УДК 621.762

СОСТАВ И СВОЙСТВА ПОКРЫТИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ КАРБИДСОДЕРЖАЩИХ ПОРОШКОВ С КОМПОЗИЦИОННОЙ СТРУКТУРОЙ

 

COMPOSITION AND PROPERTIES OF COATINGS OBTAINED FROM COMPOSITE POWDERS CONTAINING CARBIDES

 

Жигунов В.В., Касимцев А.В., Жигунов К.В.

(Тульский государственный университет, г.Тула, РФ)

Zhigunov V.V., Kasimtsev A.V., Zhigunov K.V.

(Tula State University, Tula, RF)

 

Приводятся данные о свойствах защитных покрытий, полученных из композиционных порошков, содержащих карбиды металлов.

Provides information about the properties of protective coatings obtained from composite powders containing carbides of metals.

 

Ключевые слова: свойства, порошки, карбиды, композиционная структура, защитные покрытия

Key words: properties, powders, carbides, composite structure, protective coatings

 

В работах [1-8] рассмотрены физико-химические основы технологий производства порошков состава металл – карбид металла с композиционной структурой. Разработанные на примере системы Ni-TiC технологии получения металлокарбидных композиций [4] оказались применимыми и для других систем. В ходе дальнейших исследований было показано, что изменениемсодержания карбидообразующего металла в шихте можно регулировать не только составы карбидной составляющей и металлической связки,но и количественное соотношениеэтих фаз,получая порошки как на основе тугоплавких соединений, так и на основе металлической связки.

Установлено [2, 3], что при фиксированном составе частиц вариацией режимов можно регулировать структуру композиций Ме-МеC. Действительно, если проводитьдиффузионное взаимодействие карбида кальция с порошком интерметаллида, который состоит из металла, образующего карбиды при 900…1200 °С, и металла, в котором в данном температурном диапазоне карбиды не возникают, каждая частица полученногопорошкабудет состоять из карбидов металла, распределённых в металлической связке[3, 4].

В том случае, когда в одном контейнере последовательно реализуют режимы восстановления и карбидизации смеси окисла карбидообразующего металла (Ме1), гидрида и карбида кальция с порошком металла, не образующего карбидов до температуры 1200 °С(Ме2), готовый порошок представляет собой смесь частиц карбида металлаМе1 и частиц порошка на основе металла- связки Ме2 с включениями карбида металла Ме1, то есть порошок имеет частично композиционную структуру.Именно по этому варианту технологии были изготовлены опытные партии металлокарбидных композиций, составы которых приведены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Химический и фазовый составы металлокарбидных композиций[3]

Марка

композиции

Химический состав, вес. %

Фазовый

состав

Ti

Cr

Cобщ.

Cсвоб.

Fe

Ni

Mo

Al

ПТЖ23Н6М

осн.

-

13,9

0,04

23,5

5

1,5

-

TiC1,0, [Fe]*

КХН-30

-

осн.

9,5

0,02

0,2

29,3

-

-

Cr3C2, Cr7C3, Ni

ТН-20

осн.

-

15,8

0,03

0,1

15,9

5,1

-

TiC1,0, [Ni]

КТС-3

осн.

19,2

14,0

0,06

0,3

17,3

8,0

-

Cr7C3, TiC, [Ni]

КТС-4

осн.

-

14,4

0,05

0,1

20,6

4,3

3,2

TiC1,0, Ni3Al

КХМ-1

-

осн.

6,3

0,06

0,2

25,9

0,3

3,5

Cr7C3, Ni3Al

КХМ-2

-

осн.

7,2

0,04

0,1

13,4

0,1

6,2

Cr7C3, NiAl

* обозначение [Мe] соответствует твердому раствору на основе соответствующего металла

 

Порошки данных сплавов были использованы при получении защитных покрытий, наносимых методами электроконтактной приварки, плазменной наплавки и детонационного напыления. В таблице 2 представлены сравнительные свойства этих покрытий.

 

Таблица 2 – Свойства защитных покрытий из металлокарбидных композиций [3]

Марка сплава

Характеристика покрытий

Твердость,

HRC

Пористость,

об. %

Адгезия с подложкой, МПа

Сравнение с износостойкостьюсплава ВК-15

ПТЖ23Н6М*

91 ±1 HRA

0,6 ± 0,1

-

в 1,5 раза выше

КТС-4*

90 ±1 HRA

0,5 ± 0,1

-

в 1,4 раза выше

ПТЖ23Н6М**

67 ± 2

0,7 ± 0,1

-

в 2 раза выше

КТС-4**

68 ± 2

0,7 ± 0,1

-

в 2 раза выше

ТН-20***

60 ± 2

17 ± 2

45 ± 5

в 1,8 раза выше

ПТЖ23Н6М***

58 ± 3

18 ± 2

44 ± 5

в 1,5 раза выше

КХН-30***

72 ± 1,5

8 ± 1

43 ± 5

в 1,6 раза выше

ВК-15***

56 ± 3

15 ± 2

50 ± 5

Марка сплава* – покрытие нанесено электроконтактной приваркой;

марка сплава** – покрытие нанесено плазменнойнаплавкой;

марка сплава*** – покрытие нанесено детонационным напылением

 

а 146

б 147-

Рисунок 1 – Микроструктуры покрытий, полученных плазменной наплавкой

а – ПТЖ23Н6М(1000); б – КТС-4(1000)

 

а 148

б 149

Рисунок 2 – Микроструктуры покрытий, полученных детонационным напылением

а –КХН-30(800); б – ТН-20(800)

 

Данные таблицы 2 демонстрируют высокий уровень эксплуатационных свойств, которыми обладают покрытия из композиций ПТЖ23Н6М и КТС-4, полученные методом электроконтактной приварки и плазменной наплавки. Высокая износостойкость электроконтактных и плазменных покрытий из металлокарбидных композиций, которая превосходит износостойкость покрытий из сплава ВК-15, объясняется не только свойствами карбида титана, но и структурой покрытия, оптимальной для работы против износа. Как видно из рисунка 1, покрытия из композиций ПТЖ23Н6М и КТС-4характеризуются однородностью и равномерным распределением карбидов титана и хромав металлической связке по всему объему покрытия, низкой пористостью,высокой дисперсностью карбидной фазы, максимальный размер которой не превышал 10 мкм, а средний размер был равен 3...5 мкм.

На рисунке 2 представлена микроструктура покрытий из композиций ТН-20 (а) и КХН-30 (б), полученных методом детонационного напыления.Они также характеризуются равномерным распределением мелкодисперсной карбидной фазы в матрице. Средний размер зерен карбидов титана и хрома не превышал 10 мкм.

На основе установленных закономерностей фазовых и структурных превращений, приводящих к образованию металлокарбидных композиций с полностью или частично композиционной структурой предложена промышленная технология производстваширокого спектра порошковых металлокарбидныхкомпозиционных сплавов, содержащих карбиды переходных металлов IV, V групп и хрома, с различной металлической связкой, таких как TiC-Fe, TiC-Ni-Mo, TiC-Cr7C3-Ni-Mo, TiC-Ni3Al, Cr7C3-Ni3Al. Различными способами из нихполученызащитные покрытияи оценен уровень их служебных свойств.

 

Список использованных источников

1. Котенёв В.И., Касимцев А.В., Жигунов В.В., Котенёва В.Я. Восстановление –карбидизация оксида титана гидридом и карбидом кальция // Порошковая металлургия.  1988. №3. С.12-16.

2. Жигунов В.В., Касимцев А.В. Кинетика и механизмы процессов получения нано- и микрокристаллов интерметаллидов, фаз внедрения и их композиций. Тула: Изд.-во ТулГУ, 2012. 145 с.

3. Касимцев А.В.,  Левинский Ю. В. Гидридно-кальциевые порошки металлов, интерметаллидов, тугоплавких соединений и композиционных материалов.  М.: Изд.-во МИТХТ, 2012. 247 с.

4. Касимцев А.В., Левинский Ю. В., Жигунов В.В. Получение композиционного порошкаNi-TiС карбидизацией никелида титана // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2008. № 4.С.9-14.

5. Касимцев А.В., Жигунов В.В. Механизм и кинетика получения монокристаллических порошков карбида титана гидридно-кальциевым методом // Изв. вузов. Цветная металлургия.  2008.  № 6. С.42-48.

6. Касимцев А.В., Жигунов В.В.,   Табачкова Н.Ю.  Состав, структура и свойства гидридно- кальциевого порошка карбида титана // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2008. № 4. С.15-19.

7. Касимцев А.В.,   Корнеев Л.И., Жигунов В.В. Карбид титана и композиционные порошки на его основе для износостойких покрытий // Тяжелое машиностроение. 2006. №11.  С.6-9.

8. Жигунов В.В., Лавит А.И., Жигунов К.В. Моделирование процесса получения порошков Ni-TiC  // Новые материалы и технологии в машиностроении. 2013. №18. С.34-37.