КОМПОЗИЦИОННЫЙ ПОРОШОК ДЛЯ ГАЗОТЕРМИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1997 года по МПК C23C4/10 

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано при нанесении покрытий на детали, эксплуатируемые при одновременном воздействии ударных нагрузок, износа и повышенных температур.

Известен порошок для плазменного нанесения жаростойких покрытий, содержащий никель-хромовую основу и тугоплавкую добавку в виде Al₂O₃ в количестве 0-30 мас. [1] Покрытие наносится без последующего оплавления, так как в состав материала основы не входят бор и кремний, обеспечивающие самофлюсование покрытия. В связи с этим невозможно достичь высокой адгезии напыленных слоев, а следовательно, использовать покрытие при ударном нагружении.

Известен порошковый материал для нанесения покрытий стеллит - самофлюсующийся сплав на основе никеля или кобальта, содержащий хром, бор, кремний, углерод, вольфрам [2] Поскольку у бора и кремния сродство к кислороду больше, чем у других металлов, входящих в эти сплавы, при нагревании покрытия происходит их оплавление. Оксиды бора и кремния образуют шлаки, которые всплывают на поверхность. Такая обработка позволяет удалить поры и увеличить прочность сцепления покрытия с основой.

Однако работоспособность таких покрытий ограничена температурой 850^oC, и они недостаточно износостойки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является состав на основе стеллита, содержащий тугоплавкую добавку в виде Al₂O₃ и AlCr₂ при следующем соотношении компонентов, мас. тугоплавкая добавка 25-50, стеллит остальное, при этом составе тугоплавкой добавки следующий, мас. Al₂O₃ 34 55, AlCr₂ 45 66 [3]
Состав порошка обеспечивает получение плазменных покрытий, характеризующихся высокими эксплуатационными свойствами. Однако этот материал обладает недостаточными износостойкостью, жаростойкостью и твердостью при высоких температурах.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является создание композиционного порошка для газотермических покрытий, состав которого позволяет получить износо- жаростойкие покрытия, способные сохранять твердость при высоких температурах.

Поставленная задача достигается тем, что композиционный порошок для газотермических покрытий на основе стеллита, включающий 20 50% тугоплавкой добавки согласно изобретению в качестве тугоплавкой добавки содержит диборид титана, кабрид хрома и кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.

Диборид титана-хрома 15-44
Карбид хрома 29 58
Кобальт Остальное
при этом кобальт в тугоплавкой добавке содержится в виде плакирующего слоя.

Диборид титана-хрома (TiCrB₂) и карбид хрома (Cr₃C₂), входящие в состав тугоплавкой добавки, образуют тугоплавкое ядро, а кобальт, присутствующий в виде плакирующего слоя, защищает ядро от внешних воздействий среды, например, от растворения и взаимодействия с газовым потоком при нанесения покрытия. Таким образом, образующаяся новая совокупность компонентов в заявляемом порошке обеспечивает его высокие физико-механические свойства.

В ходе исследований были установлены пределы входящих в состав порошка компонентов. Запредельные изменения содержания компонентов (уменьшение TiCrB₂ и увеличение Cr₃C₂) приводит к резкому снижению твердости, а следовательно, износостойкости. Запредельные изменения содержания компонентов в противоположном направлении сопровождаются увеличением пористости вследствии недостаточной смачиваемости механической составляющей материала ядра и, следовательно, плохим закреплением композиционных частиц в покрытии, что из-за выкрашивания твердых зерен является главной причиной снижения износостойкости.

Оптимальное соотношение тугоплавких компонентов составляет 24 49 (соответственно TiCrB₂ и Cr₃C₂), остальное кобальт.

Следующим отличительным признаком предлагаемого технического решения является то, что тугоплавкая добавка содержит кобальт в виде плакирующего слоя. Создание плакирующего металлического слоя обеспечивает максимальную защиту тугоплавкого ядра, что позволяет повысить твердость наносимого этим порошком покрытия при высоких температурах.

Пример осуществления изобретения
Порошок тугоплавкой добавки получали на установке УПСП 1, оснащенной секционированным плазмотроном. Частицы порошков TiCrB₂ и Cr₃C₂ дисперсностью 5-40 мкм подавали под срез сопла плазмотрона в механической смеси с порошком кобальта дисперсностью менее 5 мкм. Плакирование осуществляли в струе низкотемпературной аргоновой плазмы. Затем тугоплавкий плакированный порошок смешивали с порошком стеллита марки ПГ 10К 01 в смесителе типа "пьяная бочка". Полученный композиционный порошок напыляли на образец плазменным методом на установке ВБ-15 газовоздушным плазмотроном.

Полученные покрытия оплавляли газо-кислородным пламенем и проводили их испытания.

Испытание покрытия на износостойкость проводили по стандартной методике на машине ХЧ-Б. В качестве эталона использовали Ст.50, закаленную до твердости 52-54 HRC.

Термографический анализ покрытия проводили на дериватографе Q 1500 Д. Нагрев образца проводили до 1200^oC на воздухе с интервалом 100^oC.

Измерение высокотемпературной твердости покрытия осуществляли на микроскопе "Ала-Тоо".

В таблице представлены результаты испытаний порошка для газотермических покрытий с предлагаемой тугоплавкой добавкой и физико- механические свойства получаемых покрытий.

Результаты испытаний показывают, что композиционный порошок для газотермических покрытий, включающий новую предлагаемую тугоплавкую добавку, по сравнению с порошком известного состава обеспечивает повышение износостойкости в 2,9 раза, жаростойкости в 2,5 раза, высокотемпературной твердости в 2,3 раза.

Литература
1. Известия ВУЗов, Черная металлургия, 1988. N 5 с.152-153.

Hogans Metal Spray Powders, Sweden H.M. 1980, p.51.

Патент РФ N 2016914, С 23 С 4/04, 1994.

Композиционный порошок содержит стеллит и 20-50% тугоплавкой добавки на основе кобальта, содержащей в мас.%, 15-44 диборита титана - хрома, 29-58 кабида хрома. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Композиционный порошок для газотермических покрытий на основе стеллита, содержащий 20 50 мас. тугоплавкой добавки, отличающийся тем, что в качестве тугоплавкой добавки он содержит диборид титана-хрома, карбид хрома и кобальт при следующем соотношении компонентов в тугоплавкой добавке, мас.

Диборид титана-хрома 15 44
Карбид хрома 29 58
Кобальт Остальное
2. Порошок по п. 1, отличающийся тем, что он содержит кобальт в виде плакирующего слоя.