автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Высокоазотистые композиционные порошки на основе железа для плазменного напыления

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

Д. - РГ8 ол

/ 2 4 КЮ" ?0ПП

КАРДОНИНА Наталья Игоревна

ВЫСОКОАЗОТИСТЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ ПОРОШКИ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ 05.16.01 МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ТЕХНИЧЕСКИХ НАУК

ЕКАТЕРИНБУРГ - 2000

Работа выполнена на кафедре Термообработки и физики металлов Уральского государственного технического университета

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор Попов А. А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сорокин В.Г.; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Косицин C.B.

Ведущее предприятие

АО "Уралэнергоремонт"

Защита диссертации состоится « / 7 » апреля 2000 г. в 15 ч. 00 мин. в ауд. Мт-402 на заседании диссертационного совета К 063.14.02 в Уральском государственном техническом университете. Ваш отзыв в одном экземпляре, заверенный гербовой печатью, просим выслать по адресу: 620002, Екатеринбург, К-2, ул. Мира 19, УГТУ, ученому секретарю университета. Факс: (3432) 74-53-35. Телефон для справок: (3432) 75-45-74

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан « 16 » апреля 2000 г..

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент )

К663.260.330.572,0

Ю.Н. Логинов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В различных отраслях промышленности (особенно энергетике) остро :тоит вопрос восстановления геометрии и эксплуатационных свойств «ношенных деталей оборудования. Одним из распространенных способов юсстановления являются методы газотермического напыления и, в тстности, плазменного напыления. Плазменное напыление представляется гаиболее перспективным с точки зрения проведения подобных работ по ¡равнению с другими методами, например наплавочными, за счет ряда юстоинств: сравнительно короткого времени ремонтно-восстановительных забот; возможности производить напыление непосредственно на месте жеплуатации изделия; отсутствия коробления деталей и т.д..

Учитывая, что большинство изделий, подвергаемых восстановлению, ¡ыполнены из сталей и чугунов, целесообразно использовать в качестве тпыляемых материалов порошковые стали. Однако плазменные покрытия 13 низколегированных железных сплавов характеризуются низкой фочностью сцепления, в первую очередь, из-за наличия окисных пленок на юверхности частиц. Поэтому в настоящее время в качестве базового материала для плазменного восстановления в основном используют юрогостоящие сплавы на основе никеля типа колмоноев, которые, в свою )чередь, формируют покрытия с высокой прочностью сцепления. С другой ;тороны, разница коэффициентов термического расширения напыленных солмоноев и основы не позволяет получать покрытия толщиной более 1 мм.

С этой точки зрения исследовательские работы по созданию новых жономно-легироваиных порошков на основе железа с высокой адгезионной шособностью безусловно актуальны.

Цель работы. Создание нового класса композиционных материалов на основе железа для плазменного напыления, позволяющих формировать юкрытия с высоким комплексом эксплуатационных свойств.

В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи: 1 Получить композиционный порошок на основе железа методами химико-

термической обработки (алитированием, азотированием). 1 Уточнить фазовый состав азотированных железо-алюминиевых сплавов в интервале концентраций 0-28 ат.%А1.

■ Установить оптимальное содержание и распределение легирующих элементов в частицах.

■ Провести комплексное исследование плазменных покрытий с целью установления влияния фазового состава порошков и режимов напыления на механические свойства и структуру покрытий.

■ Установить возможность введения твердофазных включений в покрытия, с целью повышения их износостойкости, и целесообразность применения переходных подслоев.

Научная новизна. В данной работе впервые получены следующие

результаты:

■ Определен концентрационный предел растворимости алюминия в у'-ншриде железа, который составляет 12,5±0,5 ат.%А1.

• Доказано наличие упорядочения алюминия в решетке у'-нитрида железа. Установлено, что к возможным типам упорядочения относятся сверхструктуры А7ВХ2 или типа перовскита (при стехиометрии - 12,5 ат.%А1).

■ Показано, что наличие азота в форме термически нестабильных нитридов железа существенно повышает адгезионные свойства материала при плазменном напылении. Обнаружена прямая зависимость уровня прочности сцепления покрытий с основой от содержания азота в исходных порошках.

■ Установлено комплексное влияние углерода и алюминия на степень насыщения материала азотом. Показано, что наличие углерода способствует повышению концентрации алюминия в поверхностном слое частиц, в результате чего активизируется процесс насыщения азотом.

Научно-практическая ценность работы:

■ Результаты исследований, проведенных в рамках данной диссертационной работы, положены в основу технологии получения нового класса композиционных порошков на основе железа методами химико-термической обработки. Процесс получения порошков представляет собой последовательные операции хромо-алитирования и азотирования.

■ Установлены технологические параметры режимов получения стальных покрытий методом плазменного напыления.

■ Проведенный комплекс механических испытаний показал, что покрытия из разработанных материалов обладают высокими эксплуатационными характеристиками. Показатели прочности сцепления варьируются от 40 до 61 МПа (в зависимости от толщины и режима нанесения покрытия), износостойкости - от 1,3 до 2,5 у.е. относительно стали 45 с твердостью 55ШСэ.

■ Установлена возможность напыления композиционного порошка на основе железа в механической смеси с твердофазными порошками (\¥С,СгМ), что позволяет формировать защитные износостойкие покрытия.

■ На базе предприятия ООО "Ксилит" и Кармановской ГРЭС проведены опытно-промышленные' испытания разработанного материала, которые дали положительные результаты (подтверждено актами использования).

На защиту выносятся;

■ Результаты исследования фазового состава азотированных железо-алюминиевых сплавов.

■ Наличие и структурные типы упорядочения алюминия в решетке у'-нитрида железа.

* Результаты исследования структуры, фазового состава порошков и покрытий.

" Результаты исследования зависимости механических свойств плазменных покрытий от состава порошков и режимов их напыления.

■ Примеры применения разработанных композиционных порошков.

Апробация результатов работы. Содержание работы отражено в 7 публикациях. Результаты работы доложены на следующих конференциях и семинарах: "Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий МНТ-У" (V Межгосударственный семинар, Обнинск, 1999 г.); "Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий" (Международная традиционная научно-техническая конференция, Волгоград, 1999 г.); "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов" (XV Уральская школа металловедов-термистов, Екатеринбург, 2000 г.); Первая

Уральская школа - семинар металловедов - молодых ученых, Екатеринбург, 1999 г..

Разработанный в результате проведенных исследований, композиционный порошок системы Ре-С-А1-Сг-Ы прошел опытно-промышленные испытания на базе предприятий: ООО "Ксилит" (г. Екатеринбург) и Кармановской ГРЭС (п. Карманово, Башкортостан), что подтверждено актами использования.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Объем работы - 154 е., включая 44 рисунка, библиографический список содержит 91 название.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность выбранной темы диссертационной работы. Сформулированы ее цель, научная новизна и практическая ценность. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В первом разделе обзора приведены общие представления о процессе формирования плазменных покрытий. Особое внимание уделено процессам взаимодействия частиц с потоком и окружающей средой, а также с материалом подложки.

Поскольку основной характеристикой покрытий является прочность сцепления, во втором разделе рассмотрены вопросы образования химических связей на границе раздела плазменное покрытие - подложка и влияния остаточных напряжений на прочность сцепления. Показано, что уровень сцепления можно регулировать изменением температуры в зоне контакта (Тк). Данный принцип положен в основу термической активации процесса формирования химической связи.

Далее рассмотрены особенности формирования покрытий из композиционных материалов. Отмечено, что напыление композиционных материалов позволяет получать покрытия с высоким комплексом свойств, который не удается достичь при напылении обычных порошков и смесей из

них. Особое внимание уделено вопросам напыления порошков, диссониируюших в плазме, и процессам на границе раздела покрытие-подложка. Показано, что при напылении композиционных материалов, например термореагирующих порошков, происходит термическая активация процесса химического взаимодействия в зоне контакта. Отмечено также, что разрушение пересыщенных связей при ударе о подложку обеспечивает 'приваривание" атомов напыляемого материала к атомам подложки.

В связи с тем, что большинство изделий, подвергаемых восстановлению методом плазменного напыления, выполнены из сталей и чугунов, в четвертом разделе дан обзор порошков на основе железа, которые целесообразно применять в качестве напыляемых материалов. Отмечено, что эольшинство экономно-легированных материалов на основе железа характеризуются низкой прочностью сцепления плазменных покрытий с эсновой. Поэтому сделан вывод о том, что особый интерес вызывает гоздание композиционных материалов на основе железа, при напылении которых реализуются физико-химические процессы, способные активировать химическое взаимодействие. С этой точки зрения, широкие возможности получения композиционной структуры порошков на основе железа дают операции химико-термической обработки (алитирования, азотирования и т.д.). Показано, что диффузионное введение алюминия в поверхность частиц позволит избежать активного окисления материала, а при напылении порошков с оболочечной структурой из термически нестабильных нитридов железа будет происходить разрушение пересыщенных связей с азотом и образование активных поверхностей в зоне контакта.

В заключительном разделе представлены сведения о фазовых превращениях в системе Ре-И и Ре-ДЬИ. Отмечено, что сведения о фазовом составе сплавов системы Ре-А1-Ы носят противоречивый характер.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

В качестве образцов исследуемых в главе 3 сплавов железо-алюминий использовались тонкие пластины опытной трансформаторной стали толщиной 0,3 мм. Содержание алюминия в сплавах составляло 0; 5,8; 7,2; 12,0; 13,1; 16,5; 23,5; 28 ат.%. Соответственно содержанию алюминия в

сплаве образцы были пронумерованы от 1 до 8. Перед азотированием образцы подвергались дополнительной шлифовке и травлению. Азотирование образцов проводилось в среде диссоциированного аммиака с использованием виброожиженного слоя при температуре 560°С в течение 3-х часов.

Материалы для плазменного напыления представляли собой железные и стальные порошки сферической формы, подвергнутые различным химико-термическим обработкам (см. рис.1).

1 .армко-железо ~

/

З.Ре-А1-Сг

(в смеси 6%А1+2%Сг) 8.Ре-А1-Сг-Н

2.сталь 20

4.Ре-0,2С-А1-Сг (смеси 6%А1+2%Сг)

>7.Ре-0,2С-Ы

{

5.Ре-0,2С-А1-Сг (в смеси 8%А1+2%Сг)

1

9.Ре-0,2С-А1-Сг-К 10.Ре-0,2С-А1-Сг-Ы Рис. 1. Схема получения порошков

Для введения алюминия в материалы была выбрана операция хромоалитирования, которая позволяет проводить обработку при более высоких температурах, тем самым, активизируя процесс диффузии алюминия. Хромоалитирование проводилось в виброкипящем слое в механических смесях (6 вес.%А1 и 2 вес.%Сг) или (8 вес.%А1 и 2 вес.%Сг) по двухступенчатой схеме: Т1=590°С - выдержка 15 минут; Тг=960°С - выдержка 30 минут. Порошки 6-10 были азотированы в среде диссоциированного аммиака с использованием виброожиженного слоя при температуре азотирования 560°С в течение 5-ти часов.

Общее содержание углерода определялось методом электролитического титрования с помощью экспресс анализатора АЫ-29 (чувствительность - 0,001%). Содержание алюминия в материале было установлено методом обратного титрования (точность измерения 0,1%). Содержание азота определялось методом восстановительного плавления в потоке инертного газа на оборудовании "МОЮМАТ", произведенного

фирмой "Б^оЫеш" (точность измерения 1%, чувствительность - КГ"%). Химический состав порошков приведен в таблице 1.

Таблица 1

_ Химический состав частиц порошков__

Порошок Содержание легирующих элементов, вес.%*

С А1 N

Порошок 1 <0,02

Порошок 2 0,2

Порошок 3 <0,02 5,3

Порошок 4 0,2 5,5

Порошок 5 0,2 7,2

Порошок 6 <0,02 4,2

Порошок 7 0,2 4,0

Порошок 8 0,2 5,3 7,8

Порошок 9 0,2 5,5 8,9

Порошок 10 0,2 7,2 6,1

"Содержание хрома в порошках 3-5, 8-10 не превышает 0,2 вес.%.

Нанесение материалов на основу (сталь 45) производилось при помощи тлазмогрона фирмы "Косталин + Эутектик" (Швейцария) при двух режимах шпыления. Режим I: сила тока У=325 А, напряжение 1>=55 В, дистанция тпыления г-110 мм, плазмообразуюший газ - смесь аргона и водорода. эежим II: сила тока У=325 А, напряжение и=62 В, дистанция напыления -110 мм, плазмообразующий газ - смесь аргона и водорода. Помимо зазницы в рабочих напряжениях, режим II характеризовался более высоким удержанием водорода в газовой смеси, что позволило за счет энергии тонизации водорода повысить температуру плазмы.

Рентгеноструктурные исследования (РСФА) проводились на шфрактометре "ДРОН-3" в отфильтрованном излучении Кос Ре в диапазоне /глов (20) 30. .100°. Параметр решетки у'-фазы рассчитывался по линии 220), ошибка измерения составила 0,0002 нм. Исследования образца 1-е-12,5 1т.%А1 были проведены на дифрактометре "ДРОН-4" в донохроматизированом излучении Ка Си.

Металлографический анализ структуры порошков и покрытий и измерение микротвердости проводился на оптическом микроскопе Neophot-21.

Дифференциальный термический анализ (ДТА) материалов покрытий осуществлялся на термоанализаторе Du Pont-990 с использованием приставки ДТА-1600 при нагреве со скоростью 20°С/мин. до температуры 1000°С в инертной атмосфере аргона.

Исследования распределения алюминия и хрома по сечению частиц проводилось методом микрорентгеноспектрального анализа на установке "Super Prob 733". Диаметр зонда не превышал 2 мкм, ускоряющее напряжение составляло 30 кВ.

Испытания на отрыв проводили по штифтовой методике на разрывной машине марки ИР 5057 на цилиндрических образцах диаметром 25 мм со штифтом диаметром 6 мм при скорости нагружения 104 с'1. Значения прочности сцепления усреднены по результатам 5-ти испытаний.

Износ покрытий измеряли на лабораторной установке в условиях сухого трения при скольжении (возвратно-поступательная схема движения) по закрепленному абразиву шлифовальной бумаги марки 81Кр32НМ (кремень зернистостью 320 мкм). Средняя скорость скольжения составляла 0,15 м/с при нормальной нагрузке 49 Н и пути трения 15,8 м. Абразивный износ оценивали по двум испытаниям в двух единицах: 1) удельной потере массы (ДМм) 2) относительному показателю е=ДМм / ДМЭ, где AM, - потери массы эталона. Подложки образцов и эталон для испытания на износостойкость представляли собой цилиндр диаметром 25 мм и толщиной 8 мм, изготовленный из термообработанной стали 45 (50 ед. HRC).

Все виды образцов перед напылением были обезжирены и подвергнуты пескоструйной обработке.

ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В СИСТЕМЕ

Fe-Al-N

Несмотря на то, что алюминий, как легирующий элемент, широко используется в азотируемых сталях, фазовая диаграмма тройной системы Fe-A1-N до настоящего времени не построена. Это делает невозможным

прогнозирование фазового состава и структуры композиционных материалов, получаемых алитированием и азотированием железных порошков, поэтому третья глава диссертационной работы посвящена исследованию фазового состава азотированных железо-алюминиевых сплавов. В этой главе приведены результаты исследования методом РСФЛ фазового состава азотированных при температуре 560°С железо-алюминиевых сплавов, содержащих до 28ат.%А1. Данный концентрационный интервал представляет особый интерес с точки зрения создания композиционных материалов.

Установлено, что основными фазами азотированных железо-алюминиевых сплавов, содержащих до 13ат.%А1, являются: феррит, е (Fe^N) и у' (Fe4>J) нитриды железа. Известно, что легирующие элементы, растворенные в феррите, сдерживают рост s-фазы, поэтому у'-фаза имеет наибольший по толщине слой в случае азотированных железо-алюминиевых сплавов (образцы №№2-4). С увеличением содержания алюминия в сплавах наблюдалось увеличение периода решетки у'-фазы (см. рис 2), которое вызвано растворением в ней алюминия, что подтверждается результатами большинства отечественных работ, авторы которых также отмечают факт растворения алюминия в у'-фазе железа.

На дифрактограммах таких сплавов рефлексы A1N не обнаружены, что не исключает вероятность его образования в тонком слое в-фазы. На такую возможность косвенно указывает отсутствие зависимости параметров решетки s-нитрида в случае азотированных железо-алюминиевых сплавов от содержания алюминия (см. табл.2). Кроме того, именно образованием A1N можно объяснить то, что с увеличением содержания алюминия происходит снижение интенсивности линий s-фазы, то есть уменьшается ее количество. Выделение алюминия в собственную нитридную фазу сопровождается понижением концентрации азота в слое s-фазы и приводит таким образом к сдерживанию роста данной фазы.

На дифрактограммах азотированных сплавов, содержащих более 13 ат.%А1, были зафиксированы линии а-фазы, у'-фазы и A1N. Параметр решетки у'- нитрида в этих случаях был близок к значению, полученному на

чистом железе (см. табл.2). Это свидетельствует о том, что алюминий выделило? в собственную нитридную фазу. Линий Е-фазы на дифрактограммах данных сплавов обнаружено не было, то есть образование A1N при данном времени азотирования привело либо к полному ее отсутствию, либо количество е-фазы было незначительным.

Таблица 2.

Параметры решеток нитридов _

№ Образец у'-нитрид, a, нм е-нит| РИД AIN

a, нм с, нм a, нм с, нм

1. Fe (%С<0,02) 0,380 0,2751 0,4369 - -

2. Fe-5,8aT.%Al 0,3809 0,2745 0,4368 - -

з.. Fe-7,2aT.%Al 0,3818 0,2752 0,4371 - -

4. Fe-12aT.%Al 0,3836 0,275 0,4375 - -

5. Fe-13,lar.%Al 0,3792 - - 0,3132 0,4932

6. Fe-16,5aT.%Al 0,380 - - 0,3067 0,4875

7. Fe-23,5aT.%Al 0,3801 - - 0,311 0,4931

8. Fe-28aT.%Al 0,3801 - - 0,3117 0,4992

s s

3

s

■е-Vs

s rt Q.

я

С

0,378

4 8 12 16 20 24 Концентрация алюминия, ат.%

28

Рис. 2. Зависимость параметра решетки Y фазы

от содержания алюминия в сплаве

о

Таким образом, установлено, что предел растворимости алюминия в фазе железа лежит в интервале мезаду 12,0 и 13,1ат.%А1.

В настоящем исследовании анализировались возможные причины обнаруженного Ю.М.Лахтиным расслоения у'-фазы на обогащенную алюминием и железистую. Факт расслоения исходной у'-фазы на две подобные фазы вместо выделения A1N указывает на особые причины такого поведения системы, которые, по-нашему мнению, связаны с упорядочением атомов алюминия в у'-фазе железа. Исходя из обнаруженного предела растворимости алюминия в у'-фазе, установлено, что наиболее вероятными гипами упорядочения являются сверхструктуры типа А7ВХ2 (где Х-атом шедрения) и типа перовскита при стехиометрии 12,5 ат.% Л1 (см. рис.3).

¡^V

а б

Рис. 3. Элементарные ячейки упорядоченных фаз а - сверхструктуры А7ВХ2; б - сверхструктуры типы перовскита (при стехиометрии 12,5 ат.%В)

Расчет структурного фактора для двух возможных упорядоченных фаз юказал, что обнаружить факт упорядочения в сплаве можно по наличию гиний, для которых величина структурного фактора, составляет -4С\+4^-8Гх), где ^х^ы (см. табл.3). Наличие же (или

ггсутствие) значительно более слабых рефлексов со значением структурного ¡¡актора (-4Га+4Гв), позволяет окончательно определить структурный тип тторядочения.

Учитывая, что у'-фаза в образцах №№2-4 представляет собой щффузионный слой между б и а фазами, для исследования упорядочения в ;истеме наиболее приемлемо использование рентгеновского излучения. Эднако, было установлено, что методами РСФА можно обнаружить только гинии типа (200), структурный фактор которых составляет (-4Га+4Гв-8Гх).

Интенсивность других сверхструктурных рефлексов ничтожно мала. То есть метод рентгеноструктурного исследования позволяет однозначно установить возможность упорядочения, но не позволяет определить его структурный тин.

Таблица 3

Набор разрешенных отражений от упорядоченных сплавов _ стехиометрического состава А7ВХ2 _

№ (НКЬ) Структурный множитель

Упорядочение по типу А7ВХ2 Упорядочение по типу перовскита

1. (000)* 28Гл+4^+8Гх

2. (111)* -4{а+4{в -

3. (200)* -4Га+4Гв-Ых -4Гд+4Гв-8Гх

4. (220)* -4ГА+4Гв+8Гх

5. (222) 28ГА+4Г1г8ГХ

6. (311)* -

7. (331)* -4(л+4Гн -

8. (333)* -41л+4Гв -

9. (400) 28Гд+4Гв+8Гх 28^+4Гв+8Гх

10. (420)* -41д+4Гв-85х -4fA+4fв-8fx

11. (422)* -4fA+4fв+8fx

12. (440) 28Га+4ГВ+8ГХ 28Гл+4Гц+8Гх

13. (442)* -4fл+4fв-8fx

14. (444) 28С,+4Гв+8Гх 28^+4Гв+8Гх

*- сверхструкгурные рефлексы.

Зафиксированные методом шагового сканирования профили сверхструктурной линии (200) и структурной (400) азотированного сплава Ре-12,0ат.%А1 служат доказательством того, что атомы алюминия упорядочение располагается в решетке у'-нитрида железа. При этом экспериментально наблюдаемая линия (200) оказалась в 25 раз слабее структурной линии (400), что несколько меньше расчетного значения 1<2оо)/1<4оо)=1/21. Поскольку интенсивность сверхструкгурных линий прямо пропорциональна квадрату параметра порядка, это может быть связано с частичным разупорядочением системы (концентрационным и температурным). Действительно, интенсивность сверхструктурной линии (200) .рассчитывалась нами, исходя из предположения о максимальной

степени дальнего порядка, которая может достигаться в сплаве строго стехиометрического состава при нуле температуры. Состав сплава Fe-12,0aT.%Al отклоняется от стехиометрического состава упорядоченной фазы (Fe7AlN2), что естественно приводит к уменьшению степени дальнего порядка.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что при азотировании сплавов, содержащих менее 13,0 ат.% алюминия, образуются у' и е фазы железа. При этом растворение алюминия в у' фазе железа сопровождается процессом его упорядочения в решетке данного нитрида. Азотирование же сплавов, содержащих более 13,0 ат.%, приводит в первую очередь к образованию AIN, а затем Fe4N, практически не содержащего алюминия. Необходимо отметить, что в последнем случае наиболее азотосодержащая е фаза рентгеноструктурными методами не обнаруживается.

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ

В четвертой главе диссертации представлены результаты комплексного исследования нового класса композиционных материалов на основе железа и покрытий из них.

Процесс получения базового композиционного материала состоял из последовательных операций хромоалтирования и азотирования порошковой стали 20. Для получения полной картины влияния легирующих элементов на структуру, фазовый состав и свойства плазменных покрытий из композиционного порошка были комплексно изучены материалы после обработок, представленных на рис.1. Химический состав порошков приведен в таблице 1.

Как отмечалось выше, прочность сцепления с основой является главной характеристикой любых покрытий. Поэтому основное внимание было уделено влиянию химического и фазового состава порошков и покрытий на прочность сцепления и сопротивление абразивному изнашиванию. В таблице 4 представлены результаты испытаний прочности сцепления плазменных покрытий с основой.

В данном исследовании сравнением азотированных и неазотированных армко-железа и стали 20 показано, что азот определяет адгезионные свойства материалов. Присутствие в поверхности частиц азота, связанного в нитриды железа, позволило сформировать плазменные покрытия с низкой дефектностью границы и самого покрытия и, как следствие этого, высокой прочностью сцепления. Подтверждением вышесказанного может служить случай напыления стали 20 в различных состояниях. Покрытие из азотированного порошка показало уровень сцепления - 48,5 МПа, а в неазотированном состоянии - 30 МПа. Равномерное распределение микротвердости в напыленном материале указывает на его низкую пористость. Все это свидетельствует о высоких когезионных и адгезионных свойствах азотированной стали. Анализ результатов химического анализа (см. табл.1) и испытаний на отрыв (см. табл.4) указывает на прямую зависимость уровня адгезионных свойств от содержания азота в исходном материале. Так, покрытия из порошков с максимальным содержанием азота имеют и максимальную прочность сцепления с основой. Показатель сцепления покрытия 8 из порошка 9, содержавшего 8,9вес.% Ы, составил 61,6 МПа.

По нашему мнению, высокая адгезия азотосодержащих материалов обусловлена физико-химическими процессами, происходящими в порошках в плазменной струе и при остывании частиц на подложке. Нагрев азотированных порошков в плазме приводит к диссоциации термически нестабильных нитридов железа (у' и е). Выделение азота создает вокруг летящей частицы газовую оболочку, которая препятствует взаимодействию поверхности расплава с кислородом. Исходя из общих представлений о процессе химического взаимодействия частицы с подложкой при плазменном напылении, мы предполагаем, что при ударе частицы о подложку разрушение ее газовой оболочки приводит к химической активации атомов напыляемого материала и обеспечивает их "приваривание" к атомам основы.

Проведенный химический анализ покрытий из азотированных порошков показал, что после напыления сохраняется от 20 до 50 % исходного азота. Из этого следует, что чем выше содержание азота в исходном порошке, тем больше его остается в материале после напыления.

Таблица 4

Прочность сцепления покрытий из порошков на основе железа

№ Система (порошок) Прочность сцепления, МПа Примечания

Толщина покрытия, мм Режим напыления Фракция порошка, мкм Наличие подслоя

Ре-0,2 С (порошок 2) 30 0,72 I 50... 160

> Ре-С-А1-Сг (порошок 4) 34,5 0,72 I 50...160

!. Ре-0,019 С-К (порошок 6") 57,1 0,55 II 40 100

1. Ре-0,2С-Ы (порошок 7) 48,4 0,5 II 40... 100

>. Ре-С-А1-Сг^ (порошок 9) 40 1,2 I 50...160

). Ре-С-А1-Сг-Ы (порошок 9) 48 1,1 I 40... 100

1. Ре-С-А1-Сг^ (порошок 9) 49,6 0,5 П 40...100

!. Ре-С-А1-С|ЧЧ (порошок 9) 61,6 0.8 п 40 .100

) Ре-С-А1-Сг-Ы (порошок 9) 52 0,95 II 40...100

10. Ре-С-А1-Сг-К (порошок 9) 44,7 1,65 II 40. 100

1 1 Ге-С-А!-Сг-М (порошок 9) 44,5 2,25 п Л Г\ 1 АЛ *+и,,. 1

12. Ре—А1-СМЧ (порошок 8) 38,5 0,68 I 50...160

13. Ре-С-А1-Сг-И (порошок 9) 44 1,0 I 50... 160 №-А1-Сг-У толщиной 0.1 мм

14. Ре-С-А1-Сг-М (порошок 9) 68 0,85 п 40...100 ПТ-Ю10Н толщиной 0,1 мм

15. Ре-С-А1-Сг-ШУС (порошок 9) 61,7 0,8 п 40... 100 ПТ-Ю10Н толщиной 0,05 мм

16. Ре-С-А1-Сг-Ы-С^ (порошок 9) 59 0,92 п 40...100 ПТ-Ю10Н толщиной 0,05 мм

17. Ре-С-А1-Сг-Ы (порошок 9) 58,5 0,15 11 40... 100 Материал нанесен в качестве подслоя перед основным покрытием из (СР4 + 11%А1) толщиной 0,65 мм

18. Ре-С-Л1-Сг-И (порошок 10) 40 1,5 II 40... 100

Поэтому покрытия 5-11 из порошка 9, содержавшие самое большое количество исходного (8,9вес.%) и остаточного азота (3-4вес.%), имели самые высокие показатели износостойкости (от 1,32 до 2,50 у. е.).

В ходе исследования установлено, что фазовый состав покрытий из азотированных порошков в основном представлял собой мартенсит и нитрид алюминия. На дифрактограммах покрытий присутствовали линии мартенсита (уширенные линии а-фазы) и линии A1N. В большинстве случаев рефлексы у'-фазы не наблюдались. Однако, на отдельных дифрактограммах были зафиксированы слабые линии фазы с ГЦК решеткой, которая может являться как у'-ншридом, так и остаточным аустенитом.

Высокая адгезия и когезия азотированных порошков приводит к формированию низкопористых покрытий с высокой твердостью из-за образовавшегося в них азотистого мартенсита, в результате чего в покрытиях возникают высокие внутренние напряжения, что отрицательно сказывается на прочности сцепления. Поэтому для обеспечения высокого комплекса свойств, применение только одного азотирования порошков является недостаточным. Необходимо дополнительное легирование.

Установлено, что предварительное введение алюминия перед азотированием может качественно изменить свойства покрытий. Выбор алюминия в качестве легирующего элемента был обусловлен тем, что он является нитридообразующим элементом, хорошим раскислителем и легко внедряется в железо при термодиффузионном процессе. Применение алитированых материалов обеспечивает повышение уровня сцепления по сравнению с порошковой сталью 20.

Как показали исследования, введение алюминия в порошки способствует сохранению углерода в покрытии, поскольку обеспечивается локализация последнего в центральных областях частицы. Диффузия алюминия с поверхности вглубь частиц приводит к росту ферритного слоя при температуре хромоапитирования 960 °С, в то время как центральные области частицы находятся в аустенитном состоянии. Так как растворимость углерода в феррите ничтожно мала, он выталкивается растущим ферритным слоем в центральные аустенитные области. В результате этого при охлаждении образуются обогащенные по углероду центры частиц.

Локализация углерода в центре порошинок по данным химического анализа позволяет снизить его потери в плазменной струе.

В свою очередь, наличие углерода также изменяет распределение алюминия по сечению частиц. Микрорентгеноспектральные исследования юрошков показали, что в хромоалитированном армко-железе (порошок 3) концентрация алюминия по сечению частиц была практически постоянной см. рис.4а). Наличие 0,2%С в порошке 4 привело к возникновению шачительного градиента концентрации алюминия между поверхностью и центром частиц (см. рис.46). Это связано с тем, что вызванная ростом })ерритного слоя при температуре 960°С миграция атомов углерода в центральные аустенитные области, привела к образованию цементитных выделений, которые послужили барьером для диффузии атомов алюминия зглубь частиц и обеспечили наличие градиента концентрации алюминия, т.е. соответствующее повышение его содержания в поверхностных слоях.

О 20 40 60

Расстояние от поверхности, мкм -О- А1 -А- Сг

а

) 20 40 60

Расстояние от поверхности, мкм

П А1 -а— Сг

Рис. 4. Распределение алюминия и хрома по сечению частиц а - порошок 3; б - порошок 4

Установлено, что среднее содержание алюминия в материале, а также ;го концентрация на поверхности определяют степень насыщения материала сотом (см. табл.1). При одинаковом содержании алюминия в порошках 8 и ), наличие градиента концентрации алюминия в порошке 9 привело к более ттенсивному насыщению азотом (8,9 вес.%), по сравнению с порошком 8 7,8вес.%). Дальнейшее повышение содержания алюминия (порошок 10),

при наличии градиента концентрации, привело к понижению количества азота до 6,1вес.%. Причиной такого понижения является изменение механизма образования нитридных фаз в процессе азотирования. Анализ дифрактограмм, снятых с порошков, показал, что в случае порошка 10 наблюдаются линии AIN, а в случае порошков 8, 9 они отсутствуют. То есть, как обсуждалось в предыдущем разделе, образование фазы A1N приводит к сдерживанию роста нитридных фаз железа, в результате чего понижается содержание азота в материале. Из этого следует вывод о том, что содержание 6вес.% алюминия в смеси для хромоалитирования является оптимальным.

Результаты механических испытаний свидетельствуют о том, что наилучший комплекс эксплуатационных свойств достигнут при высокотемпературном напылении порошка 9 фракционного состава 40... 100 мкм, который стал базовым материалом. Внедрение новых материалов для газотермического напыления требует строгой регламентации по применению и режимам напыления. С этой целью для базового материала были рассмотрены вопросы: а) влияния изменения уровня остаточных напряжений с наращиванием покрытия на прочность сцепления; б) поведения материала при напылении механических смесей с частицами тугоплавких соединений (WC, CrN); в) выбора материала подслоя; г) поведения изучаемого материала в качестве буферного слоя перед защитным покрытием.

« 65

к 60

£ ^ О

| 45 о о<

С 40

0 0,5 1Я 1,5 2,0 2,5

Толщина покрытия, мм Рис. 5. Зависимость прочности сцепления от толщины покрытия

Кривая на рисунке 5 демонстрирует своеобразную зависимость прочности сцепления от толщины покрытия из композиционного порошка 9.

À

А

/ V

-1 т

i— 1

Максимальный показатель сцепления (61,6 МПа) был получен при толщине покрытия 0,8 мм. Можно выделить два участка на кривой: 1 - до 0,8 мм. где тблюдается возрастание прочности сцепления с ростом толщины покрытия; Т - после 0,8 мм, где прочность сцепления падает. Мы предполагаем, что с юстом толщины покрытия в напыленном материале имеют место два 1роцесса оказывающие противоположное влияние на прочность сцепления. Зо-первых, при напылении нового слоя предыдущий испытывает термическое воздействие, которое приводит к частичному отпуску ■шртенсита и снижению фазовых напряжений. С другой стороны, с тарашиванием толщины покрытия происходит изменение скорости геплоотвода, в результате чего наблюдается резкий рост термических «пряжений. Исходя из этого, возрастание прочности сцепления на первом участке объясняется преимущественным влиянием процесса отпуска на фовень остаточных напряжений. После толщины 0,8 мм происходит резкий гаст термических напряжений и падение прочности сцепления. Соответственно оптимальной для данного материала при напылении на шоскую поверхность является толщина 0,8 мм.

Испытания двухслойного покрытия 17, в котором порошок 9 был 1апылен качестве буферного слоя перед нанесением защитного покрытия, юказали высокие значения прочности сцепления - 58,5 МПа. Полученный »езультат свидетельствует о возможности использования такого материала шя создания двухслойных многофункциональных покрытий.

ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОАЗОТИСТЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОРОШКОВ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Разработанный в результате данного исследования материал порошок 9) предназначен главным образом для выполнения ремонтно-осстановительных работ методами газотермического напыления ■рупногабаритных изделий, выполненных из сталей и чугунов. Ремонту |бычно подлежат сопрягаемые поверхности, испытывающие большие [еханические нагрузки и подверженные интенсивному износу трением.

До настоящего времени для восстановления подобных поверхностей [спользовались сплавы типа колмоноев (ПГ-СР1; ПГ-СР2 и т.п.). В

таблице 5 приведено сравнение основных эксплуатационных, технико-экономических и экологических показателей колмоноев и разработанного порошка.

Таблица 5

Сравнительные характеристики материалов для восстановления

Характеристика Колмонои Разработанный порошок

Прочность сцепления = + =.

Твердость напыленного материала + -

Стоимость - +

Расход при напылении = - = +

Склонность к трещинообразованию при напылении +

Толщина покрытий -

Склонность к трещинообразованию при шлифовке +

Расход шлифовального инструмента - +

Качество поверхности после механической обработки _ _ = +

Экологичность - +

Таким образом, разработанный высокоазотистый композиционный материал на основе железа позволяет отказаться от применения дорогостоящих сплавов на основе никеля при проведении ремонтно-восстановительных работ. При этом высокие адгезионно-когезионные свойства порошка позволяют варьировать эксплуатационные характеристики покрытий. Метод плазменного напыления композиционного материала значительно сокращает время проведения ремонтных работ и соответственно время простоя оборудования. Последнее обстоятельство делает материал особенно перспективным для проведения ремонтно-восстановительных работ в энергетической отрасли, где простои ведут к ощутимым потерям.

К настоящему моменту плазменным напылением порошка системы Бе-С-А]-Сг-М восстановлены эксплуатационные характеристики рабочих поверхностей следующих типов деталей: вала кислородного компрессора 2ВМ - 12/65; автомобильных коленчатых и газораспределительных валов; валов автоматов линии производства упаковки; букс крепления опорногс подшипника вала электродвигателя привода наклонной печи для ОАС

'ухоложский цементный завод"; чугунных изложниц для отливки ребряных слитков для ОАО "Уралэлектромедь" (подтверждено актами пользования).

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

В диссертационной работе представлены результаты комплексного следования нового класса композиционных материалов на основе железа и крытий из них. Основными результатами работы можно считать едующие:

На основании проведенных исследований предложен способ получения композиционных порошков на основе железа с высокой адгезионной способностью, который представляет собой последовательные операции хромоалитирования и азотирования.

В результате исследования методом рентгенострукгурного фазового анализа установлено, что азотирование железо-алюминиевых сплавов, содержащих до 13,0ат.%А1, приводит к образованию е и у' нитридных фаз железа. Азотирование сплавов, содержащих выше 13ат.%А1, сопровождается образованием A1N и нитрида Fe4N, практически не содержащего алюминия. Таким образом, предел растворимости алюминия в /-нитриде железа находится в интервале 12,0... 13,1 ат.%. Доказано, что атомы алюминия упорядочено располагается в решетке у' нитрида железа. К возможным типам упорядочения относятся сверхструктура А7ВХ2 и структура типа перовскита (при стехиометрии 12,5ат%А1).

Обнаружено, что содержание азота в исходном порошке является основным фактором, определяющим уровень сцепления плазменного покрытия с основой.

Предлагаемый материал предназначен для восстановления нарушенной геометрии стальных и чугунных изделий. Композиционный высокоазотистый порошок на. основе железа характеризуется высокими эксплуатационными, технико-экономическими и экологическими показателями, что позволяет считать его альтернативным материалом по

отношению к традиционно используемым для восстановления порошка! на никелевой основе.

Основное содержание диссертации изложено в следующих печатны:

работах:

1. Исследование фазового иструктурного состава высокопрочных порошко на основе железа/ Кардонина Н.И., Колпаков А.С.//Изв.ВУЗов.Черна металлургия, 2000 г., № 2, с. 15-18.

2. Свойства плазменных покрытий из азотированных порошковых сплаво: систем Fe-Al-Cr, Fe-C-Al-Cr./ Кардонина Н.И., Колпаков A.C.// В тезиса: докладов V Межгосударственного семинара "Структурные ochobi модификации материалов методами нетрадиционных технологий MHT-V" Обнинск, 14-17 июня 1999 г..

3. Свойства плазменных покрытий из порошков системы Fe-C-Al-Cr-N. Кардонина Н.И., Колпаков A.C.// В тезисах докладов Международно] традиционной научно-технической конференции "Прогрессивные методь и технологии получения и обработки конструкционных материалов i покрытий", Волгоград, 15-16 сентября 1999 г..

4. Высокоазотистые композиционные материалы на основе железа дл: плазменного напыления/ Кардонина Н.И., Колпаков A.C.// В тезиса: докладов XV Уральской школы металловедов-термистов "Актуальны! проблемы физического металловедения сталей и сплавов", Екатеринбург 14-18 февраля, 2000 г., 44 е..

5. Упорядочение в системе Fe-Al-N/ Кардонина Н.И., Русаков Г.М., Демако] С.Л.//В тезисах докладов XV Уральской школы металловедов-термисто] "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов" Екатеринбург, 14-18 февраля, 2000 г., 214 е..

6. Композиционные порошки на основе никеля для плазменного напыления Кардонина Н.И.// В тезисах докладов "Первой Уральской школы -семинара металловедов - молодых ученых", Екатеринбург, УГТУ-УПИ 5-7 октября 1999 г., с.20

7. Композиционные порошки системы Fe-C-Al-Cr-N для плазменной напыления/ Кардонина Н.И.// В тезисах докладов "Первой Уральско! школы - семинара металловедов - молодых ученых", Екатеринбург УГТУ-УПИ, 5-7 октября 1999 г., с.21

Подписано в печать 13.03.2000 Формат 60x84 1/16

_Заказ № 54_Тираж 100 экз

Ризография УГТУ 620002. Екатеринбург, Мира. 19.

ВВЕДЕНИЕ

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Процесс формирования плазменного покрытия

1.1.1. Взаимодействие частиц напыляемого материала с потоком и окружающей средой

1.1.2. Формирование напыляемого материала

1.2. Прочность сцепления покрытий с основой

1.2.1. Поверхностные явления

1.2.2. Влияние напряженного состояния плазменного покрытия на прочность сцепления

1.3. Особенности формирования плазменных покрытий из композиционных материалов

1.3.1. Процессы в диссоциирующих порошках

1.3.2. Формирование покрытий из композиционных порошков

1.4. Материалы на основе железа для плазменного напыления

1.5.Фазовые превращения в системах Ее-Ы и Ге-А1-М I;

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В СИСТЕМЕ Ре-А1-К

3.1. Фазовый состав железо-алюминиевых сплавов до азотирования

3.2 Фазовый состав железо-алюминиевых сплавов после азотирования

3.3 Упорядочение в системе Ре-А1-К

3.4. Рентгеноструктурные исследования азотированного сплава Ее-12,0ат.%А

3.5. Обсуждение результатов ВЫВОДЫ

4. КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА ДЛЯ ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ

4.1. Описание исходных материалов

4.2 Структура и фазовый состав плазменных покрытий

4.3 Влияние фазового состава и структуры порошков на свойства плазменных покрытий

4.4 Совершенствование технологии напыления

4.5 Обсуждение результатов

4.5.1 Роль азота в формировании свойств покрытий

4.5.2 Роль алюминия и углерода в формировании свойств

4.5.3 Влияние технологических факторов свойства плазменных покрытий

ВЫВОДЫ

5. Применение высокоазотистых композиционных порошков на основе железа в промышленности ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Актуальность исследований

В различных отраслях промышленности (особенно энергетике) остро стоит вопрос восстановления геометрии и эксплуатационных свойств изношенных деталей оборудования. Одним из распространенных способов восстановления являются методы газотермического напыления и в частности плазменного напыления. Плазменное напыление представляется наиболее перспективным с точки зрения проведения подобных работ по сравнению с другими методами (например наплавочными) за счет ряда достоинств: сравнительно короткое время ремонтно-восстановительных работ; возможность производить напыление непосредственно на месте эксплуатации изделия; отсутствие коробления деталей и т.д. [1].

Учитывая, что большинство изделий, подвергаемых восстановлению, выполнены из сталей и чугунов, целесообразно было бы использовать в качестве напыляемых материалов порошковые стали. Однако плазменные покрытия из низколегированных железных сплавов характеризуются низкой прочностью сцепления в первую очередь из-за наличия окисных пленок на поверхности частиц [2]. Поэтому в настоящее время в качестве базового материала для плазменного восстановления в основном используют дорогостоящие сплавы на основе никеля типа колмоноев, которые в свою очередь формируют покрытия с высокой прочностью сцепления [3-5]. С другой стороны разница коэффициентов термического расширения напыленных колмоноев и основы не позволяет получать покрытия толщиной более 1 мм.

С этой точки зрения исследовательские работы по созданию новых экономно-легированных порошковых сплавов на основе железа с высокой адгезионной способностью безусловно актуальны.

2. Цель работы

Целью настоящей работы являлось создание нового класса композиционных материалов на основе железа для плазменного напыления, позволяющие формировать покрытия с высоким комплексом эксплуатационных свойств.

В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи:

Получить композиционный порошок на основе железа методами химико-термической обработки (алитированием, азотированием).

Уточнить фазовый состав азотированных железо-алюминиевых сплавов в интервале концентраций 0-28 ат.%А1.

Установить оптимальное содержание и распределение легирующих элементов в частицах.

Провести комплексное исследование плазменных покрытий с целью установления влияния фазового состава порошков и режимов напыления на механические свойства и структуру покрытий.

Установить возможность введения твердофазных включений в покрытия, с целью повышения их износостойкости, и целесообразность применения переходных подслоев.

3. Научная новизна

Научная новизна полученных в диссертации результатов заключается в следующем:

Впервые определен концентрационный предел растворимости алюминия в у'-нитриде железа, который составляет 12,5±0,5 ат.%А1.

Доказано наличие упорядочения алюминия в решетке у'-нитрида железа. Установлено, что к возможным типам упорядочения относятся сверхструктуры А7ВХ2 или типа перовскита (при стехиометрии -12,5 ат.%А1).

Впервые показано, что наличие азота в форме термически-нестабильных нитридов железа существенно повышает адгезионные свойства материала при плазменном напылении. Обнаружена прямая зависимость уровня прочности сцепления покрытий с основой от содержания азота в исходных порошках.

Установлено комплексное влияние углерода и алюминия на степень насыщения материала азотом. Показано, что наличие углерода способствует повышению концентрации алюминия в поверхностном слое частиц, в результате чего активизируется процесс насыщения азотом.

4. Научно-практическая ценность работы

Результаты исследований, проведенных в рамках данной диссертационной работы, положены в основу технологии получения нового класса композиционных порошков на основе железа методами химико-термической обработки. Процесс получения порошков представляет собой последовательные операции хромо-алитирования и азотирования.

Установлены технологические параметры режимов получения стальных покрытий методом плазменного напыления.

Проведенный комплекс механических испытаний показал, что покрытия из разработанных материалов обладают высокими эксплуатационными характеристиками. Показатели прочности сцепления варьируются от 40 до 61 МПа (в зависимости от толщины и режима нанесения покрытия), износостойкость - 1,3 до 2,5 у.е. относительно стали 45 с твердостью 55НЯСэ.

Установлена возможность напыления композиционного порошка на основе железа в механической смеси с твердофазными порошками что позволяет формировать защитные износостойкие покрытия. На базе предприятия ООО предприятие "Ксилит" и Кармановской ГРЭС проведены опытно-промышленные испытания разработанного материала, которые дали положительные результаты (подтверждено актами использования). 5. На защиту выносятся

Результаты исследования фазового состава азотированных железо-алюминиевых сплавов.

Наличие и структурные типы упорядочения алюминия в решетке у'-нитрида железа.

Результаты исследования структуры, фазового состава порошков и покрытий.

Результаты исследования зависимости механических свойств плазменных покрытий от состава порошков и режимов их напыления.

Примеры применения разработанных композиционных порошков.

Построение диссертационной работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения. В первой главе дан краткий обзор литературных источников. Вторая глава содержит способы получения, состав и методики исследования материалов. Третья глава посвящена исследованию фазового состава сплавов системы Ге-А1-Ы. В четвертой главе рассмотрены вопросы влияния структуры, характера легирования порошков и режимов напыления на механические свойства плазменных покрытий. В пятой главе приведен обзор примеров использования разработанного материала в опытно-промышленных условиях. Приложение представляет собой акты использования результатов исследования.

ВЫВОДЫ.

1. На основании проведенных исследований предложен способ получения композиционных порошков на основе железа с высокой адгезионной способностью, который представляет собой последовательные операции хромоалитирования и азотирования.

2. Обнаружено, что содержание азота в исходном порошке определяет уровень сцепления плазменного покрытия с основой.

3. Установлено, что предварительное алитирование позволяет повысить содержание азота в порошках и улучшить эксплуатационные характеристики покрытий. Обнаружено, что оптимальное содержание алюминия в порошке составляет - 5-6%, поскольку при понижении или повышении количества алюминия уменьшается содержание азота в материале.

4. Установлено, что при наличии углерода в порошке наблюдается значительный градиент концентрации алюминия между поверхностью и центром и более интенсивное насыщение материала азотом.

5. Установлено, что при повышении температуры плазмы и снижении фракционного состава увеличиваются степень диссоциации нитридов и доля потерянного в плазме углерода, что приводит к возрастанию прочности сцепления, но в тоже время, к снижению износостойкости покрытий.

6. Установлены возможности применения порошка системы Ре-С-А1-Сг-1Ч в качестве буферного слоя перед нанесением основного защитного покрытия, а также в механических смесях с порошками твердых соединений и СгЫ для получения износостойких покрытий.

5. Применение высокоазотистых композиционных порошков на основе железа в промышленности

Разработанный в результате данного исследования материал (см. раздел 4.3, порошок № 9) предназначен главным образом для выполнения ремонтно-восстановительных работ методами газотермического напыления крупногабаритных изделий, выполненных из сталей и чугунов. Ремонту обычно подлежат сопрягаемые поверхности, испытывающие большие механические нагрузки и подверженные интенсивному износу трением. К подобным парам трения относятся системы: кулачок - толкатель, опорная шейка вала - вкладыш подшипника и т.п. На рис. 5.1 - 5.5 представлены изделия, у которых изношенные рабочие поверхности были восстановлены плазменным напылением композиционного порошка на основе железа.

До настоящего времени базовым материалом для восстановления подобных поверхностей использовались сплавы типа колмоноев (ПГ-СР 1; ПГ-СР 2 и т.п.). Необходимо отметить, что колмонои, как сплавы на основе никеля, имеют высокую стоимость от 13 до 26 $/кг. При плазменном напылении таких материалов обеспечиваются: прочность сцепления -20.70МПа и твердость - 40.70НЯС [6]. Однако специалисты в области плазменного напыления отмечают ряд недостатков присущих колмоноям. Во-первых, в некоторых случаях высокая твердость напыленного материала приводит к значительным трудностям механической обработки и значительному износу контактирующих поверхностей. Во-вторых, полученные плазменные покрытия имеют высокую склонность к трещиноообразованию, как на стадии формирования покрытия, так и при механической обработке. Последнее связано с тем, что при конечной операции механической обработки (шлифовании) не наблюдается искры, которая является главным органолептическим показателем для персонала, выполняющего обработку. Это приводит к пережогам поверхности из-за

Примеры применения покрытий из высокоазотистых композиционных порошков на основе железа

Распределительный вал двигателя

Примеры применения высокоазотистых композиционных порошков на основе железа

Примеры применения высокоазотистых композиционных порошков на основе железа

Полумуфта ПЭН Материал основы - низколегированная сталь Масса изделия - 125 кг

Рис. 5.4.

Примеры применения высокоазотистых композиционных порошков на основе железа

Крышка корпуса электродвигателя (букса) чрезмерного контактного усилия. При шлифовании покрытий из колмоноев имеет место "засаливание" инструмента выражающегося в прилипании к нему продуктов шлифования, что повышает стоимость механической обработки из-за частой смены шлифовальных кругов.

В-третьих, недостатком колмоноев является ограничения толщины покрытия до величины 1 мм. Это связано с разницей коэффициентов термического расширения между напыленными сплавами на основе никеля и материалом основы (стали, чугуны), что является причиной высоких термических напряжений в покрытиях.

Разработанный композиционный материал представляет собой сплав на основе железа и поэтому имеет более близкий коэффициент термического расширения к Ктр. основы, что позволяет существенно снизить уровень остаточных напряжений в покрытиях по сравнению с покрытиями из колмоноев. Физико-химические процессы, протекающие в материале в плазменной струе и при остывании на подложке, обеспечивают высокий уровень прочности сцепления (от 40 до 61МПа) (см. раздел 4.3).

По результатам опытно-промышленных испытаний, выполненных на базе ремонтного участка ООО предприятие "Ксилит", были проанализированы органолептические свойства разработанного материала его обрабатываемость в напыленном состоянии. Отмечалось, что при напылении высокоазотистого композиционного материала на основе железа наблюдается низкая степень отскока частиц от поверхности подложки. Это позволяет получить экономию материала 10-20%, по сравнению с порошками колманоев. В тоже время следует отметить, что при напылении композиционных порошков необходимо защищать другие поверхности изделия, так как отскочившие частицы обладают высокими адгезионными свойствами и привариваются к незащищенным частям детали.

Изменение режима напыления позволяет варьировать твердость напыленного материала в пределах 36.55НЯС. Данные значения твердости и отсутствие налипания к обрабатывающему инструменту являются основными критериями хорошей механической обрабатываемости плазменных покрытий из композиционных порошков на основе железа. При шлифовке не наблюдается "засаливания" шлифовальных кругов, что сокращает время обработки, вследствие отсутствия необходимости замены инструмента. Кроме того, при шлифовании отмечается хорошо визируемая искра, что облегчает персоналу контроль степени нагрева поверхности. При напылении и механической обработке из высокоазотистого композиционного порошка не наблюдается растрескивания покрытий. После конечной операции механической обработки отмечается высокая степень чистоты поверхности, которая близка к качеству поверхности изделий из литых материалов.

Применение разработанного материала позволяет формировать покрытия толщиной до 2,5 мм. При этом, как обсуждалось в разделе 4.4, с наращиванием толщины покрытия не наблюдалось значительного роста термических напряжений. Это делает его наиболее перспективным с точки зрения восстановления изделий с наиболее нарушенной геометрией. К таким случаям относятся как детали со значительными повреждениями в результате износа, так и бракованные детали с дефектами изготовления (усадочные раковины, нарушенная геометрия после механической обработки и т.п.). В качестве примера на рис. 5.6 представлена изложница для литья цветных металлов, у которой плазменным напылением композиционного порошка на основе железа были ликвидированы усадочные раковины. После чего было нанесено основное защитное покрытие из диоксида циркония.

К достоинству высокоазотистого композиционного порошка на основе железа следует отности то, что износостойкость напыленного материала можно варьировать в широких пределах. Так, результаты испытаний на абразивное изнашивание, выполненные по методике, представленной в разделе 2.3, показали, что в зависимости от режима напыления износостойкость покрытий может изменяться от 1,3 до 2,5 условных единиц.

Примеры применения высокоазотистых композиционных порошков на основе железа

Изложница для отливки серебряных слитков Материал основы - чугун. Размер напыляемой поверхности - 320x120x80 мм.

В качестве эталона при испытании напыленного материала на износ была . выбрана сталь 45 твердостью 50НЯС как наиболее типичный материал основы. Кроме того, было установлено (см. раздел 4.4), что высокоазотистый материал на основе железа можно напылять в механических смесях с твердыми фазами (карбидами, нитридами и т.п.). Это приводит к значительному повышению износостойкости напыленного материала и позволяет формировать защитные износостойкие покрытия.

Отдельно следует отметить особенности технологии получения композиционного порошка на основе железа. Условно технологическую цепочку производства порошка можно представить в виде схемы (см. рис. • 5.7).

Схема получения высокоазотистого композиционного порошка на основе железа

К достоинствам данной технологии можно отнести следующие факты: исходным сырьем являются продукты местного производства; в связи с тем, что температура плавления чугуна ниже температуры плавления стали, распыление чугуна представляет собой более дешевый по энергетическим затратам процесс; операция хромоалитирования порошковой стали проводится в экономнолегированной смеси чистого алюминия и хрома, поэтому с учетом всех затрат производства стоимость конечного продукта составляет 7 $/кг. Это в 2ч-3,5 раза дешевле стоимости промышлено-выпускаемых колмоноев.

Отсутствие среди легирующих элементов тяжелых металлов (никеля, кобальта) улучшают санитарно-гигиенические условия на участке напыления и снижают уровень вредных выбросов в атмосферу.

Применение плазменного напыления разработанного в результате данного исследования композиционного материала дает значительную экономию времени по сравнению с альтернативной операцией наплавки. Например, процесс плазменного напыления 1,5 кг композиционного материала на поверхность крупногабаритного изделия весом более 100 кг занимает 4 часа. Для сравнения, процесс наплавки - от 1 до 2 дней (см. акт использования). При этом операция плазменного напыления позволяет избежать сильных поводок изделий, как это часто происходит в случае наплавки.

В таблице 5.1 приведены результаты сравнения технологических и эксплуатационных характеристик покрытий из колмоноев и разработанного материала. Знак "+" означает преимущество одного материала над другим. В случае небольшого преимущества используется знак "= +".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе представлены результаты комплексного исследования нового класса композиционных материалов на основе железа и покрытий из них. Основными результатами работы можно считать следующие:

1. На основании проведенных исследований предложен способ получения композиционных порошков на основе железа с высокой адгезионной способностью, который представляет собой последовательные операции хромоалитирования и азотирования.

2. В результате исследования методом рентгеноструктурного фазового анализа установлено, что азотирование железо-алюминиевых сплавов, содержащих до 13,0ат.%А1, приводит к образованию s и у' нитридных фаз железа. Азотирование сплавов, содержащих выше 13ат.%А1, сопровождается образованием A1N и нитрида Fe4N, практически не содержащего алюминия. Таким образом, предел растворимости алюминия в у'-нитриде железа находится в интервале 12.13,1 ат.%.

3. Доказано, что атомы алюминия упорядочено располагается в решетке у' нитрида железа. К возможным типам упорядочения относятся сверхструктура А7ВХ2 и структура типа перовскита (при стехиометрии 12,5ат%А1).

4. Обнаружено, что содержание азота в исходном порошке является основным фактором, определяющим уровень сцепления плазменного покрытия с основой.

5. Предлагаемый материал предназначен для восстановления нарушенной геометрии стальных и чугунных изделий. Композиционный высокоазотистый порошок на основе железа характеризуется высокими эксплуатационными, технико

1. Кудинов B.B. Плазменные покрытия. - М.: Наука, 1977. - 184 с.

2. Куприянов И.Л., Геллер М.А. Газотермические покрытия с повышенной прочностью сцепления. Мн.: "Навука i тэхшка", 1980. - 176 с.

3. Порошки металлические легированные для защитных покрытий. Тула: НПО "Тулачермет", 1984. - 9 с.

4. Ощепков Ю.П., Кузнецов В.В., Никольский H.H. Влияние механического и теплового активирования на структурообразование и свойства твердосплавных покрытий. // Защитные покрытия. JI.: Наука, 1979. - С. 229-232.

5. Шведков Е.Л., Денисенко Э.Т., Ковенский И.И. Словарь справочник по порошковой металлургии. - Киев: Наук. Думка, 1982. - 270 с.

6. Борисов Ю.С., Харламов Ю.А., Сидоренко Ю.А., Ардатовская E.H. Газотермические покрытия из порошковых материалов. Киев: Наук. Думка, 1987. - 544 с.

7. Кудинов В.В., Иванов В.М. Нанесение плазмой тугоплавких покрытий. -М.: "Машиностроение", 1981. 192 с.

8. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Наука, 1969. - 742 с.

9. Зиновьев В.Е. Кинетические свойства металлов при высоких температурах. М.: "Металлургия", 1984. - 197 с.

10. Цветков Ю.В. Панфилов С.А. Низкотемпературная плазма в процессах восстановления. М.: Наука, 1980. - 359 с.

11. Кудинов В.В., Пекшев П.Ю., Белащенко В.Е. и др. Нанесение покрытий плазмой. М.: Наука, 1990. - 408 с.

12. Шоршов М.Х., Кудинов В.В., Харламов Ю.А. Состояние и перспективы развития нанесения покрытий распылением. // Физика и химия обработки материалов. 1977. № 5. С. 13-24.

13. Борисов Ю.С., Борисова A.JI. Плазменные порошковые покрытия. Киев: Техника, 1986. - 223 с.

14. Антошин Е.В. Газотермическое напыление покрытий. М.: Машиностроение, 1974. 97 с.

15. Моррисон С. Химическая физика поверхности твердового тела. / Под ред. Ф.Ф. Волькенштейна. -М.: Мир, 1980. 414 с.

16. Балынин М.Ю. Порошковое металловедение. М.: Металлургия, 1948. 383 с.

17. Броунштейн Б.И., Флишбен Г.А. Гидродинамика, массо и теплообмен в дисперсных системах. - М.: Химия, 1977. 270 с.

18. Гегузин Я.Е. Физика спекания. М.: Наука, 1967. 360 с.

19. Вайнерман А.Е., Шоршов М.Х., Веселков В.Д. Плазменная наплавка металлов. JI.: Машиностроение, 1969. 191 с.

20. Красулин Ю.Л. Взаимодействие металла с полупроводником в твердой фазе М.: Наука, 1971. 213 с.

21. Максимовия Г.Г, Шатинский В.Ф., Копылов В.И. Физико-химические процессы при плазменном напылении и разрушении материалов с покрытиями. К.: Наук. Думка, 1983. - 264 с.

22. Каракозов Э.С., Шоршов М.Х. О понятии энергии активации топохимической реакции между материалами в твердой фазе. // Физика и химия обработки материалов. 1971. № 1. С. 94-100.

23. Красулин Ю.Л. , Шоршов М.Х. О механизме образования соединения разнородных материалов в твердом состоянии. // Физика и химия обработки материалов. 1967. № 1. С. 89-97.

24. Кулик А.Я., Борисов Ю.С., Мнухин A.C., Никитин М.Д. Газотермическое напыление композиционных порошков. Л.: Машиностроение, 1985. - 196 с.

25. Сонин В.И. Газотермическое напыление материалов в машиностроении. -М.: Машиностроение, 1973. 152 с.

26. Пекшев П.Ю., Губченко В.В. Структура и пористость плазменнонапыленных материалов на основе диоксида циркония. // Изв. СО АН СССР. Сер. тех. наук. 1988. № 8, вып. 5. С. 111-119.

27. Получение покрытий высокотемпературным напылением. / Под ред. JI.K. Дружинина, В.В. Кудинова. М.: Атомиздат, 1973. 273 с.

28. Эпик А.П., Шаривкер С.Ю., Астахов Е.А. О силах, обуславливающих связь плазменных покрытий с основанием. // Порошковая металлургия. 1977. № 3. С. 48-53.

29. Хасуи А., Моригаки О. Наплавка и напыление. / Под ред. B.C. Степанова, Н.Г. Шестеркина. М.: Машиностроение, 1985. 240 с.

30. Белый В.А., Егоренков Н.И., Плескачевский Ю.М. Адгезия полимеров к металлам. Мн.: Наука и техника, 1971. 288 с.

31. Аппен A.A. Термоустойчивые неорганические покрытия. Л.: Химия, 1976. 295 с.

32. Рыкалин H.H., Шоршов М.Х., Красулин Ю.Л. Физические и химические проблемы соединения разнородных материалов. // Неорганические материалы, 1965, Т. 1, с. 29-36.

33. Альтшулер Д.Ф., Белащенко В.Е. О физико-химическом взаимодействии напыляемой частицы и подложки. // Труды ВНИИавтогенмаш, 1977, вып. XII, с. 49-54.

34. Борисов Ю.С. Межфазное взаимодействие в частицах композитных порошков при плазменном напылении. // В кн.: Жаростойкие покрытиядля защиты конструкционных материалов. JL: Наука, 1977, с. 147-151.

35. Кудинов В.В., Пузанов A.A. , Замбржицкий А.П. // Оптика плазменных покрытий. -М.: Наука, 1981. С. 66-72.

36. Абрамов В.В. Остаточные напряжения и деформации в металлах. М.: Машгиз, 1963.-41 с.

37. Вирник A.M., Морозов А.И., Подзей A.B. К оценке остаточных напряжений в покрытиях, нанесенных плазменным напылением. // ФХОМ, 1970, № 4, с. 53-58.

38. Иванов Е.М. Приближенный расчет процесса кристаллизации слоя расплава на подложке // ФХОМ, 1981, № 2, с. 79-84.

39. Иващук Д.В., Копылов В.И., Шевчук П.Р., Шатинский В.Ф. Тепловой режим в контакте основа покрытие при плазменном напылении. // В кн.: Композиционные материалы и новые конструкции. К.: Наук, думка, 1977, с. 120-128.

40. Подзей A.B., Морозов А.И., Вирник A.M. Остаточные напряжения при плазменном напылении. // Изв. Вузов. Машиностроение, 1969, № 5, с. 111115.

41. Подстригач Я.С., Шевчук П.Р. О влиянии поверхностных слоев на процесс деформации и на обусловленное им напряженное состояние в твердых телах. // ФХММ, 1967, 3, № 5, с. 575-583.

42. Шатинский В.В., Сафаров Ю.С., Гарлинский Р.Н. Определение напряжений в диффузионном покрытии, нанесенном на стержень, при его растяжении. //Проблемы прочности, 1982, № 5, с. 75-82.

43. Юшков В.И., Борисов Ю.С., Гершензон С.М. О связи необходимой тепловой мощности плазменной струи с теплофизическими характеристиками напыляемого материала. // ФХОМ, 1975, № 4, с. 20-22.

44. Копылов В.И., Шатинский В.Ф. Исследование процессов в контактоной зоне при плазменном напылении и оценка их параметров. // В кн.: Неорганические и органосиликатные покрытия. JI.: Наука, 1975, с. 62-66.

45. Кудинов В.В. О температуре и скорости частиц при плазменной металлизации. // Сварочное производство, 1965, № 8, с. 4-5.

46. Ващенко В.В., Голубев О.Н., Китаев Ф.И., Цидулко А.Г. Получение методом контактного никелирования порошка НА-67 для напыления покрытий. // В кн.: Неорганические и органосиликатные покрытия. Л.: Наука, 1975, с.145-150.

47. Кудинов В.В., Китаев Ф.И., Цидулко А.Г. Прочностные характеристики плазменного покрытия из смесей никель-алюминиевого порошка. // Порошковая металлургия, 1975, № 8, с. 38-41.

48. Никифоров Г.Д., Цидулко А.Г., Китаев Ф.И., Лекарев Ю.Г. Свойства и применение плазменных покрытий из термореагирующего никель-алюминиевого порошка. // В кн.: Неорганические и органосиликатные покрытия. Л.: Наука, 1975, с. 150-157.

49. Цидулко А.Г., Китаев Ф.И. Кинетика нагрева частиц при плазменном напылении термореагирующего Ni-Al порошка. // Порошковая металлургия, 1978, № 9, с. 29-34.

50. AVCO USA. Plasma Powders. S. 1. - 2 p.

51. Борисов Ю.С., Фишман С.Л., Юшков В.И. и др. Керметные плазменные покрытия. // В кн.: Неорганические и органосиликатные покрытия. Л.: Наука, 1975, с. 87-96.

52. Borisov Ju. S. Investigation of the plasma-spraying of composit powders and the properties of sprayed layers. // Proc. 9th Int. Thermal Spray. Conf. Hague, 1980, p. 58-61.

53. Демоденко JI.M. Высокоогнеупорные композиционные покрытия. M.: Металлургия, 1979. - 216 с.

54. Sprayed coatings of ceramic. //Engineering. 1963. - 195, № 5055. - P. 361.

55. Чевела О.Б., Панцерев Ю.К. и др. Промышленное нанесение теплозащитных покрытий. // Сварочное производство, 1971, № 4, с. 38-99.

56. К вопросу о механизме и кинетике восстановления гематита/ В.А. Горбачев, С.В. Шаврин. В кн.: Диффузия, сорбция и фазовые превращения в процессе восстановления металлов. М.: Наука, 1981. с. 4549.

57. Куликов И.С. Термическая диссоциация окислов. М.: Металлургия, 1969. 574 с.

58. Куликов И.С. Некоторые вопросы механизма и кинетики восстановления окислов железа. / В кн.: Диффузия, сорбция и фазовые превращения в процессе восстановления металлов. М.: Наука, 1981, с. 59-62.

59. Кудинов В.В., Кулик А.Я., Мезерницкий А.Ю. Плазменное напыление феррокислов. // Физика и химия обработки материалов, 1980, № 1, с. 6771.

60. Longo F.N. Handbook of coating recommendation. New York : Metco Inc., 1972/-212 p.

61. Hoganas. Metal spray powders. No. HMSP 1.

62. Flamespraying stainlees steel for product protection. // Stainlees Steel Industry, 1978, №29, p. 19.

63. Юшков В.И., Борисов Ю.С. и др. Влияние тепловой мощности плазменной струи с теплофизическими характеристиками напыляемого материала. // Порошковая металлургия, 1976, № 6, с. 34-36.

64. Behnisch H. Termisches spritzen zur Werterhaltung und Instandesetzung von Bauteilen. // Zeitschrift fur wirtsachaftliche Fortagung, 1979, 74, № 1, s/ 45-48/

65. Hoffman J.W. Thermal spraying in Australian mining and secondary industries. //Proc. 9th Int. Thermal Spray. Conf. Hague, 1980, p. 58-61.

66. Хасуй А. Техника напыления. -M.: Машиностроение, 1975. 288 с.

67. Вол А.Е. Строение и свойства двойных металлических систем. Т 1. М.: ГИЗ физико-математической литературы, 1959. 756 с.

68. Лахтин Ю.М. Физические основы процесса азотирования. М.: Машгиз, 1948, 144 с.

69. Norton J.T. Trans. AIMME, 1934, 113, p. 278.

70. Гольдшмидт Х.Дж. Сплавы внедрения М.: Изд. "Мир", выпуск 1, 1971. -423 с.

71. Koch W., Sauer К.Н., Arch. Eisenhuttenwesen, 1965, Bd. 36, № 8, s/ 591-596.

72. Fiedler H.C, Trans, of the Metallurgical Soc. of AIME, 1969, V. 245, № 5, p. 941.

73. Hangi J., Takemoto N., Misuyma J., Trans. Iron and Steel Inst, of Japan, 1971, v. 11, №1, p. 24-31.

74. Гаврилов A.B., Герасимов C.A., Косолапов Г.Ф. и др. Исследование тонкой структуры азотированной стали. // МиТОМ, 1974, № 3, с. 14-20.

75. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка сталей. -М.: Металлургия, 1985. 265 с.

76. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. М.: Машиностроение, 1976. 256 с.

77. Матысина З.А. Фазовое расслоение сплава РезА1 при азотировании. // Изв. ВУЗов, 1995, с. 76-81.

78. Jeitschko W., Nowotny Н., Benesovsky F., Mh. Chem., а) 94, p. 1198 (1963); b) 95, p. 436 (1964).

79. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник М.: Металлургия, 1981. 423 с.

80. Рентгенографический и электронно-оптический анализ. Горелик С.С., Скаков Ю.А., Расторгуев JI.H.: Учебное пособие для вузов. 3-е доп. И перераб. - М.: МИСИС, 1994. 328 с.

81. Литвинов B.C., Каракишев С.Д., Овчинников В.В. Ядерная гамма-резонансная спектроскопия сплавов. М.: Металлургия, 1982. 144 с.

82. Хачатурян А.Г. Теория фазовых превращений и структура твердых растворов. -М.: Наука, 1974. 384 с.

83. А. Schneider, V. Esch, Z. Electrochem. 50, 230 (1944).

84. Рыжков В.И. Теория упорядочения бинарных сплавов с гранецентрированной кубической решеткой при наличии внедренных атомов третьего компонента. // Укр. физический журнал, 1974, т. 19, с. 5157.

85. Смирнов A.A. Теория сплавов внедрения. М.: Наука, 1979. 366 с.

86. Смирнов A.A. Молекулярно-кинетическая теория металлов. М.: Наука, 1966. 488 с.

87. Ашкрофт Н., Мермин Н. Физика твердого тела. Tl. М.: Мир, 1979. 400 с.

88. Тейлор А. Рентгеновская металлография. М.: Металлургия, 1965. 665 с.

89. Башкортостан "БАШКИРЭНЕРГО" энергетика Гюм электрлаштырыу асык акционерзар йамриэте

90. Ордена Трудового Красного Знамени1. Кармановская ГРЭС452811, Янаульский р-н, п. Карманово тел. (34713)5-12-20, факс (34713)5-12-20 телетайп 662832 СВЕТ ОКПО 00107778 postmaster@karm.bashen.elektra.ruг.Екатеринбург УГТУ-УПИ1. Металлургический факультет

91. Материал предназначен для восстановления поверхностей деталей типа посадочных поверхностей валов,осей и т.п.

92. Материал,в частности,был применен при восстановлении методом плазменного напыления вала кислородного компрессора2ВМ4 § .

93. Изделие представляло собой коленчатый вал массой около 120 кг.

94. В результате износа опорной шейки вала нарушался зазор между ротором и статором в электродвигателе привода компрес-сора,что стало источником вибрации и могло привести к разрушению узла.

95. Восстановить шейку наплавкой не представлялось возможным ввиду значительных деформаций,необходимости последующей правки^ также вероятности хрупкого разрушения в процессе работы.

96. Поставка нового изделия с завода-изготовителя помимо значительных материальных затрат привела бы к остановке кислородной станции.2

97. При выполнении работы использовалась модернизированная установка для плазменного напыления УМП-6 в составе полуавтомата 15В-Б.

98. В результате восстановления вала плазменным напылением с применением материал а, разработанного на основе диссертационной работы Н.И.Кардониной полностью восстановлены служебные свойства изделия.

99. Настоящим актом подтверждается, что результаты работы по теме № 2047:

100. Вид использования результатов работы технология получения высокоазотистых композиционных материалов на основе железа для плазменного напыления и покрытий из них.

101. Характеристика масштаба использования опытно-промышленное производство порошков, проведение ремонтных работ методом плазменного напыления высокоазотистых композиционных материалов на основе железа на опытных партиях промышленных изделий.