Использование эвтектических композиций для создания износостойких покрытий
Приведены результаты исследований по созданию эвтектических функциональных покрытий, полученных с использованием порошков твердых сплавов. Показана возможность получения таких порошков из отходов или лома твердосплавного инструмента и изделий другого назначения. Определены составы добавок, регулирую...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2002 |
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2002
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79520 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Использование эвтектических композиций для создания износостойких покрытий / В.А. Чишкала, С.В. Литовченко, Е.П. Нечипоренко, Д.С. Матвиенко, Т.С. Маслова, В.И. Гриценко // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 1. — С. 175-177. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859673155622141952 |
|---|---|
| author | Чишкала, В.А. Литовченко, С.В. Нечипоренко, Е.П. Матвиенко, Д.С. Маслова, Т.С. Гриценко, В.И. |
| author_facet | Чишкала, В.А. Литовченко, С.В. Нечипоренко, Е.П. Матвиенко, Д.С. Маслова, Т.С. Гриценко, В.И. |
| citation_txt | Использование эвтектических композиций для создания износостойких покрытий / В.А. Чишкала, С.В. Литовченко, Е.П. Нечипоренко, Д.С. Матвиенко, Т.С. Маслова, В.И. Гриценко // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 1. — С. 175-177. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | Приведены результаты исследований по созданию эвтектических функциональных покрытий, полученных с использованием порошков твердых сплавов. Показана возможность получения таких порошков из отходов или лома твердосплавного инструмента и изделий другого назначения. Определены составы добавок, регулирующих температуру плавления покрытия. Отработаны технологические параметры нанесения, сушки, спекания и оплавления шликерного покрытия. Исследованы состав, структура и свойства покрытий, нанесенных на малоуглеродистые стали.
Наведено результати досліджень з створення евтектичних функціональних покриттів, що отримані з використанням порошків твердих сплавів. Показано можливість отримання таких порошків з відходів або брухту твердосплавного інструменту та виробів іншого призначення. Визначено склад домішок, що регулюють температуру плавлення покриття. Відпрацьовано технологічні параметри нанесення, спікання та оплавлення шлікерного покриття. Досліджено склад, структуру та властивості покриттів, нанесених на маловуглецеві сталі.
The outcomes of researches for design of eutectic functional coatings obtained with use of cemented carbides powders are adduced. The capability of making of such powders from waste or scrap of the cemented carbides tool and other wares is shown. The components for regulation the coating melting temperature and the technological parameters of coating deposition, drying, sintering and melting are determined. The composition, structure and properties of coatings marked on steel were studied.
|
| first_indexed | 2025-11-30T15:13:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.017:539
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭВТЕКТИЧЕСКИХ КОМПОЗИЦИЙ
ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ
В.А. Чишкала, С.В. Литовченко, Е.П. Нечипоренко,
Д.С. Матвиенко, Т.С. Маслова, В.И. Гриценко
Харьковский национальный университет им. В.Н.Каразина,
г. Харьков, Украина, E-mail: lytovchenko@pht.univer.kharkov.ua; тел.: 35-37-66
Наведено результати досліджень з створення евтектичних функціональних покриттів, що отримані з
використанням порошків твердих сплавів. Показано можливість отримання таких порошків з відходів або
брухту твердосплавного інструменту та виробів іншого призначення. Визначено склад домішок, що
регулюють температуру плавлення покриття. Відпрацьовано технологічні параметри нанесення, спікання та
оплавлення шлікерного покриття. Досліджено склад, структуру та властивості покриттів, нанесених на
маловуглецеві сталі.
Приведены результаты исследований по созданию эвтектических функциональных покрытий, получен-
ных с использованием порошков твердых сплавов. Показана возможность получения таких порошков из от-
ходов или лома твердосплавного инструмента и изделий другого назначения. Определены составы добавок,
регулирующих температуру плавления покрытия. Отработаны технологические параметры нанесения, суш-
ки, спекания и оплавления шликерного покрытия. Исследованы состав, структура и свойства покрытий, на-
несенных на малоуглеродистые стали.
The outcomes of researches for design of eutectic functional coatings obtained with use of cemented carbides
powders are adduced. The capability of making of such powders from waste or scrap of the cemented carbides tool
and other wares is shown. The components for regulation the coating melting temperature and the technological pa-
rameters of coating deposition, drying, sintering and melting are determined. The composition, structure and proper-
ties of coatings marked on steel were studied.
Введение
В общей проблеме повышения надежности и дол-
говечности механизмов и машин, ресурс работы кото-
рых определяется сопротивлением отдельных деталей
различным видам контактного взаимодействия, цен-
тральное место занимают вопросы поверхностного
упрочнения конструкционных материалов. Во многих
случаях необходимым является совмещение упрочне-
ния поверхности и придания ей дополнительных за-
щитных свойств для сопротивления различным корро-
зионным воздействиям.
Создание функциональных защитных покрытий в
большинстве случаев является единственно воз-
можным или наиболее экономически выгодным ре-
шением многих технологических задач, в частности,
задачи продления ресурса работы разнообразных
узлов и механизмов в условиях абразивного износа.
В последнее время специальные защитные или
жертвенные покрытия все чаще создаются на основе
композиционных материалов. При эксплуатации из-
делий в условиях сухого или гидроабразивного износа
с переменными нагрузками наилучшими харак-
теристиками обладают композиты, содержащие
твердую армирующую фазу, заключенную в менее
твердую и более пластичную матрицу. Типичными ма-
териалами такого класса являются твердые сплавы, где
твердая карбидная составляющая помещена в матрицу
из кобальта или никеля. При содержании металла в ко-
личестве, большем 20…25 мас.%, твердые сплавы вы-
держивают значительные ударные нагрузки [1].
Для восстановления геометрических размеров
стальных деталей и повышения их износостойкости
могут быть применены эвтектические материалы на
основе систем Fe-Mn-C-B [2] и Ni-Cr-Si-B-C [3]. При
нагреве таких материалов в них образуются твердые
двух- и многокомпонентные составляющие (в частно-
сти, карбиды и бориды хрома, никеля и железа), за-
ключенные в пластичной матрице основных металлов.
Основные технологические операции
Нанесение порошкообразных компонентов по-
крытия на защищаемую поверхность осуществля-
лось шликерной технологией. Экспериментальные
исследования были направлены на выяснение при-
емлемых интервалов варьирования технологических
показателей и их оптимизацию для рассматривае-
мых материалов.
Весь процесс формирования покрытия состоял
из следующих операций:
- подготовка шихты;
- изготовление шликера;
- нанесение шликера на обрабатываемую по-
верхность;
- сушка шликера;
- обжиг шликера для его оплавления.
В результате обработки получали эвтектическое
покрытия определенного фазового состава и струк-
туры, а также обеспечивали очень высокое сцепле-
ние покрытия с подложкой.
Основные компоненты шихты для шликера по-
175
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2002. №1.
Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (12), с.175-177.
mailto:lytovchenko@pht.univer.kharkov.ua$
лучали по специальной технологии, позволяющей
утилизировать лом и отходы твердых сплавов и пе-
реработать их в порошки композитов WC-Co или
WC-Ni необходимого состава и дисперсности. Дан-
ная технология основывалась на разупрочнении
твердосплавных композитов при однократном или
многократном импульсном вакуумном нагреве до
температур порядка 1600 °С и последующем их из-
мельчении в вибрационной мельнице со стальными
рабочими телами. Для приготовления шликера ис-
пользовали фракцию с линейными размерами час-
тиц 10…50 мкм.
Для повышения технологичности процесса фор-
мирования покрытия (в первую очередь – снижения
температуры спекания и плавления шликера) в со-
став шихты на основе твердых сплавов вводились
специальные добавки, образующие с другими со-
ставляющими относительно легкоплавкие эвтекти-
ки. Выбор добавок к порошкам твердых сплавов
основывался на оценке равновесных диаграмм со-
стояния соответствующих элементов и соединений,
а также требуемых свойствах покрытий. В качестве
добавок были выбраны бор и кремний, а также их
сплавы с металлами матрицы. Указанные добавки
позволили понизить температуру плавления шихты
как для соединений никеля [4], так и соединений ко-
бальта [5]. Дополнительное диффузионное легиро-
вание компонентов шликера углеродом и железом
из подложки при последующем вакуумном оплавле-
нии покрытия приводило к появлению жидкой фазы
при температурах около 1000 °С. Химический со-
став подложки и ее микроструктура существенно
влияют на качественные и количественные показа-
тели диффузии, что затрудняет точное определение
температуры плавления покрытия. Часто реализуе-
мый случай - кристаллизация в неравновесных усло-
виях - только усугубляет эти трудности.
Для приготовления шликера использовалась
шихта, содержащая 60…80 мас.% порошков твер-
дых сплавов и 20…40 мас.% эвтектических смесей
Ni-Si-B и Со-Si-B. Компоненты шихты указанной
выше дисперсности перемешивались механическим
способом, спекались в вакууме при температуре
около 1000 °С для гомогенизации состава и протека-
ния реакций, а затем снова измельчались.
Шликер приготавливался на растворах природ-
ных или синтетических полимеров с добавками
предварительно полученных композиционных сме-
сей указанного выше состава. Вязкость и текучесть
шликера регулировались концентрацией полимера в
растворителе (воде или ацетоне), а также соотноше-
нием твердых компонентов и растворителя. Шли-
керное покрытие на образцы низко- и среднеуглеро-
дистых сталей наносилось методом однократного
или многократного окунания с предварительной
сушкой каждого слоя при 50…150 °С в течение 1…
3 ч. Толщина покрытий после окончательной сушки
составляла 100…2000 мкм.
Образцы с тщательно высушенным шликером
помещались в вакуумную печь для оплавления по-
крытия. Для предотвращения отслаивания шликера
нагрев печи осуществляли при остаточном давлении
не выше 10-2 Па со скоростью не более 0,2…0,3 °С/с.
Начало плавления покрытия фиксировалось визу-
ально через специальное окно камеры, текущий кон-
троль температуры осуществлялся вольфрам-рени-
евой термопарой. Длительность высокотемпе-
ратурной выдержки составляла от нескольких се-
кунд до 5 мин. Плавление покрытий с различным
содержанием карбидной фазы показало повышение
температуры плавления при увеличении ее количе-
ства в исходной шихте. Это может быть связано с
изменением фазового состава покрытия вследствие
расходования бора и кремния на их диффузию в
основу и связывание кислорода, адсорбированного
порошками шликера при технологических операци-
ях, и соответственно отклонением состава покрытия
от строго эвтектического.
Результаты исследований
Металлографические (МИМ-8, РЭМ100) и рент-
геновские (ДРОН-3) исследования полученных по-
крытий показали их неоднородность и многослой-
ность, что подтвердили и измерения микротвердо-
сти (ПМТ-3).
Внешний слой покрытия содержит участки с ми-
кротвердостью от 26 до 40 ГПа, которые представ-
ляют собой выделения карбидов, боридов и карбо-
боридов вольфрама, и участки эвтектических смесей
Ni-Si-B и Со-Si-B с микротвердостью 11…15 ГПа.
Между основным слоем покрытия и подложкой при-
сутствует промежуточная прослойка толщиной не
более 25 мкм, представляющая собой боридную фа-
зу Fe2B и имеющая микротвердость около 12 ГПа.
На рис. 1 представлена структура эвтектических
композиционных покрытий на сталях, полученных
из композиции (мас. %): 79 WC - 19 Co – 1 B - 1 Si.
Полученное покрытие неоднородно по химиче-
скому составу, что подтверждают рентгенофлуо-
ресцентный анализ (таблица) и измерения микро-
твердости.
Состав покрытия, %
Покрытие Элемент
Fe Co W
Оплав-
ленное
Поверхность 48,09 14,41 37,5
Переходная зона 39,8 8 52,2
Спеченное, поверхность 27,8 22,15 50,05
Оплавленное дугой,
поверхность
83,7 2,5 13,8
Замеченная неоднородность состава покрытия
может быть вызвана преимущественной концентра-
цией вольфрамосодержащих соединений в жидкости
вблизи границы расплава с твердой фазой в силу их
сравнительно более высокой плотности.
Говоря о высокотемпературной обработке шли-
керного покрытия, необходимо отметить, что она
может быть определена и как оплавление, и как спе-
кание (рис.2).
176
Рис. 1. Оплавленное эвтектическое покрытие на
Ст. 20, полученное при температуре 1200 0С (высо-
котемпературная выдержка 60 с),× 350
Рис. 2. Эвтектическое покрытие на Ст. 20, полученное
спеканием шликера при температуре 11300С (высоко-
температурная выдержка 300 С), × 1400
Рис. 3. Эвтектическое покрытие на Ст. 20 после
оплавления электрической дугой, × 300
Визуальное наблюдение подвижной границы
жидкости подтверждает факт плавления. Спекание
при температурах выше 1000 0С также осуществля-
ется с участием жидкой фазы. Однако фиксируемый
в этом случае массоперенос является менее интен-
сивным, существенно ниже плотность и хуже
сплошность покрытия. Пористость при спекании су-
щественно выше, чем при плавлении, состав по-
крытия также специфичен (см.таблицу).
Для оценки возможности замены вакуумной вы-
сокотемпературной обработки обработкой в защит-
ной атмосфере были проведены эксперименты по
оплавлению шликерного покрытия дугой в струе ар-
гона. На рис. 3 представлена структура эвтектиче-
ского покрытия после такой обработки.
Так как температура поверхности образца в этом
случае превышает 1200 °С и охлаждение протекает
ускоренно, в покрытии присутствует значительно
больше железа (см. таблицу). Микротвердость по-
крытия не превышает 20 ГПа.
Заключение
Варьируя химический состав, соотношение ком-
понентов и дисперсность составляющих шихты в
шликере, количество и вид растворителя в нем,
условия нанесения и сушки шликера, скорость на-
грева, максимальную температуру и длительность
выдержки при ней, можно изменять в достаточно
широких пределах структурно-фазовые характе-
ристики покрытия и, таким образом, его свойства.
При нанесении покрытий на криволинейные по-
верхности необходимо учитывать, что повышение
температуры снижает вязкость расплава и может
привести к его частичному стеканию с защищаемых
участков.
При температурах выше 1200 °С покрытие ста-
новится подвижным и стекает даже с плоских образ-
цов. При таких высоких температурах происходит
очень быстрое растворение основного металла
(подложки) в материале расплава. Снижение темпе-
ратуры ухудшает однородность и равномерность по-
крытия, а также может привести к ухудшению адге-
зии утонением промежуточного слоя и нарушением
его сплошности.
Главным критерием оптимальности техно-
логического процесса являются сплошность и одно-
родность получаемого защитного слоя, характери-
зуемые минимальным количеством образующихся
при оплавлении и спекании пор, трещин и других
дефектов [6].
Литература
1.С.С.Кипарисов, Г.А.Либенсон. Порошковая ме-
таллургия. М.: «Металлургия», 1991, 432 с.
2.В.М.Голубец, М.П.Пашечко. Износостойкие по-
крытия из эвтектики на основе системы Fe-Mn-C-
B. Киев: «Наукова думка», 1989, 159 с.
3.С.В.Литовченко, В.Е. Семененко, В.А. Чишкала.
Формирование металлокерамических покрытий на
углеродистой стали // Вісник Харківського універ-
ситету, № 1301, серія фізична “Ядра, частинки,
поля”. Харків, 1998, с. 225-227.
4.B. Janson, J Argen // Mater. Sci. and Eng. 1984. v.63,
№ 1, р. 51-60.
5.Диаграммы состояния металлических систем.
Вып. XIX. М.: «Металлургия», 1973, с.126.
6.А.Н.Николенко, М.С.Ковальченко // Порошковая
металлургия. 1991, № 5, с.11-15.
177
Основные технологические операции
Результаты исследований
27,8
Рис. 1. Оплавленное эвтектическое покрытие на Ст. 20, полученное при температуре 1200 0С (высокотемпературная выдержка 60 с), 350
Литература
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79520 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T15:13:32Z |
| publishDate | 2002 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Чишкала, В.А. Литовченко, С.В. Нечипоренко, Е.П. Матвиенко, Д.С. Маслова, Т.С. Гриценко, В.И. 2015-04-02T17:36:20Z 2015-04-02T17:36:20Z 2002 Использование эвтектических композиций для создания износостойких покрытий / В.А. Чишкала, С.В. Литовченко, Е.П. Нечипоренко, Д.С. Матвиенко, Т.С. Маслова, В.И. Гриценко // Вопросы атомной науки и техники. — 2002. — № 1. — С. 175-177. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79520 669.017:539 Приведены результаты исследований по созданию эвтектических функциональных покрытий, полученных с использованием порошков твердых сплавов. Показана возможность получения таких порошков из отходов или лома твердосплавного инструмента и изделий другого назначения. Определены составы добавок, регулирующих температуру плавления покрытия. Отработаны технологические параметры нанесения, сушки, спекания и оплавления шликерного покрытия. Исследованы состав, структура и свойства покрытий, нанесенных на малоуглеродистые стали. Наведено результати досліджень з створення евтектичних функціональних покриттів, що отримані з використанням порошків твердих сплавів. Показано можливість отримання таких порошків з відходів або брухту твердосплавного інструменту та виробів іншого призначення. Визначено склад домішок, що регулюють температуру плавлення покриття. Відпрацьовано технологічні параметри нанесення, спікання та оплавлення шлікерного покриття. Досліджено склад, структуру та властивості покриттів, нанесених на маловуглецеві сталі. The outcomes of researches for design of eutectic functional coatings obtained with use of cemented carbides powders are adduced. The capability of making of such powders from waste or scrap of the cemented carbides tool and other wares is shown. The components for regulation the coating melting temperature and the technological parameters of coating deposition, drying, sintering and melting are determined. The composition, structure and properties of coatings marked on steel were studied. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Пленочные материалы и покрытия Использование эвтектических композиций для создания износостойких покрытий Article published earlier |
| spellingShingle | Использование эвтектических композиций для создания износостойких покрытий Чишкала, В.А. Литовченко, С.В. Нечипоренко, Е.П. Матвиенко, Д.С. Маслова, Т.С. Гриценко, В.И. Пленочные материалы и покрытия |
| title | Использование эвтектических композиций для создания износостойких покрытий |
| title_full | Использование эвтектических композиций для создания износостойких покрытий |
| title_fullStr | Использование эвтектических композиций для создания износостойких покрытий |
| title_full_unstemmed | Использование эвтектических композиций для создания износостойких покрытий |
| title_short | Использование эвтектических композиций для создания износостойких покрытий |
| title_sort | использование эвтектических композиций для создания износостойких покрытий |
| topic | Пленочные материалы и покрытия |
| topic_facet | Пленочные материалы и покрытия |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79520 |
| work_keys_str_mv | AT čiškalava ispolʹzovanieévtektičeskihkompoziciidlâsozdaniâiznosostoikihpokrytii AT litovčenkosv ispolʹzovanieévtektičeskihkompoziciidlâsozdaniâiznosostoikihpokrytii AT nečiporenkoep ispolʹzovanieévtektičeskihkompoziciidlâsozdaniâiznosostoikihpokrytii AT matvienkods ispolʹzovanieévtektičeskihkompoziciidlâsozdaniâiznosostoikihpokrytii AT maslovats ispolʹzovanieévtektičeskihkompoziciidlâsozdaniâiznosostoikihpokrytii AT gricenkovi ispolʹzovanieévtektičeskihkompoziciidlâsozdaniâiznosostoikihpokrytii |