ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 2005 года по МПК C22C29/02 B22F1/00 

Порошковый материал относится к области порошковой металлургии, в частности к составам материалов для нанесения износостойких покрытий методами газотермического напыления.

Широко известны порошковые материалы на основе карбидов тугоплавких материалов в виде механических смесей с металлической связкой, спеков, плакированных порошков т.п. В качестве металлической связи обычно применяют никель или кобальт, реже железо (авт. свид. 436881, 492583, 375314, патенты США 2972550, 3071489, 4013453 и др.).

Покрытия на их основе, наносимые, например, плазменным напылением, обладают невысокими адгезионными и когезионными свойствами, недостаточной коррозионной стойкостью в агрессивных средах, особенно при повышенных температурах.

Наиболее близким к заявляемому из описанных в литературе порошковых материалов на основе карбида хрома, применяемых для получения износостойких покрытий, является порошковый материал типа КХН-15 (85% карбида хрома, + 15% никеля) - КХН - 30 (70% карбида хрома + 30% никеля). Указанный материал представляет собой механические смеси, спеки, а также плакированные порошки на основе карбида хрома с никелем в качестве металлической матрицы (А.И.Зверев, С.Ю.Шаривкер, Е.А.Астахов, Детонационное напыление покрытий. Л., Судостроение, 1979, стр.20).

Задачей настоящего технического решения является получение порошкового материала с повышенными относительно аналогов прочностными свойствами, коррозионной устойчивостью и, следовательно, и износостойкостью.

Поставленная задача решается счет того, что в порошковый материал, содержащий карбид хрома и никель, дополнительно вводят бор и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%: никель - 20...30; бор - 2,5...3,5; кремний - 3,0...3,7; карбид хрома - остальное.

Бор и кремний вводят в предлагаемый порошковый материал в составе самофлюсующегося сплава, содержащий износостойкий ингредиент, например карбид хрома, и металлическую связку, как правило, никель или кобальт.

При нанесении покрытий, например, плазменным напылением самофлюсующийся сплав выполняет роль припоя и этим резко повышает адгезионные и когезионные свойства покрытия (таблица 1).

После выдержки образцов в агрессивной коррозионноактивной среде буровой жидкости, состоящей из 5% хлорида натрия; 0,1% раствора сульфида натрия, 0,3% хлорида калия, в воде в течение 30 суток было проведено исследование их на коррозионную стойкость и определены механические свойства, приведенные в таблице 2.

Как видно из таблицы 1 и 2, образцы с предлагаемыми покрытиями после выдержки в коррозионноактивной среде по своим свойствам мало отличаются от тех образцов, которые не были в агрессивной среде. Покрытия же КХН-25 после выдержки в агрессивной среде значительно отличаются по своим свойствам от необработанного образца.

При введении самофлюсующегося материала в порошок для напыления в количестве 5 мас.%, эффект от указанного введения есть, но он слишком мал, а при введении самофлюсующегося материала более 30 мас.% появляется тенденция снижения свойств покрытия. Таким образом, оптимальное содержание самофлюсующихся порошков в шихте для напыления составляет 10...30 мас.% или, если их перевести на содержание бора и кремния, то получится бор - 2,5...3,5 мас.%, кремний - 3,0...3,7 мас.%.

Если в составе шихты количество бора и кремния меньше соответственно 2,5...3,0%, то этот состав мало эффективен, что соответствует количеству самофлюсующего порошка 5 мас.% (см. таблицы 1 и 2). Если в составе бора и кремния больше 3,5 и 3,7 мас.% соответственно, что соответствует количеству самофлюсующегося материала в шихте 40 мас.% (см. таблицы 1 и 2). Начинает снижаться износостойкость покрытия, причиной которой может быть охрупчивание материала, вызванная выходом за предлагаемые пределы содержание бора и особенно кремния.

Таблица 1Свойства предлагаемого покрытияСостав порошкаТвердость НРСПрочность сцепления, МПАПрочностной разрыв, МПАСкорость изнашивания, г/часПриме-чанияПокрытие, применяемое в настоящие времяКарбид хрома плакированный 25%, масс никеля (КХН-25)45...5024...3048...532,9...3,5 Опытные составыКХН-25+5%
самофлюсующийся45...4829...3652...582,5...2,7 КХН-25+10%
самофлюсующийся44...4737...4362...700,7...1,5 КХН-25+20%
самофлюсующийся44...4761...6480...870,3...0,6 КХН-25+30%
самофлюсующийся43...4575...8095...1000,2...0,4 КХН-25+40%
самофлюсующийся40...4282...86110...1150,35...0,5 

Таблица 2Свойства предлагаемого покрытия после выдержки его в агрессивной коррозионноактивной средеСостав порошкаТвердость HRCПрочность сцепления, МПАПрочностной разрыв, МПАСкорость изнашивания, г/часПримечанияСледы коррозииКарбид хрома плакированный 25 мас.% никеля (КХН-25)42...4418...2124...324,2...4,8 Опытные составыКХН-25+5% самофлюсующийся43...4426...3148...513,9...4,5Едва заметные следы коррозииКХН-25+10% самофлюсующийся43...4433...3760...640,9...1,7Коррозии нетКХН-25+20% самофлюсующийся43...4659...6476...840,4...0,6 КХН-25+30% самофлюсующийся42...4571...7688...970,25...0,4 КХН-25+40% самофлюсующийся40...4271...74100...1120,42...0,56 

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к составам материалов для нанесения износостойких покрытий методами газотермического напыления. В порошковый материал, содержащий карбид хрома и никель, для обеспечения повышенных прочностных свойств, коррозионной устойчивости и износостойкости, дополнительно вводят бор и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%: никель - 20-30; бор - 2,5-3,5; кремний - 3,0-3,7; карбид хрома - остальное. 2 табл.

Порошковый материал, содержащий карбид хрома и никель, отличающийся тем, что в него дополнительно вводят бор и кремний при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Никель20-30Бор2,5-3,5Кремний3,0-3,7Карбид хромаОстальное