СОСТАВ ПОРОШКООБРАЗНОЙ ШИХТЫ ДЛЯ НАПЛАВКИ Российский патент 2016 года по МПК B23K35/36 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению состава для лазерной наплавки при нанесении покрытий в качестве защитных слоев на различные детали, эксплуатируемые в различных областях техники.

Известен состав для наплавки, содержащий механическую смесь порошка алюминия, и в качестве оксида использовали ильменит (патент РФ №2090646, кл. С23С 4/10, 20.09.1997 г.).

Недостатком данного состава является относительно низкая твердость покрытия.

Известен состав для наплавки, содержащий металлический порошок на основе железа и дополнительный порошковый материал с содержанием не менее 92 мас. % железа при массовом соотношении основного порошкового материала дополнительного 1:0,25-5 по массе (патент РФ №2007286, кл. В23К 35/24, 15.02.1994 г.).

Недостатком данного сплава является относительно низкая твердость покрытия при лазерной наплавке.

Известно техническое решение, при котором в качестве состава для наплавки используются неметаллические порошки агломерированного карбида вольфрама и металлические частицы кобальта (патент РФ №2503740, кл. С23С 4/12, 10.01.2011 г.).

Недостатком данного состава является недостаточная износостойкость и твердость при эксплуатации деталей в условиях больших нагрузок при температуре выше 500°С.

Известно техническое решение, содержащее описание состава порошкообразной шихты для электродуговой наплавки, содержащее порошковую проволоку со следующими компонентами: никель, молибден, хром, ферросилиций циркония, феррованадий, титан, алюминий, карбид бора, диборид титана, диборид циркония, кремнефтористый натрий, железный порошок и стальную оболочку (патент РФ №2429957, кл. В23К 35/368, 27.09.2011 г.).

Использование данной порошкообразной шихты для наплавки позволяет получить износостойкое покрытие в условиях интенсивного износа при повышенных температурах.

Недостатком данного состава является использование большого количества компонентов различных дорогостоящих материалов, что значительно удорожает стоимость покрытия. Кроме того, использование описанного состава при электродуговой наплавке повышает вероятность перемешивания основного материала с металлом наплавки, повышение остаточных деформаций и напряжений, возможность образования пор и трещин, что в конечном итоге ведет к снижению качества наплавки.

Известен состав порошкообразной шихты для наплавки с использованием лазера, при этом состав содержит дисперсный порошок агломерированного карбида вольфрама и металлический порошок сплава кобальта (патент РФ №2503740, кл. С23С 4/12, В23К 26/34, 10.01.2014 г.).

Недостатком данного состава является недостаточная износостойкость покрытия в условиях эксплуатации при повышенных ударных нагрузках и температурах.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в повышении твердости и износостойкости шихты для лазерной наплавки.

Поставленная задача решается за счет того, что в составе порошкообразной шихты для лазерной наплавки, содержащем дисперсный металлический порошок и армирующий порошок, в качестве металлического порошка используют порошок на никелевой основе с размером частиц 40-150 мкм, а в качестве армирующего порошка используют нанопорошок карбида тантала в количестве 10-40% от объема.

Выбор диапазона размеров частиц порошка на никелевой основе основан на экспериментальных данных, полученных при лазерной наплавке, и проведенных испытаниях на абразивное изнашивание по схеме Бринелля-Хаворта.

Эксперименты показали, что наплавка шихты на основе никеля по сравнению со сталью повышает износостойкость при выбранных режимах лазерной наплавки. В то же время, введение нанопорошка карбида тантала в пределах 10 до 40% от объема шихты позволяет значительно повысить износостойкость наплавленных слоев. При увеличении содержания нанопорошка карбида тантала более 40% появляются микротрещины в наплавленных слоях.

Использованный метод лазерной наплавки основан на расплавлении порошкового материала под воздействием лазерного излучения, при этом погонные мощности этого процесса ниже, чем при дуговых и плазменных методах, и, соответственно, тепловое воздействие на подложку минимально. Это позволяет при использовании наночастиц карбида тантала улучшить поверхностные свойства покрытия, а именно его износостойкость и твердость.

Дуговые и плазменные методы наплавки не обеспечивают требуемых свойств покрытия, т.к. при их использовании образовываются вторичные карбидные фазы, приводящие к образованию трещин в покрытии.

Изобретение может быть использовано при нанесении лазерной наплавкой на детали покрытий в качестве защитных слоев. Порошкообразная шихта для наплавки содержит дисперсный металлический порошок и армирующий порошок. В качестве металлического порошка использован порошок на никелевой основе с размером частиц 40-150 мкм, а в качестве армирующего порошка - нанопорошок карбида тантала в количестве 10-40% от объема шихты. Шихта обеспечивает повышение твердости и износостойкости покрытия, полученного лазерной наплавкой.

Шихта для лазерной наплавки, содержащая дисперсный металлический порошок и армирующий порошок, отличающаяся тем, что в качестве металлического порошка она содержит порошок на никелевой основе с размером частиц 40-150 мкм, а в качестве армирующего порошка - нанопорошок карбида тантала в количестве 10-40% от объема шихты.