемодП з дифундуючим через флюс киснем пов1'1'ря, так 1 внасл1док в!дновлення Р2О5 бором, крешпем 1 хромом.

а

3) Встановлений мехшпвм зношення покритт!в, одержаних газо-порошковою наплавкою та оплавлениям плазмових покриичв, в трибо-пар! "покриття-Сталь 45" в умовах тертя э граничним мащенням. Показано, в;о нл поверх?;! покриття п1д час тертя формуеться пл!вка

вториинкх структур у вигляд1 оксид1в та вхдсугне ' руйнування основного матер1алу при тиа-г/ (Р) Е. ..6 МПа та швидкост! ковзання (\'г.) 0,5... 1,5 м/с. Де сялдчить про псреватло окислювальний меха-«1эм эвоиення ткоитв. Рогаьзадмю, ко «зтектична макроструктура покритт1в э СФСЗ та п1двищена швидкють утворення вторинних структур за рахунок ьу^о'1 швидкост1 окисления аал1за порхвняно в никелем вабеэпечують покриттям а СФСЗ п1двиш,ену вносост1йк1сть у пор!виянн1 з покриттями в С2СН.

ПоС.'лонаш ?ла'1смат;г;ьI мг:дй;л , п.' /югшоллютв вианачити снсс об'ектхв вказаних трибопар у дганазон! ..¿О Миа 1

Ук-0,Б. . .1,5 м/с.

Практичне значения. РозроОлаш технологдчиз основи ваьаго способу одеркаиия компознцпших порошк!в силав1в на осков! оа-Лза а сфектом самофлюсування. Розроблен1 основи технолог] I газоиоро:» копо) наплавки. 1 напилення а настулним оплавлоияям пстфитт1я в таких кошгапитбяих псроак1в, вииорветашя яких доэвилш; од«{Я, -вати покригтя г л.кокою знососПМстю в умовах тертя а граничим мавденяям. Т1-:'.:;эдог1я викоркстана на ЛНТК "АНТОНОВ" для ремонту деталей в>^л:в тертя ав1ац1йно1 техн!ки.

1) спос!б одержання порошив с плав ¡в на основ1 эал1за, пла-кованих флюсом, призначених для нанесения 8носост1йких покритт1в;

2) результата вивчення взаемодП легуючих елемент1в сплавхв системи Ре-Сг-В-БЬС з флосами В2О3, ИагО-ВгОз, МагО-РгОэ, МагО-РгОб-ВгОэ.

3} результати вивчення впливу м1кроструктури покритт1в, одержаних з плакованих флюсом порошков сплав1в на основ! еал18а, на 5х з1юсост1йк!сть;

*) результат« «алаяюгг! Зйэсосг1йкэст1

"покриття-Сталь 45" в!д тиску ! швидкост1 ковзання в умовах тертя а граничним мащенням.

Особистий вносок автора. В дисертац1йи1й робот! узагальнен! результати досл!дяень, виконаних бевпосередньо автором. Эокрема, автором розроблений спос1б одержання плакованого флюсом порошку, вивченх особливост! взаемодП легуючих елеыент!в сплахив

Ро-Сг-В-51-С з флюсом, 8аконом1рност1 нанесения покритт!в 8 пла-кованих порошк!в 1 властивост! покритт!в ( у тому числ1 1 зно^ос-?1йк!сть), побудован1 математичн1 модел! зносост1йкост1 покрит-т!в.

Апробац1я робота. Матер1али дисертацП допов!дан! I обговорен! на 4 галузев1й конференцП "Новые технологии и оборудование для сварки, лайки и вакуумных спецпроцессов" (Саратов, 1991); м1жнародн!й конференцП "Лазерные и физико-технические методы обработки материалов" (Крим, 1995); м!жнародн1й конференцП "Напыление и покрытия'95" (Санкт-Петербург, 1995); икол1-сем1нар! "Защитные металлические и неметаллические покрытия" (Ялта, 1995); м!жнародн1й конференцП по газотерм! чному нападению "Т5'96" (ФРН, Дюссельдорф, 1996).

Публ1кацП

За матер!алами дисертацП опубл1ковано 7 роб1т, подана ваяв-¡са на отриманнй патенту Укра1ни (И 94076232).

.06'ем дисертацП

Дисертац1йна робота складаеться !з вступу, 5 роздШв, вис-новк!в. Шстить 127 стор1нок машинописного те!ссту, 79 рису шив. 30 таблиць. Перед!к л!тератури вм!щуе 94 назви роб1т.

ЗШСГ РОБОТИ

В першому рсзд!л| обгрунтована актуальн1сть проблема розроб-ки нового способу одержання порошк1в сплав 1 в на основ! вал! за, як! самофлюсуютъся 1 призначен! для нанесения вносост!йких лок-ритт!в, поставлена мета 1 вигиачен1 нео0д1дн! для р!шення эздач!.

Нин! порошки ОФСН кирско використовуються для нанесення пок-ри?т!в а мето» п1двщення зносост1йкост1 стаяевих деталей, ос-к1льки ст1йк1сть проти зношення таких покритт1в в дек1лька раз1в вица ва р"осост!йк1сть сталей; п1дданих терм!чн1й або хШко-тер-м!чн!й обробц1. При цьому висока 8иосост1йк1сть 01СН пов'язана. з наявн1стю в 1'хн!.". м!кроструктур1 борид1в 1 карб!д!в хрому та ев-тектики Ш-ШзВ.

Проведений пор1вняльний адал1а вдастивостей покритт1в 8 порошив С4СН 1 ОЮЭ тсазав, ¡но ва р!внем вносост1йкост1 покриття

\

8 порошк!в сплав!в на осков1 зал!за не лоступаються покриттям в порошк!в ОХСН. Так, наприклад, при нормальному терт! високоборис-т! наплавлен! покриття 1з ОЮЭ перевицують в 2... 11 раз1в за р!в-нем 8Носост1Йкост1 покриття з порошюв СФСН ПГ-СР4 ! ПГ-1011-01. В умоаах абразивного зноаування знссоспйисть покритт1в !з сплав]в системи легування Ге-Сг-В-С такох вика за зносост1 иметь покрит-т!в э ОХСН. При цьому варПсть порошк!в ОФСЗ за рахунок аниження к!лькост1 н1келю в !хньоыу склад1 1 в залежлост! в!д вм!сту знших легуючих елемент!в може складати 50% вартост! порошк!в СФСН.

Разом з цим, пхд час наплавки або оплавления на пов1тр1 напи-лёних покритт!в з пороишв сплав!е ептем легування Ге-В-ЗЬС ! Ге-Сг-В-51-С, на вхдм1ну э1в по|«;а>.;в ОГСП. не вавжди вдаеться одержувати покриття високо! якост! по причин1 недостатнього р!вня самофлюсуемост! таких еплав!в, що обумовлене наступним. При окис-ленн! сплав1В систем легування М1-Сг-В-31-С, Ге-В-51-С 1 Ге-Сг-В-З!-С утворення боросил!катного флюсу в1дбуваеться при температурах, вищих 900...1000°С. При нижчих температурах утворад-ються переважно оксиди метал1в. Оскыьки швидюсть окисления за-л!за в декгяька раэ1в вища за швидкЗсть окисления н1кело, то 13'3а утворення б!лыю1 млькост! оксид!в зак1за ь температурному 1нтервал! 60.".. ,900°С ускладнюеться процес самофлтсуванкя, внасл1док чого у по!'.ритт! утворюються дефекта у виг ляд 1 окалин«, пор 1 владавих вкляченъ, ад негативно впливае на еноссклчйгйеть покритт!в.

На основ! вивчення властивостей флюс!в, як! використовуютъ при вварюванн! та паянн! сталей 1 чавуи!в, було вроблено припу-и,ення, що введениям таких флюс!в в порошок можна вниэити темпера-турну межу початку процесу самофлюсування сплав1в на основ! еал1-ва в!д 900°С до 600...700°С. При цьому энизиться ивидк1сть окисления ваШва, пол!пшиться процес переведения кого оксид !в в р!д-кий 1ааак I, шш самим, будуть створен! умоьи для тднитцення икче-т! шшмшш г»е;;ритт!ь х, на ц!и основ!, »я анососникосг*.

На основ! анад1зу властивостей флюс1в, що вастосовуються нин!, як об'ект досл!джекня при розробц! фл»с!в, приэначених для використання п!д час наплавки або оплавления напилена покри'тпв в пороикЮ сплав1в на основ! 5ал1ва, вкбран1 системи на основ! оксид!в бору та фосфору (ВгОз-К'агО, ВгОэ-КгО, ВгОэ-МагО-КгО. ВгОз-ИагО-РгОб), як1 мають нианй межу температурного !нтервалу активное^ 600...700°С.

В другому роздШ описан! матер!али, обладнання ! методики проведения досл1джень ! випробувань.

Морфолог1чний анал!з плакованих порошк!в проводили за допомогою скануючого микроскопу Зео1 №М-36С-, оц!нку форми частинок -за методом Хаузнера. Технолог1чн! властивост! порошк1в (насипна густина 1 текуч!сть) визначали за стандартними методиками. Дифе-ренц1апьний терм1чний анал1з (ДТА) порошк1в 1 флюс1в виконании за допомогою установок ВДТА-8М 1 "Дериватограф С1-1500Е>".

Газопорошкову наплавку покритт1В зд1йснювади за допомогою пальника ГИ-2 (робоч! гази - пропан-бутан 1 кисень) з використан-ням порошк!в фракцП 50... 100 мкм.

Нападения покритт1в проводили за допомогою установки "Киев-?". Оплавления напиленйх покритт1в проводили за допомогою пальника Г/У-2,

М1кроструктуру 1 властивост! покритт1в вивчали за допомогою металограф!чного, м!кродюрометричного та рентгенофазового анал1-31в. Х1м!чний склад покритт!в визначали спектральним анализом (установка "Кватюметр ДФС-36"). Твердость покриттгв визначали за методом Ейккерса.- Зносост!йк!сть .трибопар "покриття-Сталь 45" в умовах тертя з граничним маценням вивчали за допомогою установки конструкцП КМУЦА, у я|«й реал1зована торцьова схема тертя.

В третьому роздШ вивчен1 особливост1 способу одержання по-рошк1в сплав!в на основ! зал1за, плакованих флюсом, .1 водив флюсу на технолог1чн1 властивост1 порошк1в.

Запропонований метод одержания композиц1йного порошку поля-гае в нанесенн! на поверхню його частинок вару флюсу а рсзчину 1 наступного випарювання роачинника. Технолог1чна схема сдеряання ксмпозищ иного порошку складаеться з таких сперац!й: приготування розчину флюсу, .уверения в порошок розчину флюсу, Еипарювання роз-чишшка, дробления конгломерат!в частинок та розс1в порошку, на фракцП.

Для зайеэпечения р!вном!рвого роапод!лу флюсу на поверхн1 частинок порошку запропоновано флюс вводити в порошок а розану. В я пост! розчшшика досл1джена вода, оск1льки вих!дн! кокпонеети, яю використовували для синте8у флмсгв (Ма011, КОН, Н3ВО3, ИаН2Р04, N328407), добре в нЦ розчиняються. Але оск!льки вода в присутностх кисню повгтря ыоже актив1зуватн процес окисления за-Л1за, то з меток) замени води в якост1 розчшникадослхджений та-кож етиловий спирт. Отрицаний результат виявився незадов!льним.

що пов'яэано з ниэькою розчинн1стю вих1дних сполук у спирт1, а таксж а 1нтенсивним випаровуванням спирту 1 продукт!в його взае-мод11 з борною кислотою (еф1р1в) п!д час нагр!вання.

В основу синтезу у водних розчинах флюс1в систем Вгбз-МегО (Ме-№,К) покладена властивгсть В2О3 активно вступати у взаемодио з оксидами лужних метал1в, утворвючи в1дпоб1дн1 боратнх сол1.

Вих1дною сполукгао длп одергярня борного анг1дриду обрана борна кислота. П роэчишисть у вод! эростас з п1двищенням температур;: розчину 1 при температур! кпгшш;; (103°) досягае 23%.

Добавка луг!в п!двмцуе розчишисть борно! кислоти у водь Так, наприклад, при введенн1 у розчин борно! кислоти 2,45 г ЫаОН 1 2,70 г КОН (при такому сп1вв1дношенн1 компонентов синтезуються флжси складу 90%Вг0з-1СШа20 1 Р8Х8гСгг1СгКгО) ЯЗХ-ний розчин ут-ворюетъся при температурах 65°С 1 76ГС, в1днов)дно.

Вивчена здатн!сть порошк1в абсорбувати роачин флюсу. Остановлено, що к1льк1сть абсорбованого порошком розчину флюсу зрос-тае при п1двищенн1 кокцентрацГ) розчину флюсу, зменшешп кгль-кост1 лугу у розчин1 1 при зб!льшенн1 розм!ру частинок порошку.

Експерименталыю встановлено, що краау яклсть шару флюсу ма ють компоэид1чн1 порошки, п!д час одержалия яких вих1дн! порошки мали температуру 50...60°С, а розчин флюсу - 60...60°С. При ые-дешп розчину ь нагри'ий порошок зншкуеться швидк1сть пол1мериэа-ц11 компои-,!Т1в флюсу, що эапсхпгае шккдкому склеиванию частинок порожу флюсом ! дозволяе р1вном1рно РОЗПОД1ЛИТИ розчин флюсу у порошку при перем1шуваннх.

Шсля випаровування води для порошк1в, як! мають сферичну форму частинок, харак1ерне утворення конгломерат!в внасл1док 1х скдеювання флюсом. Порошки 8 розвинутою формою поверхн! частинок, наприклад, ПЖР-1, за 1нших р!вних умов, не схильн1 до конгломеру-вання 1 п!сля сутки вбер1гаоть текуч1сть. Причина даного явища полягае в тому, що м!цн1сть склеивания таких частинок флюсом низька, оск!льки флюс п!д час випарюваиня води ос!дае перевакно в логлмбленнн* на иоверхь* чоСхинок порошку, не покрИиС^ч» юл верхнга, як це характерно для порошк!в в! сферичною формою части-110-;.

Технолопчнкй процес еаверауеться розс!вом компоэиц!иного порошку на фраку!1.

При досл!даеш!1 технолог!чних властивостей нлакозаних флюсом порошк!в встановлено, що насипна густина 1 текуч!сть порояюв а

?

розвинутою формою ловерхн! частинок (ПЖР-1) мало эалежить в!д к!лькост! уведеного в нього флюсу в межах до 3,0 мас.%. Для порошив 31 сферичною формою частинок (ПГ-АНЖ) мае м1сце зниження насипно! густини на 7...25% 1 текучест! на 10...60% < в залежнос-Т1 В1Д фракцП порошку) при зОхлыиеша к1лькост1 флюсу в порошку в1д 0,5 мас.% до 3,0 мас.%.

Пор1вняно з методом дифуз1иного насичення розроблений метод одержання композшцйних порошк1в в1др1зняеться'малими енергозат-ратами, високою продуктивном 1 не передбачае використання ток-сичних сполук фтору.

В четвертому роздШ вивчена взаемод1я в систем! "сплав-флюс-кисень пов!тря", визначен! склади флюс!в ! !х к!ль-к1сть в порошку, яка е необх!дною для одержання покритт!в без дефектов у вигляд! окалини, пор 1 шлакових включень, а таком вивчена мжроструктура ! фазовий склад покритт!в, одержаних методами п1чно1 ! газопорошково! наплавки та плазмовим налиленням в оплавлениям.

Шд час нанесення покритт!в з композиц1йних порошк!в мае м1сце х1м1чна взаемод1я компоненйв флюс!в з легуючши елементами сплав!в внасл1док рхзно! спор!дненост1• елемент!в до кисню. Результатом тако! взаемодп може бути змхна складу 1 властивостей сплаву. У эв'язку з цим виконана термодинам1чна ощнка 1мов1рнос-т! реакц1й бору, кремшю, хрому ! зал!за - елемент1в, що мають максим'альну спор!днен1сть до кисню при температурах наплавки або оплавления, з оксидами НагО, Р2О5, В2О3, ГеО.

Встановлено (рис.1), що найб1льш !мов!рно прот1кання реакц1й за участю бору ! кремн1ю, а максимальний окислювальний потенц!ал мають оксиди 8ал18а, фосфору 1 натр1ю. Тому при використанн1 в якост1 флюсу композиц1й на основ1 Р2О5 сл!д очакувати зм1ну складу, а, отже, 1 властивостей покритт!в внаоя1док переходу бору 1 кремн1ю 31 сплаву у шлак.

На основ! анал1зу решоцй за участю МагО зроблений висновок, що к1лыасть НагО у склад! флюс!в необх!дно обмежувати з огляду на зростання термо динамично! 1ыов!рност1 окисления цим оксидом бору ! кремн!» при тдвищеши температури (рис.1), а також зростання киснепроникност! флюсу ВгОз-МагО при- зб!лыиен1П к1лькост! НагО в ньому.-

Нин1 в!дома достатньо велика к1льк!сть зиосост1йких сплав1в на основ! аал1за, легованих бором ! кремнием, ! як1 м!стать також

ДЗ.кДх/лгом киски

1. j В ♦ ИагО - j В*Оз ♦ ENa

г. \ Ft2В ♦ Ка20 - 5 Г» ♦ та » j В2О3

' 3. J S1 » (¡агО - | SlOfc * и1л

«. I Cr ♦ ИпгО - 3 Сг£Оэ ♦ ENa

: В ♦ ГеО - Fe •

, ¡¡As

е. 4 Si ♦ | вг0з - | siOs ♦ | в.

1. 5 F«s« ♦ J Р2О5 - 3 г» ♦ j p ♦ - ел

; 51 t; PA - 5 SIO;

I er » ! P2Cs - | СггОз ♦ I v

10. ;•»; P£0s - i SA ■

I-'üc, 1 .Дэлсжтсть smIki! ;зобарно-1зотерм1чнсго яотенталу (дС) ¡'Ля температур:! fТJ

Cr, Ho, Hl, Ti, Мл, AI та 1нш! елементи. Оскллхлги AI, Ti 1 Мл мэ-мть аксону oiiopiitiieHiCTb до кисню 1 уткорвють EasutoruaBKi сксиди, -.-о а .".Kocri üCÄasiHJüi acpcstiB для pccpcüis: ¡гсмпозициших сив-ристан! порошки сплав!в (таблица), як1 не м1стять в казан! едемеи-ти. Як аналог ОФСН був обрании порошок ПГ-АН9 (таблица).

Х1и!чний склад сплав!в

Таблиця -а

| Порошок

BMiCT дегуючих е'леыент1ь, мае.I

>

л А ( Cv j ми

-к

-I—

i 23 I 14 I 3

Fe

Ы |

i

1 ■ 3

I'0,2 | I 1.2 J I 0,7. 5

I 0,8 l

1 nr-ati

f ПГ-АМ

! ПГ-АНЖ

1 ПГ-А119

15

OCH.

1 6 1 15 J Б I 10

ос Ii.

OCH.

осн. <3

3,5 | <1

3.3 i <1

3,5 | 3,3

3,1 1 2,8

p

Ц1 сплави в1др1эняються як за складом 1 м!кроструктурою, так i sa властивостями. За допомогою ДТА, наприклад, встановлено, що температура сол1дус сплаву ПГ-АНЖ дор1втое 880°С, ПГ-Ж1 - 910°С, а ПГ-АМ - 1030°С, при температурах л!кв1дус И20°С,- 1230°С, 1240°С, в!дпов1дно. При цьому покриття э порошк1в ПГ-Ж1 1 ПГ-АМ методами наплавки або оплавления напиленого шару на пов1тр1 отри-мати не можна.

В умовах ni4Hoï наплавки в!льио насипаного порошку ПГ-Ж1 без флюсу в!дбуваеться 1нтёнсивне утворения окалини, причому окалина м!ститься не т!льки на поверхн!, але i в покритт!, утворюючи в ньому дефектний шар товщиною 30... 507. товщини покриття.

При використанн1 композиц!йного порошку на ochobI ПГ-Ж1, який м1стить флюс ВгОз-МегО у к!лькост! 1,5...2,0%, эа рахунок прот1кання процесу самофлюсування формуються покриття, у яких вм1ст шлакових включень не перевищуе 0,1 • • .0,5% i як1 не мають або мають дефектний шар неэначио1 товшдаи.. М1кроотруктура покриття. переважно заевтектична.

При наплавц1 композиц1йногй порошку на основ! ПГ-Ж1, що м!с-тить флюс ВгОз-МагО-РгОй, також формуеться покриття високо! якос-т1. Однак при цьому зменшуеться вм1ст бору в ньому на 0,8...1,02 nopiBHHHo з покриттями, наплавленими порошками 8 флюсами складу ВгОз-МегО (при вйкористанн! останн1х вменшення bmIctу бору в пок-. ритт! пор'1вняно в порошком не- перевищуе 0,1.. .0,2%). Внасл1док вменшення Вм1сту бору в покритт1 ваевтектичи! кристали в його м1кроструктур!" в!дсутн1.

Покриття а плакованих порошк!в одержу вали газопорошковою наплавкою ! плазмовим напиленням 8 наступним оплавлениям. При цьому встановлено, що використання боратних флюс1в дозводяе одержу-вати покриття bhcokoï якост!. Застосування метафосфату натр!ю у флюсуючих . композиц!ях негативно поаначавться на якост! покритт!в ia-sa утворення окалини на 1х поверхн! i порушення 'суц1льност1 покритт!в.

Виконана оц1нка впливу к!лькост!'введеного в пороша флюсу на як!сть пмсриття. КритерП якост! покриття - в1дсутв!сть пор 1 шлакових включень, окалини на поверхн! покриття, порушень його суц1льност!. Встановлено, що при наавност! в компоэиЩйному порошку флюсу ВгОз-МегО у к1лькост1 1,5...3,02 формуеться покриття високо! якост1. При BMicTi флюсу у склад! порошку до 1,0...1,5% покриття мають назван! дефекти.

Мжроструктура наплавлених покригпв практично не в1др1зня-еться в1д тако! для покриттгв, одержаних напиленням з оплавлениям. Мжротвердють евтектики змхнюеться в межах 5000...5800 МПа, 7200...8800 МПа, 7000...9100 МПа, 7500...9000 МПа для покригпв э порошк1в ПГ-АНЖ, ПР-Ж1, ПГ-АМ, ПГ-АН9, в1дпов!дно. М1кроструктура локритт1в по перерзгу ампшеться взд евтектично) (поблнзу лере-xifliioi золи) до заевтектично! в напрлмку до поверхн1 покриття. Виняток складае покриття э порошку ПГ-АМ. Його макроструктура пе-реважно евтектична. На в!дм!ну в!д сплав1в на основ1 зал1за в Miкроструктур! покриття з н1келевого порошку ПГ-АН9 поряд с крис-тааами боридхв i карб1д1в хрому i евтектики N1-NI3B miстаться такал кристали доевтектичного. твердого роэчину на основ! нжелю з ы!кротверд1стю 4000...4500 МПа 1 розм!ром до 50 мкм.

Визначений фазовий склад покритт1в. Так, в покритт! а порошку ПГ--АНК М1стпться твердий розчин на основ! stuiiaa 1 борокарб1д ;Те,Сг)2(В,С). В сплавах порошкхв ПР-Ж1 i ПГ-АМ, лсговшшх молю-деиом, поряд с (Fe,Cr)2(B,C) ярисутн! бориди i карбгди хрому i молiбдену: Сг2В, Мо2ВС, Fe2MoC (ПГ-Ж1) и Сг£В, СгВ2) МоВ2, Fep?>ioC, а також 1нтерметал1д Fe-Mo (ПГ-АМ).

ТЫ.ИМ чином, покриття 3 розглянутих компо'зищйних лорошк!ь Д1др]зн11»тьсл за мжроструктурою. фа&овим складом i мжротьердш-т». Рззтшя у складi i властивостях покригпв обумэвила 1 pi-ну CTiHKicyb проти зношецня в умовах тертя з граничним мащенням.

В п'ятоыу розд1д1 вивчен! особдивост1 аношекня покритт!в з роэроблеши композит йних порошк1в, що самофлюсуються, в трибола-рах 3i сталлю Сталь 45 i побудовазй модел! эносост1йкост1 покрит-т1в, контрт!л та трибопар.

Для встановлення залежност1 зносу об'ект!в трибопар "покрит-тя-Стадь 45" в!д тиску Р 1 швидкост1 ковзачня Vk був эастосоваиий «ЙТ071 математичного планування. Молел) зкосост1йкост1 побудован!

rtrt II(JH(1M4J14JAJ ne!fU->Ml)0»mi I MHOi'ü iMiHnv лиуГОГО liuunimV. 'Ixjin illJibll-

цепня адекватност! р!внянь була проведена апроксимац1я асиметрич-ро&исдЬиъ фумаЩ нлдгуку Y иона» функц1№ Y*:

U - UJHY+AJJ0'1, (i)

цо дозволило отримати адекватн1 ргвняння (А - В1дышй член, значения я кого змышеться у дгальзий 0,3... 6,0).

Адекватна математична модель вносу об cktib досупджешш мае еигляд (перетвсрення, зворотне (1)):

Y-exp(bo+biXi-tij2'<2+bi2XiX2+biiXii:lb22x2li)10 ~ А (С)

На основ1 анал!зу отриманих валежноотей, вивчення характеру вношення поверхонь тертя покритт1в, впливу тертя на м1крострукту-ру поверхневого шару покритт!в вотановлено, щр при Р-2.. .6 МПа 1 Ук-0,5...1,5 м/с 1снуе стац!онарна нормальна область тертя трибо-пар в механ!вмом окислювалыюго вношення.

Встановлено, що вносост1йк1сть покритт1в 1в порошк!в сплав1в на основЬ зал1за ПГ-АМ 1 ПГ-АПЖ в ища, н!ж 1з порошку ПГ-АН9 при тиску 2...20 Ша 1 швидкостях коваання до 1 м/с. При зб1лъшенн1 швидкост1 коввання 1нтенсивн1сть вношення покритт!в виэначаеться величине» тиску, а саме: при Р<10 Ша п1двицрну вносост1йк1сть мають покриття "з порошк!в ПГ-АНД 1 ПГ-АМ, при Р>10 МПа - покриття в пороше!в ПГ-АМ 1 ПГ-АН9 (рис.2).

. пг-<ш9

Рис.2. Питомия зное пар тертя при тяску 8 МПа (а) 1 12,5 МПа (6) та щвидкост! ковзвмня:

| [ - 0,57 М/с;

Ж

- 1,43 м/с

Знижена вноссст1йк1сть покритт!в !з порошку пр-ан9 при швид-кост1 ковзання до 1,0 м/с 1 тиску 2...20 МПа оСумовлен; двома факторами. По-перше, в м!кроструктур1 покриття м!стяться кристали твердого розчину н' основ! н!кедю, як1 маоть нивьку м!кротвер-дасть 1 практично не аы1щроиться г.!д час тортя. По-друге, внасл!-док ¡пдвшцено! пор!вняно з ншелем спор1дненост! вал18а до кисшо швидк1сть утворения оксидннх пл1вок П1Д час тертя сплав!в на основ! зап!за вида, а швидк!сть 1х руйнуваннп нижча, що обумовлюе п!двищену вносост1йк!сть сплав!в на основ! вал!8а.

При п!двищеному тиску 1 швидкост1 ковзання зносост!йк1сть покрптт1в таком' мзначаеться ' осо*ливостя\ш Тх м1крсструктури. Ннжча 8иосост1йк1сть покрют1в а эаевтектешсю структурой !& порошков Щ'-т1 1 Ш"'-АНЖ иов'наана з тим, цо за таких умов вношення перепада?, втомне викришування великих кристал1ь 1 1нтенсиф1куеть-с.я процес м1крор,18анкя контрила 1 покриття. При цьому п1двиш.ена 2-:осост1йк1сть покриття !з порожу ПГ-АНЖ пор!вняно в покриттям )& порошку ПР-М иоз'яеана з пйдвщевою в'яви! сто матриц! катер! ~ алу пераого сш-вву..

Висока вадсосийгЛсть трибопари '"покриттн 1э порошку ЯГ-АМ -Сталь 45" псв'язана з евтектично» м1нроструктурсю покриття, яка характеризуеться високою дисперсн1стю бсрндних ! карбгдних фаз, а такса 31 змацненням твердого роэчнну на основ!'аач! за високодко-кркгтулаь» Циермета^Хду Ре-Па..

Таким чином,' покриття 1в порошк!в сплав!в на основ! зал!за, ¡до самофлюсуються, не т1льки не/поступаються, а й перевищують при Р-2...20 МПа 1 Ук-0,5..,1,5 м/с покриття 18 порошку ПГ-АН9 за рхвием зносоот!йкост1, що дозвояяс рекшендувати 1х зам1сть ОКН для робот в вузлах тертя' в пар! з! сталями класу Сталь 45.

злгашп висноеки

^¡ш пер™:!:. "1 :г

нов! 8ал!за з ефектом самофлюсувалия, призначених для нанесения

:«:ссост!йю:х покритт1в. Сут;, його полягае в нанесет;! на пс&ерхню '¡¿до-инок порошку сплав1н, легсваних бором та кремн!ем, пару бо-ратного флосу методом осадясння в водного розчину. Эа рахунок плакувашш порошку флюсом внижуеться температура початку салофдо-суаання . сплав 1 б а!д температуря плавленнл (£00... 1000°С) до вк-яка в1дпов1дав нидглй температурки! меж! активнсст! флюсу

1 (600...800°С). При цьому в1дбуваеться захист сплаву в!д окисления

ч -

в температурному 1нтервал1 1нтенсивного окисления метал!в (в!д 600...800°С до температури плавления сплаву), а також покрашують-ся умови для переведения утворюючихся оксид1в метал!в в р1дкий шлак. Таким чином забезпечуеться формування наллавлених пок-ритт1в, як! не мають дефект!в у вигляд! окалини, пор 1 шлакових вюточень.

2.Розроблен1 технолог!чн1 основи одержання порошк!в сплав!в на основ! зал!за, плакованих флюсом. Вивчений вплив грануломет-ричного складу порошку, концентрацП розчин1в ! IX складу на за-коном1рност1 абсорбцП порошками розчин!в флюс!в. Встановлено, що кращою як!стю шару флюсу в1др!зняютьсяплакован! порошки, при одержали! яких температура порошку дор1вшовала 50.. ,60°С, а температура розчину флюсу - 60...80°С.

Вивчений вплив к!лькост! флюсу на технолог1чн1 властивост! плакованих пороик!в. . .

3.Встановлений механ!зм окисления легуючих елеыент!в сплав1в Ре-Сг-В-3!-С в систем! "сплав-флюс". 'Зокрема, окисления легуючих елемент^в сплав!в-в системах з боратними флюсами в!дбуваеться пе-ревавдо при температурах, вищих 900...1200°С (в залекност! в!д к!лькост! МегО в систем! ргОз-МегО, Ме-Иа.К). Боратн! флюси в за-лежност! в!д складу придатн! для наплавки покритт1в 8 порошк!з сплав1в Ре-Сг-В-3!-С з температурою плавления до'1300°С. Для систем з флюсами на основ! Р2О5 окисления легуючих елемент1в в!дбу-вавться при температурах, вищих 500...600°С, що вказуе на непри-датн!сть IX 8астосування при наплавц1 покритт!в !э пороптав спла-в!в Ге-Сг-В-5!-С.

4.Вивчен! м!кроструктура ! властивост! покритт!в, одержаних !з розроблених композиЩйних порошк!в сплав!в на основ! вал!за методами .п1чно! ! газопорошково! наплавки та плазмового напилення з наступним оплавлениям.Встановлено, що за 1нших р1вних умов м!к-роструктура сплав!в на основ1 зал!за, легованих бором та кремн!-ем, е евтектичною або заевтектичною на в!дм1ну в!д сплав!в на основ! н!келю, у мжроструктур! яких м!стяться доевтектичн1 криста-ли твердого розчину на основ! н1келю.

Вивчений вплив. складу флюсу 1 його к1лькост! у порошку на як!сть покритт!в. Встановлено, що введения в порошок боратних флюс!в в к1лькост! 1,5...3,0 мас.Х забезпечуе формування покрит-т1в без шлакових включень 1 пор на в1дм1ну в!д флюс!в, як! м!с-тять Р2О5. •

5-Вивчена зносост!йк!сть покритт!в i3 порошк1в сплав1в па основ! зал1за i никелю в умовах тертя ковзання з граничным мащен-ням в napi si сталлю Сталь 45. Встановлено, що евтектична м!к-

роструктура покригпв is порошмв сплавав на основ! заллза i п!д-ьиш.ена швидк1сть утворення вторинних структур за рахунок 1нтен-слвн1шого окисления эал1эа пор^вняно з никелем ьабезпечують пск-риттям is порошков сплавiв на основi вал!га п1двк:дену зносост!й-KicTb у uopimwnui а покриттям !э .пороску н!келевого сплаву.

6.На основ! результате виконаних дослгджень рекомендовано icoMnosHuiftHi порошки сплав!в на ochobi зал!за для застосування зам!стъ порошк!в н1келевих сплав1в, що саысфлюсуються, в вузлах тертя в пар! si стали!,щ клаеу Сталь 45 г, рблаоп тиску 2. . .20 Ша i шввджстi ковзання 0.5...1,5 ¡.¡/с.

Основний BMicr дисертацшюТ роботи вшгладений у сл!дуючих пу&л1иацгни:

1.Технологические процессы получения деталей сшолсяов методом пороькоьои ме [аллургии. Учебное пособие./С'емснчешсо В.II., Куашпренко С.Г., Вычков С.Д., Нечшюрешсо О.Ю.- Карпов:ХЛИ, 1992,- (34 о.

2.Нечвпоренко А.А., Степышук Л.II., Нечипореш» О.Ю. Оц<"!Ка поверхностного натялепнн боросиликапшх распяда.ш» //Адгези.-: раоп-лаьо71 и пайка матершаов. - 19Лб.-Вып.Зи. - о.40-44.

3.Нечипоренко А. А., Нечшюрешсо О.ю. Оамиф.иооубм&ст^ шшфоь на основе железа // Там же. - 1396.-Bun.32. - с.104-109.

4.Effect of heat treatment conditions on structure and properties of coatings of selffluxing iron alloys. Borisov Y., Nec-hiporenkoA., Molar A., Nechiporenko 0. Proc. "TS'96", Dusseldorf, 1996.- p.206-209.

Б.Разработка технологии получения износостойких покрытий из йсрсвки» самофлюсущихся сплавов на основе железа. Борисов ¡0. С.,

л. а., миляр А.Г., Нушпсреяет u.«V /Шкила "Защитные металлические и неметаллические иокритип". Ui.^.lCOC.

С.6-7.

6.Лорксов Ю.С., ¡¡ечнтзрепко Д. А. , Шчшюренко О.Ю. 1'k ¡x.-kn-u! самофлюсуюшихся сплавов на осноьи »елева /Кон-i. "Лазерные и Фили-ко-технические методы обработки материалов '. Киев: Pnaim«!, 1935,-с.65-66.

7.Борисов Ю.С., Нечипоренко А. А., Кечшюренко 0.KJ. Осссен

кости окисления самофлюсующихся сплавов на основе железа при напылении и наплавке покрытий /Межд.конф. "Напыление и покры-тия'95". Санкт-Петербург, 1995. - с.41-43.

8.Заявка N94076232 от 14.07.94 "Способ получения самофлюсующегося порошка". Нечипоренко A.A., Моляр А.Г., Нечипоренко О.Ю.

АННОТАЦИЯ

Нечипоренко О.Ю. Износостойкие покрытия из порошков сплавов на основе келеза, планированных флюсом.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности: 05.02.04 - Трение и износ в машинах, Киевский Международный университет гражданской авиации, Киев, 1996.

Защищается 7 научных работ и 1 ваявка, которые содержат результаты теорётических и технологических исследований метода получения износостойких покрытий иа порошков сплавов на основе железа, обладающих эффектом самофлюсования. Разработан способ получения композиционных порошков сплавов на основе железа, заключающийся в нанесении из водного раствора слоя флюса на поверхность частиц порошка. Установлены технологические режимы получения композиционных порошков. Определены составы флюсов, а также необходимое их содержание в порошке. Установлен механизм изнашивания покрытий из разработанных композиционных порошков, полученных газопорошковой наплавкой и плазменным напылением с последующим оплавлением, в паре со сталью Сталь 45 в условиях граничного трения. Построены аналитические и графические зависимости, устанавливающие взаимосвязь между износостойкостью три'бопар и параметрами внешнего воздействия - давлением и скоростью скольжения.

ABSTRACT

Olga Y. Nechiporenko. Hear Resistance Coatings from Iron-base Ponders Claddaii by Plus.

Thesis for a candidates degree on speciality: 05.02.01 -Friction and Wear in Machines, Kiev International University of Civil Aviation, Kiev, 1996.

7 works and 1 claim.for inventive rights are presented for defend. These works contain rezalts of theoretical and experimental investigations of method permitting to obtain wear resistance coatings from powders of iron-base allays with self-fluxing pffect. Method of. obtaining the composed powders has been elaborated. The essence o? this method is cladding of the particle's surface by precipitation of flux layer from water solution.- The technological parameters of the cladded powders i-roduction have been determined. The fluxes composition and noccessary their content in powders have been determined. The . ~-ar ineciiwijsm of coatings .from tne composed powders cnat were ; .vJusea oy powder »elding and piasma spraying' with following r.-<tins hi contact vith the rAaei Oram ¿5 in conditions cf ■ -v-ii-y if.-:1, ¡¡c^ i-rti! ristf-.rnirec. "h" №/•"•! laiic-'V

■ ¡.-i- '. ;ai ;.. -;r j '.tio ;.,." '..u reject .i pvcwuif« u-yj

■ "■'.'*•.. cci.1'." )•■ <V Li-" by hectic z^zHn.

Еги-мов! с;юва: вь'ссо6т1йк1сгь, покриття, порошок, каплавлен-К5, самофлюсуем1сть, £дюс, плакувакня, термодинамика, шдедовання, ьнос, wexaniBM

"писано да> друку 21„0Ь.9б. "юраат 60x84/16. IUrnlp друкарсский. uiea-ткяЯ дуук. Ум.фарбсшХдб,5друк. арк. 0,92. Обл.ьид.ариЛ,0. •йфаж ХООприм. Задговявиш В П7-1. ЦГиа . Еяд. У 211/13.

¡>,иШ1НЯ1;тио КШЦА. .

"&2С5Э. Кя1в-Ь8, проспект Космонавта Кгжароьй,!.