Керметный порошок для плазменного напыления Российский патент 2020 года по МПК B22F1/00 C23C4/10 C22C29/02 

Изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к изготовлению порошков для напыления покрытий, которые могут быть использованы в качестве покрытий с высокой твердостью.

Известен состав порошка для плазменного напыления TiC-Ni-Mo покрытий с 70 и 85 об. % карбидной фазы (В.И. Калита, К.Б. Поварова, Д.И. Комлев, В.В. Яркин, А.В. Касимцев, Г.У. Лубман, А.В. Антонова. Физико-химические и механические свойства плазменных керметных покрытий TiC-Ni-Mo. Физика и химия обработки материалов 2007, №4, с. 29-36.). При плазменном напылении по порошка такого состава в керметном покрытии теряется до 20 мас. % из содержащегося в карбиде титана углерода. В результате в 2 раза падает твердость карбида, снижается эффективность упрочнения керметного покрытия.

Известен состав порошка для плазменного напыления покрытий с 50 об.% TiC карбидной фазы и матрицей из быстрорежущей стали марки Р6М5 (Г.А. Прибытков, В.И. Калита, Д.И. Комлев, В.В. Коржова, А.А. Радюк, А.В. Барановский, А.Ю. Иванников, М.Г. Криницын, А.Б. Михайлова. Структура и износостойкость плазменных покрытий, напыленных композиционным порошком TiC+P6M5. Физика и химия обработки материалов. 2017, №3, с. 45-55.). При напылении порошком данного состава в керметном покрытии также теряется до 20 мас. % углерода, содержащегося в карбиде титана. В результате в 2 раза падает твердость карбида, снижается эффективность упрочнения керметного покрытия.

Наиболее близким по техническому решению материалом для плазменного напыления к заявляемому составу является порошок, содержащий от 10 до 80 мас. % TiC карбида и от 90 до 20 мас. % матрицы из инструментальной стали (Ellis, John L., М. Kumar Mal, and Stuart E. Tarkan. "Method of producing plasma sprayed titanium carbide tool steel coatings." U.S. Patent No. 3,896,244. 22 Jul. 1975.). По этому патенту изготавливаются более дешевые покрытия, чем при использовании для напыления порошка WC-Co, со средней твердостью 545-680 HV.

Этот патент по способу формирования керметного покрытия и взяли в качестве прототипа. Покрытие, сформированное по способу, указанному в прототипе, имеет следующие недостатки. При напылении кермета состоящего из TiC и стальной матрицы происходит частичное разложение карбида с уменьшением содержания углерода в нем, что приводит к снижению твердости карбида и керметного покрытия в целом, снижается эффективность упрочнения керметного покрытия.

Задачей изобретения является: создание керметного порошка для плазменного напыления, позволяющего повысить микротвердость керметных покрытий.

Техническим результатом изобретения является повышение микротвердости покрытия.

Технический результат достигается тем, что в керметный порошок для плазменного напыления, содержащий 20-80 мас. % карбида титана и металлическую матрицу, согласно изобретению вводят дополнительные упрочняющие фазы Cr₃C₂, WC, TiN с содержанием 20-45% относительно массы карбида TiC, и покрытие из него наносят на подложку, находящуюся перед началом напыления при температуре от 20 до 400°С.

Получаемый технический результат можно объяснить тем, что при напылении дополнительные упрочняющие фазы растворяются в жидкой матричной фазе, углерод входящий в состав этих фаз взаимодействует с кислородом, растворившимся в этой жидкой матричной фазе, в результате взаимодействия формируются газообразные соединения СО и СО₂, а при затвердевании на подложке дополнительные упрочняющие фазы затвердевают в виде нано размерных включений, упрочняя матричную фазу. Размер нано размерных упрочняющих фаз регулируется температурой предварительного подогрева подложки от 20 до 400°С.

Пример 1.

Керметный порошок для напыления 40% TiC - 10% TiN - 5%WC - 5% Cr_зC₂ - 26,2% Ni 20% Cr - 11% Mo - 2,8% C, содержит 50 мас. % дополнительных фаз: WC, Cr₃C₂, TiN. Порошок напыляли на подложку при ее предварительном подогреве до 400°С. Покрытие имеет микротвердость 25,5 ГПа.

Пример 2.

Керметный порошок для напыления 42% TiC - 6% TiN - 6%WC - 6% Cr₃C₂ - 26,2% Ni 20% Cr - 11% Мо - 2,8% С, содержит 43 мас. % дополнительных фаз: WC, Cr₃C₂, TiN. Порошок напыляли на подложку при ее предварительном подогреве до 300°С. Покрытие имеет микротвердость 25,1 ГПа.

Пример 3.

Керметный порошок для напыления 60% TiC - 10% TiN - 5%WC - 5% Cr₃C₂ - 12,2%(Ni20%Cr) - 5% Mo - 2,8% C, содержит 33 мас. % дополнительных фаз: WC, Cr₃C₂, TiN. Порошок напыляли на подложку при ее предварительном подогреве до 200°С. Покрытие имеет микротвердость 22,7 ГПа.

Пример 4.

Керметный порошок для напыления 66% TiC - 5% TiN - 4%WC - 5% Cr₃C₂-12,2%(Ni 20% Cr) - 4% Mo - 3,8% C, содержит 21 мас. % дополнительных фаз: WC, Cr₃C₂, TiN. Порошок напыляли на подложку при температуре 20°С. Покрытие имеет микротвердость 20,3 ГПа.

Пример 5.

Керметное покрытие напылено по способу, описанному в прототипе 80% TiC - 16%(Ni 20% Cr) - 4% Mo. Покрытие имеет микротвердость 18,2 ГПа.

Таким образом, поставленная задача решена. В предлагаемом составе керметного порошка для напыления покрытий с основной упрочняющей фазой TiC используют дополнительные упрочняющие фазамы Cr₃C₂, WC, TiN с их общим содержанием относительно карбида TiC от 20 до 45 мас. %. Процесс напыления ведут при начальной температуре подложки, 20-400°С. Микротвердость покрытия повышается относительно микротвердости покрытия, напыленного по способу, описанному в прототипе.

Изобретение относится к материалу керметного порошка для плазменного напыления и может использоваться для формирования износостойких покрытий. Керметный порошок содержит 20-80 массовых процентов карбида титана, упрочняющие фазы Cr₃C₂, WC, TiN в количестве 20-45% относительно карбида TiC и металлическую матрицу. Обеспечивается повышение микротвердости формируемых покрытий. 5 пр.

Керметный порошок для плазменного напыления, содержащий 20-80 мас. % карбида титана и металлическую матрицу, отличающийся тем, что он содержит дополнительные упрочняющие фазы Cr₃C₂, WC, TiN в количестве 20-45% относительно упрочняющей фазы карбида TiC.