Плазмові покриття на основі самофлюсівного сплаву NiCrBSi з покращеними зносостійкими властивостями

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2023.03.054
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 26, № 3, 2023 (вересень)
Сторінки 54–64

 

Автор

П. А. Ситников, Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» (61002, Україна, м. Харків, вул. Кирпичова, 2), e-mail: pavel.welder@ukr.net, ORCID: 0000-0001-6656-0180

 

Анотація

Досліджено структуру й властивості плазмових покриттів, напилених композиційним матеріалом на основі самофлюсівного сплаву NiCrBSi (сплаву марки ПГ-10Н-01), модифікованого композиційним матеріалом, одержаним самопоширюваним високотемпературним синтезом. Як вихідні компоненти модифікуючого композиційного матеріалу використані порошки титану, технічного вуглецю, алюмінію, оксиду заліза, термореагуючого порошку марки ПТ-НА-01 і вогнетривкої глини марки ПГОСА-0. Змішування й механічну активацію вихідних порошків проведено у кульовому млині КМ-1 протягом 15 хв при 130 об/хв у співвідношенні 1 до 40 маси шихти до маси падаючих тіл (сталевих куль діаметром 6 мм). Ініціювання самопоширюваного високотемпературного синтезу здійснено з використанням спеціального пристрою шляхом підведення розжареної ніхромової спіралі. Процес напилення покриттів виконано на установці мікроплазмового напилення МПН-004 при струмі 45 А, напрузі 30 В з дистанцією 100 мм на зразки зі сталі 65Г товщиною 3 мм. Як плазмоутворюючий та захисний газ використано аргон. Для обґрунтування доцільності проведення самопоширюваного високотемпературного синтезу частину зразків напилено самофлюсівним сплавом ПГ-10Н-01 з додаванням механічної суміші вихідних порошків. Встановлено, що в результаті плазмового напилення сплаву ПГ-10Н-01 та композиційного матеріалу складу модифікуючий композиційний матеріал + ПГ-10Н-01 формуються покриття зі щільною й багатофазною структурою. Мікроструктура покриття сплаву ПГ-10Н-01 складається з твердого розчину на основі нікелю (γ-Ni) з включеннями боридів нікелю Ni3B та карбідів хрому Cr3С2. При додаванні модифікуючого композиційного матеріалу у твердому розчині на основі нікелю, крім вказаних вище фаз, виявлені бориди титану ТіВ2, карбіди титану TiC і кремнію SiC, наявність яких призводить до підвищення мікротвердості таких покриттів та їх більшої зносостійкості в умовах абразивного зношування у порівнянні з напиленим покриттям сплаву ПГ-10Н-01.

 

Ключові слова: самопоширюваний високотемпературний синтез (СВС-процес), композиційний матеріал, напилення, плазмове покриття, структура, фазовий склад, мікротвердість, зносостійкість.

 

Повний текст: завантажити PDF

 

Література

  1. Ющенко К. А., Борисов Ю. С., Кузнецов В. Д., Корж В. М. Інженерія поверхні. Київ: Наукова думка, 2007. 553 с.
  2. Лобанов Л. М. Наука про матеріали: досягнення та перспективи: у 2-х т. Т. 1. Київ: Академперіодика, 2018. 652 с.
  3. Makino A. Fundamental aspects of the heterogeneous flame in the self-propagating high-temperature synthesis (SHS) process. Progress in Energy and Combustion Science. 2001. Vol. 27. Iss. 1. P. 1–74. https://doi.org/10.1016/S0360-1285(00)00004-6.
  4. Лузан С. О., Ситников П. А. Ретроспективний аналіз формування та розвитку самопоширюваного високотемпературного синтезу. Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського. 2022. Вип. 4 (135). С. 88–96. https://doi.org/10.32782/1995-0519.2022.4.12.
  5. Луцак Д. Л., Криль Я. А., Пилипченко О. В.. Застосування самопоширюваного високотемпературного синтезу в технологіях нанесення зносостійких покриттів. Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. 2015. Вип. 2 (55). С. 43–50.
  6. Лузан С. О., Ситников П. А. Самопоширюваний високотемпературний синтез: стан, проблеми та перспективи розвитку. Вчені записки ТНУ імені В. І. Вернадського. Серія: Технічні науки. 2022. Т. 33 (72). № 6. С. 17–23. https://doi.org/10.32782/2663-5941/2022.6/04.
  7. Рудь В. Д., Самчук Л. М. Вплив технології синтезу на структуру та властивості спеченого композиту системи Ti-Fe-C. Вісник НТУУ «КПІ». Серія: Машинобудування. 2012. № 64. С. 239–243.
  8. Патент України № 63558 А МПК 7 В22F9/04. Спосіб отримання металевого порошку з шламових відходів підшипникового виробництва / В. Д. Рудь, Т. Н. Гальчук, О. Ю. Повстяной; заявл.06.05.03; опубл. 15.01.04. Бюл. 1.
  9. Патент України № 115582. Спосіб одержання вуглецевих наноматеріалів / Д. І. Челпанов, А. О. Смалько, Н. І. Кускова; заявл. 31.08.15; опубл. 27.11.17. Бюл. 22.
  10. Batkal A. N., Temirlanov G. K., Satybaldiyev E. M., Seydualieva A., Abdulkarimova R. Self-propagating high-temperature synthesis of refractory powder materials based on zirconium diboride obtained from boron-containing mineral raw materials of the Republic of Kazakhstan. Chemical Bulletin of Kazakh National University. 2018. Vol. 90. No. 3. P. 4–11. https://doi.org/https://doi.org/10.15328/cb982.
  11. Koldasbekova M. M., Seydualyeva A. J., Abdulkarimova R. G. Self-propagating high temperature synthesis of chromium boride. News of the Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series Chemistry and Technology. 2015. Vol. 3. No. 411. P. 102–108.
  12. Борисов Ю. С., Борисова А. Л., Бурлаченко О. М., Цимбалиста Т. В., Васильківська М. А., Биба Є. Г. Композиційні порошки на основі аморфізуючого сплаву FeMoNiCrB з добавками тугоплавких сполук для газотермічного нанесення покриттів. Автоматичне зварювання. 2021. № 11. С. 44–53. https://doi.org/10.37434/as2021.11.08.
  13. Борисов С. Ю., Борисова А. Л., Цимбаліста Т. В., Кільдій А. І., Янцевич К. В., Іпатова З. Г. Отримання та властивості детонатоційних покриттів на основі аморфізованого сплаву FeMoNiCrB з введенням зміцнюючих фаз. Автоматичне зварювання. 2021. № 12. С. 38–45. https://doi.org/10.37434/as2021.12.05.
  14. Mrdak M. R. Microstructure and mechanical properties of nickel-chrome-bor-silicon layers produced by the atmospheric plasma spray process. Vojnotehnicki glasnik – Military Technical Courier. 2012. Vol. LX. Iss. 1. P. 183–200. https://doi.org/10.5937/vojtehg1201183M.
  15. Röttger A., Kuepferle J., Brust S., Mohr A., Theisen W. Abrasion in tunneling and mining. International Conference on Stone and Concrete Machining (ICSCM). 2015. Vol. 3. P. 246–261. https://doi.org/10.13154/icscm.3.2015.246-261.
  16. Bergant Z., Batic B., Felde I., Šturm R., Sedlacek M. Tribological properties of solid solution strengthened laser cladded NiCrBSi/WC-12Co metal matrix composite coatings. Materials. 2022. Vol. 15. Iss. 1. Paper 342. https://doi.org/10.3390/ma15010342.
  17. Лузан С. О., Ситников П. А. Дослідження впливу параметрів механічної активації шихти Ti–C–Al–SiO2–Al2O3–Fe2O3–ПТ-НА-01 на тривалість синтезу композиційного матеріалу, що модифікує. Вісник ХНАДУ. 2023. Вип. 100. С. 42–47. https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2023.100.0.42.
  18. Лузан С. О., Ситников П. А. Дослідження особливостей ініціювання процесу самопоширюваного високотемпературного синтезу модифікуючого композиційного матеріалу. Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського. 2023. Вип. 2 (139). С. 102–109. https://doi.org/10.32782/1995-0519.2023.2.13.
  19. Borisov Yu. S., Voinarovych S. G., Kyslytsia A. N., Kuzmych-Yanchuk E. K., Kaliuzhnyi S. N. Investigation of electrical and thermal characteristics of plasmatron for microplasma spraying of coatings from powder materials. The Paton Welding Journal. 2019. Iss. 11. P. 19–22. https://doi.org/10.15407/tpwj2019.11.04.
  20. Borisov Yu. S., Kyslytsia O. M., Voinarovych S. G., Kuzmych-Ianchuk Ie. K., Kaliuzhnyi S. M. Investigation of plasmatron electric and energy characteristics in microplasma spraying with wire materials. The Paton Welding Journal, 2018. Iss. 9. P. 18–22. https://doi.org/10.15407/tpwj2018.09.04.
  21. Патент України № 1848, клас В23К10/00. Плазмотрон для напилення покриттів / Ю. С. Борисов, С. Г. Войнарович, А. А. Фомакін, К. А. Ющенко; Заявл. 19.07.2002; опубл. 16.06.2003 р. Бюл. 6.
  22. Лузан С. О., Ситников П. А. Структура та властивості плазмових покриттів, напилених композиційним матеріалом, одержаним з використанням СВС-процесу. Вісник Херсонського національного технічного університету. 2023. № 2 (85). С. 49–57. https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2023.2.6.

 

Надійшла до редакції 22.08.2023