Детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза

Проведено исследование формирования частиц композиционного порошка в процессе механохимического синтеза при обработке в планетарной мельнице смеси порошков ферромолибдена и карбида кремния. Установлено, что в результате этого процесса происходит образование карбида молибдена, а также силицидов ж...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
Hauptverfasser:	Борисов, Ю.С., Борисова, А.Л., Астахов, Е.А., Бурлаченко, А.Н., Ипатова, З.Г., Горбань, В.Ф.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2014
Schriftenreihe:	Автоматическая сварка
Schlagworte:	Научно-технический раздел
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103389
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза / Ю.С. Борисов, А.Л. Борисова, Е.А. Астахов, А.Н. Бурлаченко, З.Г. Ипатова, В.Ф. Горбань // Автоматическая сварка. — 2014. — № 3 (730). — С. 28-35. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-103389
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1033892016-06-17T03:02:59Z Детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза Борисов, Ю.С. Борисова, А.Л. Астахов, Е.А. Бурлаченко, А.Н. Ипатова, З.Г. Горбань, В.Ф. Научно-технический раздел Проведено исследование формирования частиц композиционного порошка в процессе механохимического синтеза при обработке в планетарной мельнице смеси порошков ферромолибдена и карбида кремния. Установлено, что в результате этого процесса происходит образование карбида молибдена, а также силицидов железа и молибдена с повышением средней микротвердости частиц с 7270 до 10520 МПа. Полученные порошки использованы для детонационного напыления покрытий. Свойства покрытий из порошка FeMo и композиционного порошка FeMo–SiC исследованы методами металлографии, рентгеноструктурного фазового анализа, микроиндентирования; кроме того, измерена их стойкость к изнашиванию и коррозии. На основании результатов микроиндентирования установлено, что комплекс механических характеристик (HІТ, Е, εes, σes) детонационного покрытия из композиционного порошка FeMo–SiC по своему уровню превосходит такие данные для покрытия из порошка FeMo, а значения HІТ/Е* и HІТ³3/Е*², используемые для оценки износостойкости, позволяют прогнозировать для покрытия FeMo–SiC повышенное сопротивление изнашиванию по сравнению с FeMo-покрытием. Применение карты типов структурных состояний материала, базирующейся на соотношении величин HІТ и εes, позволило оценить состояние покрытия из композиционного порошка FeMo–SiC как микро- наноструктурное. Измерения износо и коррозионной стойкости детонационного покрытия из FeMo–SiC в сравнении как с FeMo-покрытием, так и детонационным покрытием из смеси порошков NiCrBSi–WC (по износостойкости) и гальваническим хромом (по коррозионной стойкости) показали существенное преимущество первых. Причинами такого повышения функциональных свойств у детонационного покрытия из композиционного порошка FeMo–SiC следует считать наличие в напыляемых частицах продуктов механохимического синтеза, в частности силицидных фаз, и высокую дисперсность сформированной структуры покрытий. 2014 Article Детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза / Ю.С. Борисов, А.Л. Борисова, Е.А. Астахов, А.Н. Бурлаченко, З.Г. Ипатова, В.Ф. Горбань // Автоматическая сварка. — 2014. — № 3 (730). — С. 28-35. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103389 621.791 ru Автоматическая сварка Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Научно-технический раздел Научно-технический раздел
spellingShingle	Научно-технический раздел Научно-технический раздел Борисов, Ю.С. Борисова, А.Л. Астахов, Е.А. Бурлаченко, А.Н. Ипатова, З.Г. Горбань, В.Ф. Детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза Автоматическая сварка
description	Проведено исследование формирования частиц композиционного порошка в процессе механохимического синтеза при обработке в планетарной мельнице смеси порошков ферромолибдена и карбида кремния. Установлено, что в результате этого процесса происходит образование карбида молибдена, а также силицидов железа и молибдена с повышением средней микротвердости частиц с 7270 до 10520 МПа. Полученные порошки использованы для детонационного напыления покрытий. Свойства покрытий из порошка FeMo и композиционного порошка FeMo–SiC исследованы методами металлографии, рентгеноструктурного фазового анализа, микроиндентирования; кроме того, измерена их стойкость к изнашиванию и коррозии. На основании результатов микроиндентирования установлено, что комплекс механических характеристик (HІТ, Е, εes, σes) детонационного покрытия из композиционного порошка FeMo–SiC по своему уровню превосходит такие данные для покрытия из порошка FeMo, а значения HІТ/Е* и HІТ³3/Е*², используемые для оценки износостойкости, позволяют прогнозировать для покрытия FeMo–SiC повышенное сопротивление изнашиванию по сравнению с FeMo-покрытием. Применение карты типов структурных состояний материала, базирующейся на соотношении величин HІТ и εes, позволило оценить состояние покрытия из композиционного порошка FeMo–SiC как микро- наноструктурное. Измерения износо и коррозионной стойкости детонационного покрытия из FeMo–SiC в сравнении как с FeMo-покрытием, так и детонационным покрытием из смеси порошков NiCrBSi–WC (по износостойкости) и гальваническим хромом (по коррозионной стойкости) показали существенное преимущество первых. Причинами такого повышения функциональных свойств у детонационного покрытия из композиционного порошка FeMo–SiC следует считать наличие в напыляемых частицах продуктов механохимического синтеза, в частности силицидных фаз, и высокую дисперсность сформированной структуры покрытий.
format	Article
author	Борисов, Ю.С. Борисова, А.Л. Астахов, Е.А. Бурлаченко, А.Н. Ипатова, З.Г. Горбань, В.Ф.
author_facet	Борисов, Ю.С. Борисова, А.Л. Астахов, Е.А. Бурлаченко, А.Н. Ипатова, З.Г. Горбань, В.Ф.
author_sort	Борисов, Ю.С.
title	Детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза
title_short	Детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза
title_full	Детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза
title_fullStr	Детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза
title_full_unstemmed	Детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза
title_sort	детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2014
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103389
citation_txt	Детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза / Ю.С. Борисов, А.Л. Борисова, Е.А. Астахов, А.Н. Бурлаченко, З.Г. Ипатова, В.Ф. Горбань // Автоматическая сварка. — 2014. — № 3 (730). — С. 28-35. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT borisovûs detonacionnyepokrytiâizkompozicionnogoporoškaferromolibdenkarbidkremniâpolučennogometodommehanohimičeskogosinteza AT borisovaal detonacionnyepokrytiâizkompozicionnogoporoškaferromolibdenkarbidkremniâpolučennogometodommehanohimičeskogosinteza AT astahovea detonacionnyepokrytiâizkompozicionnogoporoškaferromolibdenkarbidkremniâpolučennogometodommehanohimičeskogosinteza AT burlačenkoan detonacionnyepokrytiâizkompozicionnogoporoškaferromolibdenkarbidkremniâpolučennogometodommehanohimičeskogosinteza AT ipatovazg detonacionnyepokrytiâizkompozicionnogoporoškaferromolibdenkarbidkremniâpolučennogometodommehanohimičeskogosinteza AT gorbanʹvf detonacionnyepokrytiâizkompozicionnogoporoškaferromolibdenkarbidkremniâpolučennogometodommehanohimičeskogosinteza
first_indexed	2025-07-07T13:48:15Z
last_indexed	2025-07-07T13:48:15Z
_version_	1836996200835842048
fulltext	28 3/2014 УДК 621.791 ДЕТОНАЦИОННЫЕ ПОКРЫТИЯ ИЗ КОМПОЗИЦИОННОГО ПОРОШКА ФЕРРОМОЛИбДЕН–КАРбИД КРЕМНИЯ, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ МЕХАНОХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА Ю. С. БОРИСОВ1, А. Л. БОРИСОВА1, Е. А. АСТАХОВ1, А. Н. БУРЛАЧЕНКО1, З. Г. ИПАТОВА1, В. Ф. ГОРБАНЬ2 1 ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ. 03680, г. Киев-150, ул. боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua 2 Ин-т проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАНУ. 03680, г. Киев, ул. Крижановского, 3. E-mail: epp@ipms.kiev.ua Проведено исследование формирования частиц композиционного порошка в процессе механохимического синтеза при обработке в планетарной мельнице смеси порошков ферромолибдена и карбида кремния. Установлено, что в результате этого процесса происходит образование карбида молибдена, а также силицидов железа и молибдена с повышением средней микротвердости частиц с 7270 до 10520 МПа. Полученные порошки использованы для детонационного напы- ления покрытий. Свойства покрытий из порошка FeMo и композиционного порошка FeMo–SiC исследованы методами металлографии, рентгеноструктурного фазового анализа, микроиндентирования; кроме того, измерена их стойкость к изнашиванию и коррозии. На основании результатов микроиндентирования установлено, что комплекс механических характеристик (HІТ, Е, εes, σes) детонационного покрытия из композиционного порошка FeMo–SiC по своему уровню превосходит такие данные для покрытия из порошка FeMo, а значения HІТ/Е* и HІТ 3/Е2, используемые для оценки износостойкости, позволяют прогнозировать для покрытия FeMo–SiC повышенное сопротивление изнашиванию по сравнению с FeMo-покрытием. Применение карты типов структурных состояний материала, базирующейся на соотно- шении величин HІТ и εes, позволило оценить состояние покрытия из композиционного порошка FeMo–SiC как микро- наноструктурное. Измерения износо- и коррозионной стойкости детонационного покрытия из FeMo–SiC в сравнении как с FeMo-покрытием, так и детонационным покрытием из смеси порошков NiCrBSi–WC (по износостойкости) и гальваническим хромом (по коррозионной стойкости) показали существенное преимущество первых. Причинами такого повышения функциональных свойств у детонационного покрытия из композиционного порошка FeMo–SiC следует счи- тать наличие в напыляемых частицах продуктов механохимического синтеза, в частности силицидных фаз, и высокую дисперсность сформированной структуры покрытий. библиогр. 14, табл. 5, рис. 10. К л ю ч е в ы е с л о в а : детонационное напыление, покрытие, композиционный порошок, механохимический синтез, ферромолибден, карбид кремния, фазовый состав, микротвердость, микроиндентирование, механические свойства, микронаноструктурное состояние, износостойкость, электрохимические характеристики Одним из путей современного развития газотерми- ческого напыления является разработка технологии нанесения покрытий с композиционной структу- рой, обладающей повышенными функциональными свойствами в соответствии с целью их применения. Часто эта задача решается с помощью напыления композиционных порошков (КП), полученных раз- личными способами, в частности, плакированием, конгломерированием с последующим спеканием и с помощью технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза [1, 2]. На базе ре- зультатов исследований процесса взаимодействия переходных металлов (Cr, Ti) и неметаллических тугоплавких соединений (SiC, B4C, Si3N4) [3–6] был разработан ряд составов КП для газотермического напыления покрытий, в которых при нагреве в ус- ловиях плазменной струи протекает экзотермиче- ская реакция взаимодействия с образованием кар- бидов, боридов, нитридов и силицидной матрицы (в случае SiC и Si3N4). Полученные покрытия про- демонстрировали высокое сопротивление изна- шиванию [4]. Дальнейшим шагом в развитии этого направления создания КП, предназначенных для нанесения покрытий с высокими функциональны- ми свойствами, явилось использование в качестве металлического компонента при взаимодействии с неметаллическим тугоплавким соединением различных ферросплавов (FeTi, FeV) [7–9]. Для формирования КП было использовано конгломе- рирование механической смеси порошков с по- следующим спеканием. Результаты исследования износостойкости покрытий, получаемых из этих порошков методами плазменного и детонацион- ного напыления, подтвердили эффективность раз- вития данного направления [9]. В настоящей работе представлены результаты исследования процесса формирования частиц КП из смеси ферросплава FeMo и SiC с помощью ме- тода механохимического синтеза (МХС) [10], име- ющего широкие перспективы в части разработки © Ю. С. борисов, А. Л. борисова, Е. А. Астахов, А. Н. бурлаченко, З. Г. Ипатова, В. Ф. Горбань, 2014 293/2014 экономичной и производительной технологии по- лучения КП, а также изучения структуры и свойств детонационных покрытий из КП FeMo–SiC. Методика эксперимента. В качестве исходных материалов для получения КП FeMo–SiC использо- вали сплав ферромолибдена (ГОСТ 4759–91), кото- рый дробили до размера частиц не более 100 мкм, и карбид кремния (ГОСТ 3647–71) с размером ча- стиц не более 3 мкм. Состав исходной смеси выбирали на основа- нии термодинамической оценки возможных ре- акций карбида кремния с молибденом и железом. Расчеты показали, что при взаимодействии SiC с железом термодинамически наиболее вероятна реакция образования силицида железа (Fe3Si) с выделением свободного углерода, а при взаимо- действии SiC с молибденом — смеси карбида мо- либдена (Мо2С) с силицидом молибдена (Мо3Si). Эти реакции характеризуются максимальными значениями теплового эффекта и адиабатического повышения температуры (табл. 1). Поскольку ферромолибден содержал 65 мас. % Мо и 35 мас. % Fe, то согласно расчету для полно- го прохождения выше рассмотренных реакций в смесь необходимо ввести 11,65 мас. % SiC. Процесс МХС смеси порошков указанного состава осуществляли с использованием планетарной мельни- цы «Активатор-2S» в воздушной среде при скоростях вращения барабанов 1500 об/мин, соотношении массы шаров к массе шихты 10:1 в течение 0,5…5,0 ч. В про- цессе МХС через 0,5; 1,5; 3,0 и 5,0 ч обработки отби- рали пробы для исследования фазового состава смеси, твердости, размера и формы частиц. Детонационные покрытия наносили на стальные образцы на установке «Перун-С» при расходах, м3/ч: пропан–бутана — 0,5, кислорода — 1,3, воздуха — 0,65, воздуха на транспортирование порошка — 0,12 и дистанции напыления 100 мм. Композиционные порошки и напыленные по- крытия исследовали методами металлографиче- ского анализа, рентгеноструктурного фазового анализа (РСФА) (установка «ДРОН-УМ-1», излу- чение CuKα, монохроматизированное), микродю- рометрического анализа (при нагрузке на инден- тор 25 г для порошков и 50 г для покрытий), а также микроиндентирования (только покрытий). Микроиндентирование проводили на установ- ке «Микрон-гамма» при комнатной температуре (нагрузка в пределах до F = 2 Н) алмазной пирами- дой берковича с углом заточки 65° при автомати- чески выполняемых нагружениях и разгружениях на протяжении 30 с. Одновременно проводили за- пись диаграммы нагружения, выдержки и разгру- жения в координатах F–h. Точность определения силы F составляла 10–3 Н, глубины внедрения ин- дентора h — ±2,5 нм. Значения показателей диа- граммы F, hmax, hост, hс, hs фиксировали по данным двух тысяч точек на диаграмме индентирования [11]. Вычисление таких характеристик материала, как твердость НІТ, контактный модуль упругости Е производили в соответствии со стандартом ISO 14577-1:2002(Е) . Изнашивание в условиях сухого трения сколь- жения исследовали на машине трения М-22М, на которой одновременно можно измерять коэффи- циент трения, износ образца с покрытием и тем- пературу в зоне контакта. Покрытие наносили на вкладыш из стали 45, контртелом служил вал из закаленной стали 45 (HRC 55-58). Испытания про- водили при нагрузке 2,0 МПа и скорости скольже- ния 5,0 м/с. Путь трения составлял 4 и 5 км. Коррозионную стойкость покрытий в морской воде и 10% растворе H2SO4 исследовали методом измерения поляризационного потенциала на по- тенциостате П-5827М с использованием трехэлек- тродной ячейки ЯСЭ-2. Результаты эксперимента. При исследовании структуры и фазового состава исходных порошков (рис. 1, 2) установлено, что ферромолибден, со- Т а б л и ц а 1 . Термодинамическая активность процесса синтеза продуктов наиболее вероятных реакций в систе- ме FeMo–SiC Реакция SiC, мас. % DН0 298, кДж/моль DТад, К 5Mo + SiC = Mo2C + Mo3Si 7,7 –85,02 342 3Fe + SiC = Fe3Si + C 19,0 –27,98 167 Рис. 1. Микроструктура (×500) частиц исходных порошков: а — FeMo; б — SiC 30 3/2014 держащий 65 мас. % Мо согласно ГОСТу 4759–91, как вытекает из равновесной диаграммы состоя- ния (рис. 3), состоит из молибдена и Fe3Mo2 (μ-фа- зы), а карбид кремния — только из α-SiC. В процессе МХС порошковой смеси FeMo + + 11,65 мас. % SiC на начальном этапе (0,5 ч) наблю- дается измельчение металлических частиц FeMo с внедрением в них мелкодисперсных частиц исход- ного карбида кремния (рис. 4, а). В дальнейшем происходит формирование композиционных частиц, состоящих из исходных компонентов (рис. 4, б), а также продуктов их химического взаимодействия (рис. 4, в, г). На рентгенограммах проб порошков, извлеченных из реактора в процессе МХС, в связи с высокой степенью их наклепа, на фоне гало, ко- торое свидетельствует о высокой степени аморфи- зации частиц, можно обнаружить лишь отдельные рентгеновские линии исходных фаз (Fe3Mo2, SiC) и продуктов их взаимодействия (Mo2С, Mo3Si и Fe3Si) (рис. 5), образование которых предполагалось со- гласно (см. табл. 1) термодинамической оценке воз- можных реакций молибдена и железа с SiС. Микротвердость частиц КП FeMo–SiC с уве- личением продолжительности МХС монотонно возрастает, достигая 10520 ± 1720 МПа при вре- мени обработки смеси 5,0 ч (табл. 2). При этом на вариационных кривых микротвердости отмечает- ся два максимума, которые означают два наиболее вероятных и характерных значения твердости ча- стиц (рис. 6). Характерно, что с увеличением про- должительности МХС оба максимума, как и сред- нее значение микротвердости частиц, сдвигаются в область более высоких значений. Для детонационного нанесения покрытий ис- пользовали КП FeMo–SiC, полученный МХС при времени обработки 5,0 ч, и для сравнения поро- шок ферромолибдена с размером частиц не более 63 мкм. В обоих случаях формируются плотные, тонколамелярные покрытия с оксидными про- слойками на границах ламелей и небольшим коли- чеством округлых металлических частиц. Дефек- тов и отслоений покрытий на границе с основой не обнаружено (рис. 7). Т а б л и ц а 2 . Фазовый состав и микротвердость КП системы FeMo–SiC в зависимости от продолжительности МХС Продолжитель- ность МХС, ч Фазовый состав Микротвердость, МПа средняя наиболее вероятная Исходная Fe3Мо2, Мо, SiC 7270±1870 (FeMo); 27200 (SiC)* – 0,5 Fe3Мо2, Мо, SiC, АФ 7950 ± 1760 6375, 11125 1,5 Fe3Мо2, Мо, SiC, АФ 8710 ± 2230 7750, 11250 3,0 Fe3Мо2, Мо, Мо2C, Мо3Si, Fe3Si, SiC, АФ 10090 ± 1530 8900, 11300 5,0 Fe3Мо2, Мо, Мо2C, Мо3Si, Fe3Si, SiC, АФ 10520 ± 1720 9700, 11750 * Литературные данные [12]. Рис. 2. Рентгенограммы исходных порошков: а — FeMo; б — SiC Рис. 3. Диаграмма состояния систем Fe–Mo (стрелкой отме- чен состав сплава) 313/2014 Согласно результатам РСФА в покрытии из ферромолибдена, помимо основной фазы исходно- го порошка, обнаружен сложный оксид Fe2MoO4, а в покрытии из КП FeMo–SiC, кроме фаз, входя- щих в состав исходного порошка, тот же оксид Fe2MoO4 и дисилицид молибдена MoSi2 (рис. 8). Это может свидетельствовать об активном проте- кании межфазного взаимодействия компонентов КП в условиях детонационного напыления, тем более, что следов SiC в покрытии не обнаружено. Механические характеристики покрытий из по- рошков ферросплава FeMo (с содержанием 65 мас. % Мо) и продуктов МХС в смеси FeMo–SiC были исследованы с помощью метода микроиндентиро- вания (рис. 9). Согласно современной существующей точке зре- ния при оценке поверхности сопротивления изнаши- ванию необходимо учитывать не только показатель ее твердости, но в равной мере и модуль упругости ее материала. Поэтому в настоящее время в качестве характеристики износостойкости поверхности ис- пользуется отношение Н/Е [13]. В то же время поведение покрытий в процессе изнашивания зависит от степени его сопротивле- ния пластической деформации, которое пропорци- онально значению отношения Н3/Е2 [13]. Поэтому указанные выше характеристики механических свойств материалов и покрытий, определяемые в результате применения метода нано- (или микро-) индентирования, используются в качестве крите- риев их износостойкости [13, 14]. Как показало обобщение результатов измерений этих характе- Рис. 4. Микроструктура (×1000) частиц порошка системы FeMo–SiC, полученного методом МХС при разной продолжительности обра- ботки: а — 0,5; б — 1,5; в — 3,0; г — 5,0 ч; травлено Рис. 5. Рентгенограммы частиц порошка системы FeМо–SiC в зависимости от продолжительности МХС: а — 0,5; б — 1,5; в — 3,0; г — 5,0 ч 32 3/2014 ристик для широкого круга материалов и покры- тий, их значение зависит как от состава, так и от структурного состояния материала поверхности (моно- и крупнокристаллическое, мелко- и нано- кристаллическое, аморфное и аморфно-нанокри- сталлическое) [11]. Исходя из изложенного выше, для оценки изно- состойкости покрытий FeMo–SiC к полученным данным микроиндентирования, представленных в табл. 3, были добавлены также параметры HІТ/Е* и HІТ 3/Е2. Анализ результатов микроиндентирования по- казывает, что покрытие, полученное из КП систе- мы FeMo–SiC, имеет более высокие показатели сопротивления изнашиванию, чем покрытие из порошка FeMo. Так, параметры H/Е возраста- ют с 0,066 до 0,080, а HІТ 3/Е2 – с 0,0345 до 0,067. Увеличение параметров εes и σes (с 2,04 до 2,47 и с 2,5 до 3,16 соответственно) свидетельствует так- же об улучшении пластических свойств покрытия из КП системы FeMo–SiC по сравнению с покры- тием из чистого ферросплава FeMo, в частности повышении его сопротивления абразивному изна- шиванию. Кроме того, сочетание одновременно- го возрастания HІТ и εes при рассмотрении карты типов структурных состояний материалов, пред- ложенной авторами работы [11], может свидетель- ствовать о смещении структуры покрытия из КП системы FeMo–SiC (по сравнению с FeMo-покры- тием) в область нанокомпозитного, содержаще- го микро- и наноразмерные фазы (рис. 10). Это подтверждают и рентгенограммы покрытий (см. рис. 8), на которых наблюдается бóльшее ушире- Рис. 6. Вариационные кривые микротвердости частиц КП системы FeMo–SiC в зависимости от продолжительности МХС: а — 0,5; б — 1,5; в — 3,0; г — 5,0 ч Рис. 7. Микроструктура (×400) детонационных покрытий из ферромолибдена (а) и КП FeМо–SiC (б) 333/2014 ние пиков в случае покрытия из КП FeMo–SiC. Для оценки функциональных свойств полу- ченного FeMo–SiC-покрытия было проведено измерение его триботехнических и электрохими- ческих характеристик. В табл. 4 приведены ре- зультаты определения в условиях сухого трения на пути 4 км при нагрузке 2 МПа линейного износа и коэффициента трения исследуемых детонаци- онных покрытий в сравнении с детонационным покрытием из механической смеси NiCrВSi-спла- ва ПГ-10Н-01+WC (65/35) и сталью 45 с HRC 55- 58. Как видим, у детонационного покрытия из КП Рис. 8. Рентгенограммы детонационных покрытий из порошка FeMo (а) и КП FeMo–SiC (б) Рис. 9. Диаграммы детонационных покрытий из порошка ферросплава FeMo (а) и КП FeMo–SiC (б), полученных микроиндентированием Таблица. 3. Результаты микроиндентирования детонационных покрытий системы FeMo–SiC Показатель микроиндентирования Состав напыленных порошков Ферросплав FeMo (65 мас. % Мо) Продукт МХС FeMo (65 мас. % Мо) + SiC Максимальная глубина внедрения индентора hmax, мкм 3,934 3,575 Контактная глубина внедрения индентора hс, мкм 3,256 2,856 Твердость при индентировании HIT (ГПа) в контактной области отпечатка глубиной hс 7,7±3 10,3±25 Контактный модуль упругости Е, ГПа 115 127,6 HІТ/Е* 0,066 0,080 H3 ІТ/Е2 0,0345 0,067 Относительная внеконтактная упругая деформация ees, % 2,04 2,47 Напряжение внеконтактной упругой деформации ses, ГПа 2,5 3,16 Т а б л и ц а 4 . Линейный износ и коэффициент трения детонационных покрытий Материал покрытия Способ приготовления порошка Линейный износ, мкм/км Коэффициент трения FeMo Измельченный сплав 20,0 0,6 КП FeMo–11,65SiC МХС 2,0…4,0 0,6…0,7 ПГ-10Н-01+WC Механическая смесь (65/35) 11,0 0,6 Сталь 45 - 145,0 0,72 34 3/2014 FeMo–SiC стойкость к изнашиванию в условиях сухого трения выше в 5…10 раз, чем у покрытия из FeMo-сплава; в 2,5…5 раза выше, чем у покры- тия из порошка, содержащего 65 мас. % никеле- вого самофлюсующего сплава ПГ-10Н-01 в смеси с 35 мас. % WC, и в 35…75 раз выше, чем у стали 45. При этом коэффициент трения сохраняется на уровне 0,6…0,7. Эти результаты совпадают с приве- денным выше прогнозом высокой износостойкости покрытия из КП FeMo–SiC, основанном на значении показателей HІТ/Е и HІТ 3/Е2 и очевидно связанным как с его структурным состоянием, так и с фазовым составом. Результаты измерения электрохимических ха- рактеристик покрытий, приведенные в табл. 5, свидетельствуют о повышенной коррозионной стойкости детонационного покрытия из КП FeMo– SiC не только по сравнению с FeMo-покрытием, но и с гальваническим хромовым покрытием. Расчетная скорость коррозии в морской воде детонационного покрытия из КП FeMo–SiC со- ставляет 0,077 против 0,1 и 0,18 мм/год для FeMo-покрытия и гальванического хрома. В соот- ветствии с этим срок службы защитного покрытия толщиной 0,5 мм равен 6,7; 4,8 и 4,5 года для по- крытий из КП FeMo–SiC, FeMo и гальванического хрома соответственно. К причинам такого повы- шения коррозионной стойкости следует отнести появление в покрытии силицидных фаз, а также, вероятно, особенности структурного состояния детонационного покрытия из КП FeMo–SiC. Выводы 1. В результате процесса МХС, протекающего в течение 5 ч в планетарной мельнице, из смеси порошков ферросплава FeMo и SiC формируют- ся частицы КП, содержащие, кроме Fe3Mo2 и Mo, продукты синтеза в виде Mo2C, Mo3Si и Fe3Si. При этом средняя микротвердость частиц на основе FeMo увеличивается с 7270 до 10520 МПа. 2. При использовании для детонационного на- пыления порошков FeMo–SiC с размером частиц менее 63 мкм получены плотные покрытия, содер- жащие, помимо фазовых составляющих исходно- го порошка, фазы MoSi2 и Fe2MoO4 с признаками аморфизации покрытия. 3. Методом микроиндентирования проведено измерение механических характеристик покры- тий из FeMo и КП FeMo–SiC. Установлено, что покрытие из продуктов МХС FeMo–SiC обладает комплексом свойств, описываемых критериями HІТ/Е и HІТ 3/Е2, значение которых позволяет про- гнозировать его повышенную износостойкость по сравнению с FeMo-покрытием (соответственно для покрытий из FeMo и КП FeMo–SiC HІТ/Е рав- но 0,066 и 0,080, HІТ 3/Е*2 — 0,0345 и 0,067). 4. Анализ характера структуры покрытий с ис- пользованием карты типов структурных состоя- ний показал, что в случае применения для детона- ционного напыления КП FeMo–SiC, полученного МХС, покрытие в соответствии со своими меха- ническими характеристиками находится в области микронаноструктурного состояния. 5. При исследовании триботехнических и элек- трохимических характеристик детонационных по- крытий из порошков FeMo и КП FeMo–SiC уста- новлено, что покрытия, полученные из продуктов МХС FeMo–SiC, имеют более высокую стойкость к изнашиванию (в условиях сухого трения) и кор- розии (в 10% растворе H2SO4 и морской воде), чем FeMo-покрытия, а также чем покрытия из смеси ПГ-10Н-01 с WC (в случае изнашивания) и Рис. 10. Карта типов структурного состояния материа- лов [11]: I — крупнокристаллическое; IIа — мелкокри- сталлическое; IIб — нанокристаллическое; III — аморф- но-нанокристаллическое; 1 — FeMo-покрытие; 2 — КП FeMo–SiC-покрытие Т а б л и ц а 5 . Электрохимические характеристики детонационных покрытий в различной среде испытаний Материал покрытия Водный раствор с 10 % H2SO4 Морская вода потенциал коррозии Е, В скорость коррозии i, ×105 А/см2 потенциал коррозии Е,В скорость коррозии i, ×106 А/см2 FeMo –0,2 6,4 –0,32 9,2 КП FeMo–11,65SiC (МХС) –0,12 3,6 –0,32 5,0 Гальванический хром –0,12 720 –0,18 9,6 353/2014 гальванического хрома (в условиях коррозионно- го воздействия). Причинами этого является фор- мирование в покрытиях силицидных фаз, а также повышенная дисперсность их структуры. 1. Газотермическое напыление композиционных порошков / А. Я. Кулик, Ю. С. борисов, А. С. Мнухин, М. Д. Ники- тин. – Л.: Машиностроение, 1985. – 199 с. 2. Борисова А. Л., Борисов Ю. С. Использование процессов самораспространяющегося высокотемпературного син- теза в технологии газотермического нанесения покрытий // Порошк. металлургия. – 2008. – № 1/2. – С. 105–125. 3. Взаимодействие в системе Cr–SiC в условиях обычного и плазменного нагрева / А. Л. борисова, Ю. С. борисов, Л. К. Шведова и др. // Там же. – 1979. – № 10. – С. 79–84. 4. Взаимодействие в композиционных порошках Ti–SiC и свойства напыленных покрытий / А. Л. борисова, Ю. С. борисов, б. А. Полянин и др. // Там же. – 1985. – № 10. – С.92–96. 5. Композиционные плазменные покрытия Ti–Si–C / Ю. С. борисов, А. Л. борисова, Л. И. Адеева и др. // Пробл. со- врем. электрометаллургии. – 1995. – № 3. – С. 62–70. 6. Borisov Yu. S., Borisova A. L., Shvedova L. K. Transition metal — nonmetallic refractory compounds composite powders for thermal spraying // Advances in thermal spraying: Proc. of ITSC’86, Montreal, Canada, Sept. 8–12, 1986. – Pergamon press, 1986. – P. 323–332. 7. Исследование межфазного взаимодействия ферротитана с карбидом кремния в порошковых смесях, используе- мых для газотермического нанесения покрытий / Г. М. Григоренко, А. Л. борисова, Ю. С. борисов и др. // Пробл. соврем. электрометаллургии. – 2002. – № 4. – С. 37–41. 8. Исследование межфазного взаимодействия ферротитана с карбидом бора в порошковых смесях для нанесения га- зотермических покрытий / Г. М. Григоренко, А. Л. бо- рисова, Ю. С. борисов и др. // Там же. – 2003. – № 1. – С. 28–31. 9. Износостойкость газотермических покрытий, получен- ных из композиционных порошков ферросплав–B4C, SiC / А. П. Мурашов, Е. А. Астахов, И. А. Демьянов, А. Д. Ка- пула // Автомат. сварка. – 2003. – № 7. – С. 51–52. 10. Ловшенко Г. Ф., Ловшенко Ф. Г., Хина Б. Б. Нанострук- турные механически легированные материалы на основе металлов. – Могилев, 2008. – 677 с. 11. Фирстов С. А., Горбань В. Ф., Печковский Э. П. Новая методика обработки и анализа результатов автоматиче- ского индентирования материалов. – Киев: Логос, 2009. – 82 с. 12. Свойства, получение и применение тугоплавких соеди- нений / Под ред. Т. Я. Косолаповой. Справ. изд. – М.: Ме- таллургия, 1986. – 926 с. 13. Leyland A., Matthews A. On the significance of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite coating approach to optimised tribological behavior // Wear. – 2000. – 246. – P. 1–11. 14. Модификация рабочих поверхностей деталей нанесени- ем упрочняющего нанопокрытия / А. О. Горленко, И. Л. Шупиков, П. А. Тополянский, А. П. Тополянский // Ме- таллообработка. – 2012. – № 2. – С. 31–36. Поступила в редакцию 16.12.2013 XII ВСЕукрАИНСкАя НАучНО-ПрАкТИчЕСкАя кОНфЕрЕНЦИя «СПЕЦИАЛЬНАя МЕТАЛЛурГИя: ВчЕрА, СЕГОдНя, ЗАВТрА» 15 апреля 2014 НТУУ «КПИ», г. Киев Организаторы: • Министерство образования и науки Украины • Национальный технический университет «КПИ» • Инженерно-физический факультет • Кафедра физико-химических основ технологии металлов Секции конференции: Вакуумная металлургия Электрошлаковые технологии Плазменно-дуговые технологии Электронно-лучевые технологии Электромагнитные технологии Внепечная обработка металлов Общие вопросы металлургии и литейного производства Общие вопросы металловедения и терми- ческой обработки Новые прогрессивные материалы и тех- нологии их получения. Контакты: тел. (093) 478-19-61 Михаленков Константин Викторович; тел. (067)918-64-76 Рыбак Вячеслав Николаевич E-mail: admin@fhotm.kpi.ua

Детонационные покрытия из композиционного порошка ферромолибден–карбид кремния, полученного методом механохимического синтеза

Institution

Ähnliche Einträge