СПЛАВ НА ОСНОВЕ КВАЗИКРИСТАЛЛА СИСТЕМЫ Al-Cu-Fe ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО, НАНОСТРУКТУРНОГО ПОКРЫТИЯ Российский патент 2011 года по МПК C23C14/06 C22C1/04 B82B3/00 

Описание патента на изобретение RU2434077C2

Изобретение относится к прецизионной металлургии износостойких сплавов для получения функциональных покрытий, работающих в экстремальных условиях эксплуатации.

Известны сплавы с высокой износостойкостью на основе железа (патенты РФ №2359056; №2332509; №2337178), меди (патент РФ №2349621) и алюминия (патент РФ №2262554).

Указанные сплавы имеют ограниченный диапазон применения, особенно в условиях интенсивного динамического износа, повышенных температур и воздействия агрессивных химических реагентов.

Поэтому в последнее время ведутся интенсивные исследования и разработки по созданию материалов в неравновесном и сверхнеравновесном состояниях (квазикристаллы, аморфные материалы).

Наиболее близким к заявляемому и взятым нами за прототип является сплав для получения износостойких электропроводящих покрытий на основе меди с армирующими наночастицами квазикристаллического соединения системы Al-Cu-Fe [1].

Проведенные экспериментальные работы при получении покрытия на основе этого сплава выявили следующие два недостатка: недостаточная пластичность и ограниченный диапазон микротвердости.

Следует особо отметить, что микротвердость является основным показателем износостойкости; она может быть оперативно определена для любого материала. Практика эксплуатации износостойких сплавов, работающих в экстремальных условиях эксплуатации, показывает, что необходимо иметь микротвердость материала не ниже 400-500 HV. Лучшие показатели квазикристаллов обеспечивают микротвердость не более 190 HV.

Техническим результатом изобретения является получение высокой износостойкости за счет повышения микротвердости материала наряду с повышением адгезионной и когезионной прочности наносимых покрытий.

Технический результат достигается за счет того, что сплав на основе квазикристалла системы Al-Cu-Fe дополнительно содержит медь в виде самостоятельной фазы и карбид вольфрама. Гомогенное распределение карбида вольфрама в квазикристаллической матрице обеспечивает увеличение микротвердости до 400-500 HV.

Оптимальным по достигнутому эффекту является сплав при следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь 2-5 карбид вольфрама 20-40 квазикристалл системы Al-Cu-Fe остальное

В качестве основы выбран известный квазикристалл системы Al-Cu-Fe со следующим соотношением компонентов, мас.%: алюминий 65, медь 21,5-23,5, железо 11-13,5. Эти составы обеспечивают устойчивое существование квазикристаллической фазы при нанесении покрытий и в ходе дальнейшей эксплуатации [2].

Медь выступает в качестве пластификатора при напылении покрытий. Экспериментально установлено, что содержание меди в сплаве менее 2% не дает нужного эффекта, а более 5% приводит к уменьшению твердости.

Карбид вольфрама выбран потому, что он легко когерентно связывается с квазикристаллической матрицей. Содержание в сплаве менее 20% карбида вольфрама не приводит к существенному увеличению твердости, а при содержании более 40% сплав становится хрупким и не пригодным для нанесения с квазикристаллической матрицей.

Практическая реализация предлагаемого технического решения выполнялась по следующей схеме: выплавка исходного сплава методом прямого сплавления компонентов; дробление полученного слитка; нанесение покрытий методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления (ХГДН)

Выплавка сплава производилась в высокочастотном индукторе установки типа Л3-13 мощностью 10 кВт с рабочей частотой 880 кГц в алундовых тиглях №3 и №4 при следующей последовательности введения шихтовых компонентов: квазикристалл Al-Cu-Fe → медь → карбид вольфрама. Масса получаемых слитков 0,7-0,8 кг.

Дробление полученного слитка производилось последовательно на щековой дробилке типа «Пульверизетте 1» до фракции 3-5 мм, а затем на дезинтеграторной установке типа ДЕЗИ-15 до фракции 20-100 мкм в соответствии с руководящей документацией.

Нанесение функциональных покрытий из полученного таким образом порошка производилось методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления (ХГДН) на установке типа ДИМЕТ-3 в соответствии с руководящей документацией. Температура гетерофазного потока при напылении не превышала 130°С при скоростях частиц 660-825 м/с, что обеспечивает сохранение наноструктурного состояния покрытия и практического отсутствия пористости.

В качестве подложек использовалась медь, никель и сплав Х15Ю5. Толщина получаемого покрытия составляет 18-20 мкм, что обеспечивает требуемые потребительские свойства.

Исследование микротвердости полученных покрытий проводилось по методу Виккерса при помощи автоматического микротвердомера AFFRI DM-8.

Результаты исследования представлены в табл.1.

Как следует из таблицы 1, предлагаемый сплав имеет более высокую микротвердость по сравнению с известным, что обеспечивает получение износостойких покрытий.

Источники информации

1. Патент России №2362839, кл. С23С 24/04, В82В 3/00, 2009 г.

2. Патент России №2244761, кл. С22С 1/04, 21/12, 2005 г.

Таблица 1 Сравнение свойств предлагаемого сплава и прототипа Сплав № плавки Химический состав, мас.% Микротвердость, HV Примечания медь карбид вольфрама квазикристалл Al-Cu-Fe Прототип 90 - 10 60 Низкая коррозионная стойкость покрытия 50 - 50 200 40 60 180 Предлагаемый 1 2 20 78 400 Высокие технологические свойства материала 2 3,5 30 66,5 500 3 5 40 55 450 Сплав с составом за пределами предложенных значений 4 1,9 19 79,1 - Сплошного покрытия получить не удалось 5 5,1 40,1 54,8 370

Похожие патенты RU2434077C2

название год авторы номер документа
Износостойкий сплав на основе квазикристаллической композиции Al-Cu-Fe 2022
  • Бобкова Татьяна Игоревна
  • Васильев Алексей Филиппович
  • Самоделкин Евгений Александрович
  • Улин Игорь Всеволодович
  • Фармаковский Борис Владимирович
RU2794146C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ Al-Cu-Fe 2021
  • Дегтярев Александр Фёдорович
  • Скоробогатых Владимир Николаевич
  • Муханов Евгений Львович
  • Нуралиев Фейзулла Алибаба Оглы
  • Ульянов Михаил Васильевич
RU2781329C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО КОМПОЗИЦИОННОГО НАНОСТРУКТУРИРОВАННОГО ПОКРЫТИЯ 2008
  • Земляницын Евгений Юрьевич
  • Фармаковский Борис Владимирович
  • Самоделкин Евгений Александрович
  • Васильев Алексей Филиппович
  • Геращенков Дмитрий Анатольевич
  • Быстров Руслан Юрьевич
  • Сергеева Оксана Сергеевна
  • Маренников Никита Владимирович
RU2439198C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ 2009
  • Ефимочкин Иван Юрьевич
  • Клевачев Алексей Михайлович
  • Королев Алексей Викторович
  • Федотов Сергей Владиславович
RU2430995C2
СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ПОКРЫТИЙ 2007
  • Фармаковский Борис Владимирович
  • Быстров Руслан Юрьевич
  • Васильев Алексей Филиппович
  • Улин Игорь Всеволодович
  • Сергеева Оксана Сергеевна
  • Геращенков Дмитрий Анатольевич
  • Михеева Маргарита Николаевна
  • Теплов Алексей Аркадьевич
RU2362839C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО АРМИРОВАННОГО ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА 2014
  • Бобкова Татьяна Игоревна
  • Юрков Максим Анатольевич
  • Черныш Алексей Александрович
  • Елисеев Александр Андреевич
  • Деев Артем Андреевич
  • Климов Владимир Николаевич
  • Самоделкин Евгений Александрович
RU2573309C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЯ 2006
  • Михеева Маргарита Николаевна
  • Теплов Алексей Аркадьевич
  • Шайтура Дмитрий Сергеевич
  • Ольшанский Евгений Дмитриевич
  • Долгий Дмитрий Иосифович
RU2329333C1
Полимер-квазикристаллическая порошковая композиция для получения антикоррозийных защитных покрытий 2016
  • Чуков Дилюс Ирекович
  • Степашкин Андрей Александрович
  • Чердынцев Виктор Викторович
  • Калошкин Сергей Дмитриевич
  • Максимкин Алексей Валентинович
  • Няза Кирилл Вячеславович
  • Мостовая Ксения Сергеевна
RU2630796C1
Способ напыления градиентного покрытия на основе композиционного порошка системы Al:SiN:SiAlON 2021
  • Бобкова Татьяна Игоревна
  • Фармаковский Борис Владимирович
  • Петров Сергей Николаевич
  • Старицын Михаил Владимирович
  • Лукьянова Наталья Алексеевна
  • Каширина Анастасия Анверовна
RU2785506C1
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЙ ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ 2011
  • Зубарев Геннадий Иванович
  • Климов Денис Александрович
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
  • Низовцев Владимир Евгеньевич
  • Чуклинов Сергей Владимирович
RU2477395C1

Реферат патента 2011 года СПЛАВ НА ОСНОВЕ КВАЗИКРИСТАЛЛА СИСТЕМЫ Al-Cu-Fe ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКОГО, НАНОСТРУКТУРНОГО ПОКРЫТИЯ

Изобретение относится к прецизионной металлургии износостойких сплавов для получения функциональных покрытий, работающих в экстремальных условиях эксплуатации. Заявлен сплав на основе квазикристалла системы Al-Cu-Fe для нанесения износостойкого, наноструктурного покрытия. Сплав характеризуется тем, что он содержит медь в виде самостоятельной фазы и карбид вольфрама при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 2-5, карбид вольфрама 20-40, квазикристалл системы Al-Cu-Fe - остальное, причем квазикристалл системы Al-Cu-Fe имеет следующий состав, мас.%: алюминий 65, медь 21,5-23,5, железо 11-13,5. Технический результат - повышение износостойкости за счет повышения микротвердости материала наряду с повышением адгезионной и когезионной прочности наносимых покрытий. Предлагаемый сплав обладает высокой микротвердостью и может применяться для нанесения износостойких покрытий. 1 табл.

Формула изобретения RU 2 434 077 C2

Сплав на основе квазикристалла системы Al-Cu-Fe для нанесения износостойкого, наноструктурного покрытия, характеризующийся тем, что он содержит медь в виде самостоятельной фазы и карбид вольфрама при следующем соотношении компонентов, мас.%:
медь 2-5 карбид вольфрама 20-40 квазикристалл системы Al-Cu-Fe остальное,


причем квазикристалл системы Al-Cu-Fe имеет следующий состав, мас.%: алюминий 65, медь 21,5-23,5, железо 11-13,5.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2434077C2

СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ПОКРЫТИЙ 2007
  • Фармаковский Борис Владимирович
  • Быстров Руслан Юрьевич
  • Васильев Алексей Филиппович
  • Улин Игорь Всеволодович
  • Сергеева Оксана Сергеевна
  • Геращенков Дмитрий Анатольевич
  • Михеева Маргарита Николаевна
  • Теплов Алексей Аркадьевич
RU2362839C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ОДНОФАЗНОГО СПЛАВА СИСТЕМЫ AL-CU-FE В ВИДЕ ПОРОШКА 2003
  • Сумароков В.Н.
  • Брязкало А.М.
  • Михеева М.Н.
  • Теплов А.А.
  • Ласкова Г.В.
RU2244761C1
KR 20040078524 А, 10.09.2004
Устройство для диагностики состояния выходной цепи аппарата защиты шахтной подъемной установки 1990
  • Шапочка Сергей Николаевич
  • Белоцерковский Владимир Артемович
  • Иванов Вадим Викторович
SU1789480A1
US 6242108 В1, 05.06.2001.

RU 2 434 077 C2

Авторы

Пескова Анна Сергеевна

Виноградова Татьяна Сергеевна

Фармаковский Борис Владимирович

Улин Игорь Всеволодович

Юрков Максим Анатольевич

Шолкин Сергей Евгеньевич

Михеева Маргарита Николаевна

Даты

2011-11-20Публикация

2009-11-18Подача