автореферат диссертации по металлургии, 05.16.06, диссертация на тему:Розробка самофлюсуючих сплавiв на основi залiза i дослiдження процесу iх плазмового напилення

.1

>;|

КИЇВСЬКИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ ІНСТИТУТ

Па правах рукопису

Нечішорелко Олександр Анатолійович

. УДК 621. 793: 72. 011: 533- 9

ІЧІЗРОІІКА СШОМЮСУІОЧНХ СПЛАВІВ ПА. ОСНОВІ ЗАЛІЗА І ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ IX ПЛАЗМОВОГО НАПИЛЕННЯ

Спеціальність ОН. 10.06 - Порошкова металургія і

комнийиційн і матер і али

АВТОРЕФЕРАТ

дисертащ і на 'здобутім наукового ступеня ’ кандидата технічних наук '

Ки і ь

1992

Науковий керівник

- кандидат технічних наук, професор А. М. Степанчук доктор фізико-математичних наук, професор Ю. А. Куницкий

Офіціальні опоненти

Ведуча організація

- кандидат технічних наук, ведучий науковий співробітник С. В. ГІетров

ІЕЗ ім. Е. 0. Патона АІ1 України

Захист дисертації відбудеться 10 січня 1993 р. на засіданні спеціалізованої ради КОСО. 14.09 Київського політехнічного інституту за адресою; 562050, Київ, ир. Перемоги, 37, КПІ, ІФЬ

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці інституту. Ваш відгук, завірений гербовою печаткою, просимо вислати за вказаною адресою. ’

Автореферат розісланий 18 грудня 1992 р.

Вчений секретар спеціалізованої ради - к. т. н. , ст. н. с. Піковський В. С. -• '

Ціль роботи. Розробка еамофлкх;уючнх 'сплавів на основі заліза (СФСЗ), а також процесу отримання покрить із порошків цих сплавів методом повітряно-газового плазмового напилення (І1ГПН). який забезпечує високий рівень властивостей покрить.

Для досягнення поставленої цілі в роботі рішені такі задачі:

1) вивчити сгшофлюсуємість сплавів на основі аалівш

- дослідити вплив легуючих елементів па склад оксидної плівки, яка утворюється при окисленні сплавів, котрі леговані, зокрема, бором і кремніем, в температурному інтервалі 1200-2400 К

- визначити співвідношення бору і кремнію в сплавах на основі заліза, яке забезпечує сашфіюсуемість;

2) дослідити вплив легуючих елементів на властивості СФСЗ: твердість, жаростійкість, температуру, плавлення, зносостійкість;

3) вивчити закономірності взаємодії частинок порошку СФСЗ різного гранулометричного складу з плазмовою струсю продуктів згорання вуглеводнів;

4) дослідити закономірності формування структури і властивостей покрить із порошків СФСЗ. .

Автор захищає слідуючі основні положення і результати:

1) результати дослідження самофлюсуємості сплавів на основі

заліза; .

2) результати дослідження структури і властивостей СФСЗ;

3) закономірності взаємодії порошку ССССЗ а повітряно-газовим плазмовим струменем; '

4) результати дослідження властивостей покрить із С$С&

- ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність проблеми. Методи гааотермічного нанесення захисних покрить займають одне з ведучих місць серед високоефективних технологічних процесів зміцнення і відновлення деталей і механізмів машин і устаткування. Практичний досвід їх використання показує, шр напиленням покрить можна, як правило, в 2-5 разів

зменшити знос деталей, які експлуатуються в умовах дії різноманітних середовищ і навантажень, а також ефективно відновлювати вношені деталі.

Властивості газотермічних покрить, які одержують нанесенням порошків, визначаються як властивостями матеріалу, так і вибором методу напилення.

В залежності від поставленої цілі для.напилення використовуються порошки різноманітних композицій і сплавів, серед яких особливе місце займають самофлюсуючі сплави на основі нікелю (СТСЩ, котрі мають високий рівень різноманітних властивостей.

Значним недоліком цих сплавів є висока їх вартість із-за дорожнечі і дефіцитності сировини. В зв'язку з цим розробка самої^-люсуючих сплавів на основі заліза (СЇСЗ) для підвищення ефективності одержання покрить і забезпечення високої їх якості являється актуальною.

Для одержання покрить із цих сплавів доцільно застосувати метод повітряно-газового плазмового напилення (ПГИНІ. Використання суміші повітря і вуглеводневих газів (метану, пропану-бутану) в якості плазмотворних значно знижує собівартість процесу порівняно з традиційно використовуваними для цієї цілі газами (аргон, водень, азот та їх суміші).

Наукова новизна. Вивчена самофлюсуємість сплавів на основі заліза, легованих бором, кремнієм, вуглецем, хромом, марганцем і нікелем. Показано, шр склад оксидної системи, яка утворюється в температурному інтервалі 12002000 К визначається головним чином оксидами бору і кремнію, мольна доля котрих складає 80-99 X, а при більш високій температурі - оксидом вуглецю СО, мольна доля якого при температурі 2400 К складає 95-99 %.

Розраховані коефіцієнти активності легуючих елементів СФСЗ, значення яких для металів змінюються в межах О,1-0,6, а для неметалів - 10~®-10~2. Коефіцієнт активності бору в 10-100 разів більший, ніж коефіцієнт активності кремнію. Останнє визначає близькі значення мольних долей оксидів цих елементів В ПЛІВЦІ.

Встановлено, що при зниженні в сплаві кількості бору до 1,7

- 2,0 % (мас.) оксидна плівка збагачується оксидами кремнію, хрому і марганцю, що призводить до підвищення п температури плавлення виїде температури плавлення сплаву, і, тим самим, до втрати

- з -

ним самофлюсуемості.

. Вперте встановлений позитивний вплив хрому на самофд»-суємість СФСЗ: при підвищенні його концентрації в сплаві відбувається зменшення температури плавлення оксидної плівки за рахунок підвищення в її складі долі оксиду бору, щр «зв'язано з підвищенням коефіцієнта активності останнього.

Встановлений вплив ряду легуючих елементів на структуру, фазовий склад і властивості СФСЗ систем Ге-Иі-Сг-В-йі-С і Ре-Ш-Сг-В-Зі-ОСи-Р. Показано, пр в структурі легованих фосфором сплавів формується евтектика аустеніт - Мзд(В,С, Р), щр знижує температуру плавлення сплавів до 1240 - 1320 К.

Практичне значення. Розроблені нові склади СФСЗ (заявка N 4866565/02), котрі відрізняються від відомих більш низькою температурою плавлення, високими жаростійкістю 1 зносостійкістю. їх використання дозволяє значно зниаити потребу в нікелі, дефіцит якого с в Україні, за рахунок скорочення використання СФСН. Розроблена технологія ПГПН порошків СФСЗ. Визначені оптимальні режими напилення порошків різних фракцій, щр дозволяє одержувати покриття з низькою пористістю (3-8%), високою міцністю зв'язку з основою (до 40 ЫПа) при незначній втраті легуючих елементів в результаті окислення матеріалу порошку.

Розроблені порошки СФСЗ використовувались для відновлення деталей сільськогосподарської техніки. Досягнуто шдвшпэння зносостійкості порівняно з новими деталями в 1,4-1,5 раз.

Апробація роботи. Основні результати дисертаційної роботи доповідались і обговорювались на- .

1) VI науково-технічній конференції молодих вчених 1 спеціалістів " Прогрессивные литейные технологии и материалы " ( Киів, ІПЛ АН України, 1989 р.); другій міжнародній конференції країн-членів РЕВ по покриттям ( Київ, 1990 р.); конференції " Задачи трибологии в обеспечении качества, надежности и долговечности машин " ( Київ,’ 1990 р. ); конференції " Современные проблемы порошковой металлургии, керамики и композиционных материалов" (Київ, 1990 р.); XI Всесоюзній конференції " Поверхностные явления в расплавах и технологиях новых материалов " ( Київ, 1991

р.); IV Всесоюзній науково-технічній конференції "Композиционные покрытия " ( Житомир, 1991 р.);

Публікації. По результатам роботи опублпсовано 11 друкованих робіт, в тому числі, одержано рішення про видачу авторського свідоцтва по заявці N 4866565/02. .

Об’єм дисертації. Дисертаційна робота викладена на 194 сторінках машинописного тексту. Складається зі вступу, п’яти глав, висновків по роботі, додатку. Робота включає 32 таблиці, 48 рисунків. Список літератури вміщує 94 назви робіт.

ЗМІСТ РОБОТИ

Плазмовий метод одержання покрить - високоефективний процес. Однак із-8а дорожнечі плазмотворних газів ( аргон, водень, азот), а також незручностей в їх використанні (велике балонне господарство) ефектявність напилення покрить знижується. Вказані недоліки відсутні в методі ПГІШ, в якому в якості плазмотворних газів використовуються повітря і вуглеводневі гази. Високі теплофізичні властивості плазми продуктів згорання вуглеводнів, можливість регулювання окисно-відновлювального-потенціалу її середовища забезпечують необхідні умови для одержання покрить високої ЯКОСТІ.

В результаті аналізу складів, властивостей СІСН і сплавів на основі заліза, легованих бором і кремнієм, показана перспективність- розробки СФСЗ.

Разом з тим відмічається, що властивості СФСЗ вивчені недостатньо. Мало інформації про напилення покрить із таких порошків. Дані про ПГПН покрить практично відсутні.

Для вивчення властивостей С<КЗ застосовувались методи металографічного, рентгенофазового, мікродюромєтричного, мікрорентге-носпектрального, термічного аналізів. Оцінка зносостійкості проведена на машині тертя 2070СМГ-1. Хімічний склад сплавів і покрить визначали спектральним аналізом. Паристість покрить розраховували методом кількісної металографії. Побудування рівнянь регресії зроблено за допомогою проведення повного факторного експерименту ( описання твердості сплавів ) і некомпозиційного плану

другого порядку для п’яти факторів (описання оксидоутворення сплавів). Розрахунки проведені на ЕОЫ ЕС 1841. Програш складені на мові програмування ВАБІС.

В третій главі представлен і результати вивчення самофлюсує-мості сплавів на основі ааліза, а також дана оцінка можливості втрати легуючих елементів при окисленні сплавів в інтервалі температур 1200-2400 К.

Як відомо, самофлюсуемість сплавів забезпечується при-

сутністю в їх складі шлакотрорних елементів. При цьому утвсрюю-чийся в результаті окислення сплава шлак повинен мати температуру плавлення меншу, ніж температура плавлення сплава.

Стосовно сплавів на залізній основі головними елементами, котрі мають високу спорідненість до кисню, являються бор, кремній, вуглець, хром, марганець. На основі вивчення діаграм стану і систем, які включають оксиди цих елементів, а також ааліза, зроблено висновок, • що для надання сплавам самофлюсуе-мості необхідно забезпечити в складі утворюючогося шлаку певне співвідношення ОКСИДІВ.

Встановлено, шр основними елементами, утворюючими оксиди при окисленні СФСЗ, являються бор, кремній і вуглець. Кількість кожного оксиду залежить від кількості відповідного елементу в сплаві

Рис.1. Залежність мольної долі N оксиду від температури

і температури (рис. 1).

Для встановлення взаємного вилину легуючих елементів на ок-сидоутворювання 0<ХСЗ побудовані рівняння регресії друї'ого порядку в двох температурних інтервалах: 1200-1600 К - в варіюванням

вмісту бору, кремнію, хрому І марганцю; 1000-2400 К - в варіюванням вмісту- бору, кремнію, вуглецю І Хрому- .

Т-1200-1600 К

И( В20д) -79,8+18, 8Хг+14, 9*2-1, 9Хд-1, 3х4+3, 8X5- 4,3}^ )<2+5, 6Х£ •Х3-Х1Х4-б, 4Х1Х5-2,8ХгКя(1, ЗХ^-І.ВХ^+І, БХдХ^О, БХдХ*---0,6Х4Хд-7,4)^ -Б,8х| -1,ЗХ§ -0,1Х^ -0.5Х§ (1)

М(5Ю2)1/0=О,1(14-2Х1-Х2+Хд--О,2Х4-О, Хд-0,1X^+0,02Х1Хд+

+0,01 Х^+0,2X^-0,1 Х^Хр+0,04X2X4+0,02X2X5+0,1ХдХ4-0,004-•ХдХ5+0,02Х4Х5-0,03Х^ +0,05х| -0,2х| +0,0іх| +0,04х| ) (2)

ИС Сгг03)0•1 -0,01 (10+10Х1- 18Х^ 1 ЗХд-0, 2Х4+0, БХд- ЗХ^- .

-о, зх1х3-о, і х1х4+о, зх^+гХрХд+о, ЗХ2Х4+Х2Х5+0, гХдХ^гХдХд--0,1Х4>^-7)^ +2х| +0,7Хд +0,іх| -0,2>§ ) (3)

И( МпО) =4,2-0,7Х1 - 2, ВХ2-Хд+0,06Х4-0,1 Хр-2,1Х1Х2* Х1Х3-0,01 х}-■Х4+0,ІХ^^, БХ^-г, БХ^+О, ІХ^-І, 2ХдХ4+0,1 ХдХд+0,2Х4 ■><5+0,14^+0,5Х|-0,БХ|+0,3X^-0,іх| (4)

де: Х^-Х4 - кодоване значення вмісту в сплаві, відповідно, хрому, бору, кремнію, марганцю; Х^ - температури.

Т-1800-2400 К

Н(В203)°’1=0,01(14б+7Х1+4X3-0, ЗХд-8Х4-31X5-Х1^-0,4Х1Х3+

+4Х^Х^БХ^}<0“О1 І^Хд+^Х^+Й^Хд 0,ЗХ3Х4 О.йХдХ^-ЮХ^Хц -2Х^-2>|-0,6Х||0.2)^-21Х§) (б)

М(3102)1/8^0.01(11в-8Хг6Х2ч6Х3-7Х4-г7><{.-0.5Х1Х2-011Х1Х34 -»ЗХ1Х418Х1Х5- 0, 3X2X3 ОС, Х^ 3X2X5- О, бХдХ4 1, 4Х3ХЦ- ?Х5 %--х^ол^-гхд-о.гх^-их!) (б)

Н( Сг203) °* 1-0.01(94-* ІЗХ^ 1 2Х2-8Хз- 14Х4-20Х5~ЗХ1 Х2-Х1Х3+

Ю, 4Х) Х4-*2Х1 )^1-Х2Х3+ЗХ£!Х442X2X5*-Х3Х4+ЗХаХб-4Х4Х5- .

-5Х|+Х2-0,2)^*Х|- 13Х§) ч (7)

М((ЭТ)'4/5-ехр(0,01(2а?-23Х1-6Х2+Х3+36Х4+117Х5-2Х1Х2+Х1)(3<-<-7Х1 Х41 ■23Х1 Хб- О, ЗХйХ3і 2>С,Х4 і 5X2X5- Х3Х4- ХдХд- 32Х4Хб- .

-ЗХ^Ю,2Х|-0,4Х3-15Х4-:71Х|)) . (8)

де: Х|-Х4 - кодована значення вмісту в сплаві, відповідно, хрому, Сору, кремнію, вуглецю; Хц - температури.

• Вміст елементів в сплаві варіювали и таки* межах, X (моль): бор 0-16, кремній 3-7, хром 4-20, вуглець 3-8, марганець 1-5.

ІІа основі аналізу одьрлйних залежностей встановлено, да в підвищенням температури в межах 1200-1800 К в оксидній плівці ьроетае, вміст оксиду оору, вменшується - оіссвду кремнію і практично не змінюється кількість оксидів хрому і марганцю. Підвищення вмісту в сплаві легуючого елементу призводить до зростання в шлаці долі, його оксиду при зменшенні ДОЛІ ОКСИДІВ ІНШИХ елементів. Виключення складає хром. При зростанні його концентрації в сплаві відсувається збільшення в плівці кількості оксидів хрому і бору. Останнє потрібно зв'язувати зі зміною коефіцієнтів активності, котрі вростають у хрому і бору і вменшуються в інших елементів;

Одержані результати дали змогу визначити вміст легуючих елементів в сплавах, ири якому забезпечується самофлюсуємість. Наприклад, для сплавів э 6 X (мас.) хрому при вмісті бору не менше

2 7. кількість кремнію в сплаві може досягати 4 %, щоб температура плавлення шлаку, який утворивсь при 1600 К, не перевищувала 1273 К. В разі ж З X бору вміст кремнію може досягти 10 %. При 12 % хрому для виконання цієї умови достатньо 2 2 Сору (при тій же кількості кремнію). При вмісті в сплаві бору до 1,7 - 2,0 % (мас.) плівка збагачується оксидами кремнію, хрому 1 марганцю, що приводить до підвищення її температури плавлення вище температури плавлення сплава і, тим самим, до втрати сплавом самофлюсусмості.

В температурному інтервалі . 1800-2400 К в відповідності 8 рівняннями (5) - (8) найбільший вплив на процес оксидоутворення

температури: чим вона вишз, тим більше утворюється СО, а

кількість оксидної плівки зменьшується. Відбувається швидке вростання долі утворюючогося СО: від 5-10 % (моль) при 1800 К до 95-99,5 7. при 2400 К

На основі вищесказаного вроблено висновок, шо при напиленні порошків СЇСЗ можливі втрати лише бору і вуглецю. Причому, до 1600-1800 К повинні бути втрати бору, а при температурах, вище 20002200 К - головним чином Вуглецю.

В четвертій главі наведені результати оптимізації складів і властивостей СЇСЗ.

Для надання сплавам високих зносостійкості і жаростійкості, зниження температури плавлення крім легування бором, кремнієм і хромом в їх склад доцільно ввести нікель, мідь, фосфор, вуглець. Нікель 1 хром в сплавах на основі запіза використовуються як

• елементи, підвищуючі їх жаростійкість. Хром разом з бором і вуглецем утворюють тверді карбоборидні сполуки. Фосфор повинен покращувати триботехнічні властивості СІСЗ і знижувати їх температуру плавлення. Мідь має високу теплопровідність, що важливо при взаємодії порошку з плазмовим струменем.

Проведені порівняльні дослідження сплавів Ге-М-Сг-В-Зі-С і Ге-Ш-Сг-Си-В-Зі-С-Р. ‘

Вивчена структура, а також закономірності зміни твердості

сплавів при звичайних і підвищених температурах, жаростійкості, температури плавлення, зносостійкості в залежності від їх складу.

Показано, шр визначальний вплив на структуру сплавів робить вміст в них бору. При його концентрації 2 - 2,2 X. (мас.) і вмісті решти елементів в межах: С 0,5-1,0; 1,4-2,6; Сг 3-16; Мі

10-30; Си 0-6; Р 0-0,5 % структура сплавів близька до евтектичної. Твердий розчин на основі заліза легований нікелем, хромом, кремнієм, вуглецем, міддю і фосфором. В залежності від вмісту хрому в сплавах змінюється тип твердих карбоборидних включень:, від Мэ2(В,С) і М>3(В,С) при концентрації хрому 3-10 X до Ме7(В,С)д при більш високій його концентрації. В склад карбобори-дів входять залізо, хром, нікель, бор, вуглець.

Фосфідна евтектика в сплавах, що містять фосфор утворюється при повільному охолодженні розплаву заевтектичного складу на повітрі. При збільшенні швидкості охолодження до 800 - 1000 К/с утворюється евтектика, котра може ідентифікуватись як твердий розчин - борокарбофосфід Ме3(В,С,Р). .

Мідь при вмісті в сплаві до 10 % (мас.) повністю знаходиться в складі твердого розчину. При більш високій концентрації відбувається виділення сферичних, збагачених цим елементом (до 90%) фаз, до складу яких входять решта елементів; .

Твердість СФСЗ, легованих міддю і фосфором, при кімнатній температурі може бути описана рівнянням регресії (знак елементу визначає кодоване значення його вмісту в сплаві):

НИ>47,88+7,63В+4,88С+0, бЗБ і -1,88ВС+0,38ВБ і - 0, БвСБ і (9)

Визначальний вплив на твердість сплавів здійснюють бор і вуглець.

При підвищених температурах твердість С2СЗ поступається твердості СФСН при нагріві вище 773 К (рис. 2).

Сплави, леговані міддю і фосфором, при інших рівних умовах, зберігають більш високу твердість при нагріванні (криві 1 и 2 для порівняння). Хром найзначніше впливає на її зміну, гар зв'язано 8 легуванням твердого розчину, а також утворенням в структурі С<ХСЗ карбоборидних сполук з високим (до 60 %) вмістом цього елементу (крива 3 - для сплаву з ЗО % Сг).

Рис.2. Залежність твердості СФСЗ від температури:

1,2,3 - сплави на основі валіаа; 4 - нікелевий сплаа ПГ-ХШОСРг (для 4 - літературні дані )

Підвищення жаростійкості оаСЗ важливо для загюбігноїшя інтенсивного оксидоутворення при окисленні сплавів в твердому стані. Останнє моме призвести до значного підвищення в оксидній плівці вмісту оксидів валіза і неможливості И розплавляння при оплавленні покриття. . •

Встановлено, вір С\ЕСЗ не поступаються в «арост і йкост і С ІОН при легуванні їх хромой і нікелем в межіх 10-16 % і 20-30 X, відповідно (для порівняний ввитий сплав А119). На ДТА-грамах (ріи.З) иаблюдаеться, як правило, два значних екзотермічних ефек-та і один ендоефект, який відповідає плавленню сплава. ГВорший ек-воефект зв’язаний зі {збільшенням швидкості окислення сплаву за рахунок втрати плівкою захисних властивостей. Другий екзоефект вв’язаний, певно, в появою рідкої шлакової фааи, за рахунок чого також збільшується швидкість окислення.

Температура плавлення сплавів, легованих міддю і фосфором, складає 1240-1320 К (при вмісті хрому до 8-10 £). Для системи, яка на містить мідь і фосфор, мінімальне значення температури плавлення лекить в області 1320-1390 К. Хром підвищує її значення, щр вв'язана в природою цього елементу 1 його сполук.

Рис. 3. Результати термічного аналізу С<ЇСЗ а 20 7. Ні і О X Ог.

Результати досліджень зносостійкості СЇСЗ показали, що введення фосфору в сплави сприяє її підвищенню на 30-50 %. Це пов'язано з тим, що фосфор виконує роль хімічного модифікатора складу вторинних структур, підвищуючи їх стійкість.

В п’ятій главі викладеш результати досліджень взаємодії частинок порошку ОІСЗ з повітряно-газовим плазмовим струменем 1 властивостей покрить.

З цією ціллю застосована математична модель плазмового напилення порошків, яка розроблена в інституті газу АН України. Проведений розрахунок ступеня розплавляння частинок при напиленні, температури їх поверхні 1 швидкості польоту в плазмовому струмені при русі від зрізу сопла плазмотрону (ПУП 1) до підкладки.

В ролі модельного взято порошок сплаву з вмістом, мас. %: Мі

- 20, Сг - 8, Си - Б, В - 2,5, Э1 - 2,4, С- 0,8, Р - 0,4, Гв -регата і температурою плавлення 1323 К

Встановлений вплив розміру частинок порошку, струму дуги плазмотрону, коефіцієнта надлишку повітря (КБП), витрат повітря 1 порошку, діаметра сопла плазмотрону на температуру 1 швидкість руху частинок.

Встановлені оптимальні режими напилення порошків різних Фракцій (таблиця).

Показано, що при'напиленні на оптимальних режимах частинки розміром 50-60 мкм перегріваються до температури 1800-2000 К 1 мають максимальну швидкість 200-240 м/с на відстані 50-90 мм від зрізу сопла плазмотрону. Збільшення дистанції в межах 120-200 мм призводить до зменшення швидкості польоту частинки на 20-30 %,

■ - 12 - .

Оптимальні режими напилення порошків фракцій 50-200 мкм

і--------------------------------------------------1------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ і

| Параметр | напилення 1 І 50 1 60 Фракція, мкм 80 100 120 160 200 |

| напруга, і в | струм, А І 1 1 |180 220 250 220 240 240 250 240 і

І витрати | повітря, І м3/год 1 1 |6 9 6 6 6 6 5 1

і----------------------------------1------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1

Для більших фракцій перегрів частинок нижче (за виключенням фракцій 160 - 200 мкм), температура поверхні при наближенні до підкладки складає 1500-1700 К. Падіння швидкості польоту частинки при збільшенні дистанції тим менше, чим крупніша фракція порошку.

Поверхня частинок разміром 160-200 мкм перегріваеться до температури 2000-2400 К. Однак вже на дистанції 100 ми її значення складає 1400-1600 К, і в цьому разі до підкладки підлітають

частинки а мінімальним перегрівом.

Встановлений характер поведінки частинок в плазмовому потоці підтверджує: те, шр при напиленні не ізомерних порошків можливе формування неоднорідних по фазовому і хімічному складу покрить.

В зв'язку з цим для забезпечення високої якості покрить необхідно використовувати максимально однорідні по гранулометричному складу порошки.

Зміна витрат порошку в межах 5-12 кг/год не здійснює значного впливу на закономірності напилення, шр зв’язано з теплофізичними характеристиками повітряно-газового плазмового струменя.

Застосування плазмотрону а діаметром сопла 10 мм при напиленні порошку СїСЗ недоцільно, оскільки ь цьому разі відбувається падіння швидкості польоту частинок на 30-40 %.

Зменшення КНП приводить до зростання ступеня прогріву частинок і швидкості їх польоту. При цьому чим менший розмір частинок, тим значніший вплив цього параметру.

- ІЗ -

Доведені експериментальні дослідження ПГГПІ порошків СФСЗ.

Показана відповідність розрахункових і експериментальних даних по вибору режимів напилення. Встановлено, гар при напиленні на оптимальних режимах має місце повне розплавленій частинок порошку, в результаті чого формується однорідна шарувата структура покрить з незначним вмістом оксидних включень. Покриття мають пористість 3-8 X, міцність зчеплення в підкладкою 25-40 МПа.

Визначені втрати бору, кремнію і вуглецю при НГПН СІСЗ. Показано, шр втрати цих елементів не перевищують 0,2-0,4 %, 0,1 X і

0,1-0,2 X, відповідно.

Покриття із порошків саез, для яких співвідношення легуючих елементів відповідає встановленій області самофлюсуемості сплавів, після оплавлення мають однорідну безпористу структуру. В протилежному разі в структурі покрить містяться шлакові включення.

Загальні висновки.

1. Розроблені нові самофлюеуючі сплави на основі заліза, які мають властивості, що характерні для самофлюсуточих сплавів на основі нікелю: широкий діапазон зміни твердості, зшдана температура плавлення, високі жаростійкість і зносостійкість. •.

2. Досліджена самофлюсуємість сплавів на основі заліза: проведена оцінка окислення легуючих елементів сплавів при окисленні останніх в діапазоні значень температури 1200-2400 К. Показано, що основними елементами, які утворюють оксиди, являються бор, кремній і вуглець. Описаний вплив складу сплавів 1 температури на цей процес. Показаний позитивний вплив хрому на самофлюсуємість сплавів, який полягає в підвищенні долі оксиду бору в плівці, ва рахунок підвищення коефіцієнта активності бору й сплаві при 8більшенні вмісту хрому. Визначені співвідношення концентрацій бору, кремнію і хромг в сплавах, при яких останні можуть самофлюсуватись. Показано, що сплави, які мають менше 1,7 -2,0 % (мас.) бору не можуть самофлюсуватись.

3. Вивчена структура СФСЗ, для якої характерна наявність ев-тектик твердий розчин - карбоборид або борокарбофосфід, тугоплавких карбоборидних фаз типу Ме?( В, С), Мэд(В,С), М923(В,С)6, Ме7(В,С)д. Вивчений розподіл елементів між ними. "Пжазано, шр в

структурі СФСЗ при вміст і міді вище 10 £ (мас.) формуються фази на основі міді.

4. Вивчені властивості сплавів. Твердість визначається головним чином кількістю уведених бору і вуглецю. При підвищених температурах сплави, леговані хромом, фосфором 1 міддю, зберігають підвищену твердість. Розроблені С4СЭ, які мають температуру плавлення 1240 - 1320 К с жаростійкістю на рівні СФСН, пр досягається легуванням фосфором, хромом і нікелем.

Зносостійкість розроблених сплавів, легованих фосфором, порівняно е безфосфорними вище на ЗО - 50 %, що слід зв’язувати з модифікуючим впливом фосфору на склад вторинних структур, які утворюються при терті.

5. Вивчена взаємодія порошків С$СЗ з повітряно-газовим плазмовим струменем. Визначений вплив струму дуги плазмотрону, витрат повітря і порошку, КНП, розміру частинок порошу, діаметра сопла плазмотрону на температуру 1 швидкість руху частинок. Визначені оптимальні режими напилення покрить із порошків СЇСЗ (для фракцій 60-200 мкм) методом ПГПН, при яких частинка порошку має максимальну швидкість польоту 1 мінімальний перегрів вище температури плавлення.

6. Вивчені властивості покрить І8 порошків розроблених "сплавів. Показано, шр при ПГПН СФСЗ забезпечується висока адгезія

покриття до підкладки (до 40 ШТа), низька пористість (3-8 І), а також незначні втрати легуючих елементів. Показано, шр покриття 18 порошків CSC3, в яких вміст бору вивіє граничного (1,7 - 2 %), при оплавленні утворюють однорідну структуру без пор 1 шлакових включень.

7. Високий рівень властивостей покрить la розроблених СФСЗ підтверджується проведеними промисловими випробуваннями.

Головні результати дисертації викладені в слідуючих публікаціях:

1. Stepanchuk А. N., Nechiporenko А. А., Vdovichenko N.S. New wear resistant self-fluxing iron-based alloys for Uiermal spraying. The First Europen East-West Symposium on Materials and Process "MatTech*90", 1990, Helsinki (Finland).- 1 p.

2. Степанчук A. It, Шчипоренко A. A., Вдовиченко E С. Из-

носостойкость плазменных покрытий из самофлюсующихся сплавов на основе железа Респ. конф. "Задачи трибологии в проблеме повышения качества, надежности и долговечности машин". Киев, 1990. -с. 26.

3. Степанчук А. Н., Нечипоренко А. А., Вдовиченко К С. Распыленные порошки самофлюсующихся сплавов на основе железа для газотермического напыления. Мэжресп. науч. -техн. конф. "Прогрессивные методы получения конструкционных материалов и покрытий, повышающих долговечность деталей машин", Волгоград, 1990. - с. 39.

4. Степанчук А. Н., Нечипоренко А. А. 7 Вдовиченко II С. Получение и свойства самофлюсующихся сплавов на основе железа//Совре-менные достижения в области техники и применения гаэотермических и вакуумных покрытий. Киев: ИЭС им. Е. 0. Патока, 1991. - с. 78-84.

5. Нечипоренко А. А., Пожитько С. К. Износостойкие плазменные

покрытия из самофлюсующихся сплавов на основе железа// Сверхтвердые и композиционные материалы и покрытия, их применение. Киев: ИСМ АН УССР, 1991.- с. 97-99. .

6. Нечипоренко А. А. , Степанчук А. Н. , Марцевой Е. П. Теоретическое исследование свойства самофлюсования сплавов на основе железа. IV Всесоюзная науч. -техн. конф." Композиционные покрытия", Житомир, 1991. - с 12.

7. Степанчук А, Н., Нечипоренко А. А. Влияние бора, кремния и

хрома на структуру самофлюсующихся сплавов на основе железа Там же. - с. 30. .

8. Степанчук А. а , Нечипоренко А. А., Вдовиченко Н. С. Исследование газотермических покрытий из самофлюсующихся сплавоя на основе железа// Адгезия расплавов и пайка материалов,

1991. - Вып. 26. - с. 63-65. '

9. Самофлюеующиеся сплавы на основе железа Нечипоренко А. А.', Степанчук А. Н, Лобода П. И. и др. // Там же. - 1992. - Вып. 27. - с. 9395.

10. Высокотемпературное окисление самофлюсующихся сплавов на основе железа Нечипбренко А. А., Степанчук А. II, Про цен ко Т. Г. и др. // Там же. - Вып. 28. - с. 62-65.

11. Рішення про видачу авторського свідоцтва від 20.05.91 по заявці N 4866565/02. Износостойкий самофлюсуюіглйся сплав/ Степанчук А. Е , Нечипоренко А. А. , Вдовиченко И С. Дата подання 09.07.90.

Пода, к печ. 0. /X ■ ■ ■ Формат Бумага7и*,*+'1

Иеч. офс. Уел иеч л. 0,9-3 Уч.-изд. л. я*£ Тираж /со-

Кнеиекая книжная типография научной книги. Киеи, Релина, 4.