Детонационные покрытия из порошков интерметаллидов системы Fe–Al, полученных методом механохимического синтеза

Исследованы структура, состав и микротвердость детонационных покрытий, полученных при использовании порошков интерметаллидов Fe₃Al, FeAl и Fe₂Al₅, изготовленных методом механохимического синтеза (МХС), и смесей порошков Fe и Al эквивалентных составов. Установлено влияние соотношения «кислород–горючи...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2017
Автори:	Борисов, Ю.С., Борисова, А.Л., Астахов, Е.А., Цимбалиста, Т.В., Бурлаченко, А.Н., Васильковская, М.А., Кильдий, А.И.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2017
Назва видання:	Автоматическая сварка
Теми:	Научно-технический раздел
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148174
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:	Детонационные покрытия из порошков интерметаллидов системы Fe–Al, полученных методом механохимического синтеза / Ю.С. Борисов, А.Л. Борисова, Е.А. Астахов, Т.В. Цимбалиста, А.Н. Бурлаченко, М.А. Васильковская, А.И. Кильдий // Автоматическая сварка. — 2017. — № 4 (763). — С. 25-31. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-148174
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1481742019-02-18T01:25:20Z Детонационные покрытия из порошков интерметаллидов системы Fe–Al, полученных методом механохимического синтеза Борисов, Ю.С. Борисова, А.Л. Астахов, Е.А. Цимбалиста, Т.В. Бурлаченко, А.Н. Васильковская, М.А. Кильдий, А.И. Научно-технический раздел Исследованы структура, состав и микротвердость детонационных покрытий, полученных при использовании порошков интерметаллидов Fe₃Al, FeAl и Fe₂Al₅, изготовленных методом механохимического синтеза (МХС), и смесей порошков Fe и Al эквивалентных составов. Установлено влияние соотношения «кислород–горючий газ» в детонирующей смеси на процесс окисления напыляемого материала. В результате определения фазового состава покрытий, нанесенных с использованием различных порошков, показано, что в случае применения механических смесей слой состоит в основном из частиц исходной смеси Fe и Al. Структура покрытий из МХС Fe–Al-порошков содержит смесь продуктов нагрева и окисления этих порошков. Микротвердость покрытий изменяется от 4580 до 5710 МП а в зависимости от состава. Досліджено структуру, склад та мікротвердість детонаційних покриттів, отриманих при використанні порошків інтерметалідів Fe₃Al, FeAl и Fe₂Al₅, виготовлених методом механохімічного синтезу (МХС), і сумішей порошків Fe і Al еквівалентних складів. Встановлено вплив співвідношення «кисень–горючий газ» в детонуючій суміші на процес окислення напилюваного матеріалу. В результаті визначення фазового складу покриттів, нанесених з використанням різних порошків, показано, що в разі застосування механічних сумішей шар складається в основному з частинок первинної суміші Fe і Al. Структура покриттів з МХС Fe–Al-порошків містить суміш продуктів нагріву і окислення їх матеріалу. Мікротвердість покриттів змінюється від 4580 до 5710 МП а в залежності від складу. Structure, composition and microhardness of detonation coatings were examined. They were received using Fe₃Al, FeAl и Fe₂Al₅ intermetallic powders, produced by mechanical alloying (MA) method, and mixtures of Fe and Al powders of equivalent compositions. An effect of «oxygen–combustible gas» relationship in the detonation mixture on oxidation process of material being sprayed was determined. The results of determination of phase composition of the coatings, deposited using different powders, show that in case of application of mechanical mixtures a layer mainly consists of the particles of Fe and al initial mixture. A structure of coatings of MA Fe–Al-powders contains mixture of heating and oxidation products of these powders. Microhardness of the coatings varies from 4580 to 5710 MPa depending on composition. 2017 Article Детонационные покрытия из порошков интерметаллидов системы Fe–Al, полученных методом механохимического синтеза / Ю.С. Борисов, А.Л. Борисова, Е.А. Астахов, Т.В. Цимбалиста, А.Н. Бурлаченко, М.А. Васильковская, А.И. Кильдий // Автоматическая сварка. — 2017. — № 4 (763). — С. 25-31. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 0005-111X DOI: https://doi.org/10.15407/as2017.04.05 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148174 621.793.7 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. Цимбалиста, Т.В. Бурлаченко, А.Н. Васильковская, М.А. Кильдий, А.И. Детонационные покрытия из порошков интерметаллидов системы Fe–Al, полученных методом механохимического синтеза Автоматическая сварка
description	Исследованы структура, состав и микротвердость детонационных покрытий, полученных при использовании порошков интерметаллидов Fe₃Al, FeAl и Fe₂Al₅, изготовленных методом механохимического синтеза (МХС), и смесей порошков Fe и Al эквивалентных составов. Установлено влияние соотношения «кислород–горючий газ» в детонирующей смеси на процесс окисления напыляемого материала. В результате определения фазового состава покрытий, нанесенных с использованием различных порошков, показано, что в случае применения механических смесей слой состоит в основном из частиц исходной смеси Fe и Al. Структура покрытий из МХС Fe–Al-порошков содержит смесь продуктов нагрева и окисления этих порошков. Микротвердость покрытий изменяется от 4580 до 5710 МП а в зависимости от состава.
format	Article
author	Борисов, Ю.С. Борисова, А.Л. Астахов, Е.А. Цимбалиста, Т.В. Бурлаченко, А.Н. Васильковская, М.А. Кильдий, А.И.
author_facet	Борисов, Ю.С. Борисова, А.Л. Астахов, Е.А. Цимбалиста, Т.В. Бурлаченко, А.Н. Васильковская, М.А. Кильдий, А.И.
author_sort	Борисов, Ю.С.
title	Детонационные покрытия из порошков интерметаллидов системы Fe–Al, полученных методом механохимического синтеза
title_short	Детонационные покрытия из порошков интерметаллидов системы Fe–Al, полученных методом механохимического синтеза
title_full	Детонационные покрытия из порошков интерметаллидов системы Fe–Al, полученных методом механохимического синтеза
title_fullStr	Детонационные покрытия из порошков интерметаллидов системы Fe–Al, полученных методом механохимического синтеза
title_full_unstemmed	Детонационные покрытия из порошков интерметаллидов системы Fe–Al, полученных методом механохимического синтеза
title_sort	детонационные покрытия из порошков интерметаллидов системы fe–al, полученных методом механохимического синтеза
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2017
topic_facet	Научно-технический раздел
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148174
citation_txt	Детонационные покрытия из порошков интерметаллидов системы Fe–Al, полученных методом механохимического синтеза / Ю.С. Борисов, А.Л. Борисова, Е.А. Астахов, Т.В. Цимбалиста, А.Н. Бурлаченко, М.А. Васильковская, А.И. Кильдий // Автоматическая сварка. — 2017. — № 4 (763). — С. 25-31. — Бібліогр.: 21 назв. — рос.
series	Автоматическая сварка
work_keys_str_mv	AT borisovûs detonacionnyepokrytiâizporoškovintermetallidovsistemyfealpolučennyhmetodommehanohimičeskogosinteza AT borisovaal detonacionnyepokrytiâizporoškovintermetallidovsistemyfealpolučennyhmetodommehanohimičeskogosinteza AT astahovea detonacionnyepokrytiâizporoškovintermetallidovsistemyfealpolučennyhmetodommehanohimičeskogosinteza AT cimbalistatv detonacionnyepokrytiâizporoškovintermetallidovsistemyfealpolučennyhmetodommehanohimičeskogosinteza AT burlačenkoan detonacionnyepokrytiâizporoškovintermetallidovsistemyfealpolučennyhmetodommehanohimičeskogosinteza AT vasilʹkovskaâma detonacionnyepokrytiâizporoškovintermetallidovsistemyfealpolučennyhmetodommehanohimičeskogosinteza AT kilʹdijai detonacionnyepokrytiâizporoškovintermetallidovsistemyfealpolučennyhmetodommehanohimičeskogosinteza
first_indexed	2025-07-12T18:31:14Z
last_indexed	2025-07-12T18:31:14Z
_version_	1837466993198891008
fulltext	НАУ НО-ТЕ Н ЕСК Й РАЗДЕЛ 25 - АВТОМАТ ЕСКАЯ СВАРКА, , УДК 621.793.7 ДетонаЦионные поКрытия иЗ пороШКоВ интерметаллиДоВ системы Fe–Al, полУченных метоДом механохимичесКоГо синтеЗа Ю. С. БОРИСОВ1, А. Л. БОРИСОВА1, Е. А. АСТАХОВ1, Т. В. ЦИМБАЛИСТА1, А. Н. БУРЛАЧЕНКО1, М. А. ВАСИЛЬКОВСКАЯ2, А. И. КИЛЬДИЙ1 1иЭс им. е. о. патона нан Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua 2ипм им. и. н. Францевича нан Украины. 03680, г. Киев-142, ул. Кржижановского, 3. E-mail: deprconf@ipms.kiev.ua исследованы структура, состав и микротвердость детонационных покрытий, полученных при использовании порошков интерметаллидов Fe3Al, FeAl и Fe2Al5, изготовленных методом механохимического синтеза (мхс), и смесей порошков Fe и Al эквивалентных составов. Установлено влияние соотношения «кислород–горючий газ» в детонирующей смеси на процесс окисления напыляемого материала. В результате определения фазового состава покрытий, нанесенных с ис- пользованием различных порошков, показано, что в случае применения механических смесей слой состоит в основном из частиц исходной смеси Fe и Al. структура покрытий из мхс Fe–Al-порошков содержит смесь продуктов нагрева и окисления этих порошков. микротвердость покрытий изменяется от 4580 до 5710 мпа в зависимости от состава. библиогр. 21, табл. 3, рис. 8. К л ю ч е в ы е с л о в а : детонационное напыление, алюминиды железа, порошки, механохимический синтез, состав детонирующей смеси, покрытия, фазовый состав, микротвердость В связи с низкими прочностными свойствами алюминидов железа, особенно при комнатной температуре [1, 2], рациональным путем практи- ческого использования их высокой стойкости к коррозии и износу в агрессивных высокотемпера- турных газовых средах явилась разработка защит- ных покрытий, в том числе получаемых методами газотермического напыления (Гтн) из порошков на основе Fe–Al [3, 4]. основная масса работ в этой области была проведена в сШа (Oak Ridge Nat. Lab., Idaho Nat. Lab) [5, 6] и Западной евро- пе — Франция (технологический университет бельфор-монбельяр, лилльский университет), испания (барселонский университет) с исполь- зованием плазменного и высокоскоростного газо- пламенного напыления [7–11]. серия исследовательских работ по изучению структуры и свойств Fe–Al-покрытий, получен- ных методом детонационного напыления, была проведена в Варшавском военном университе- те [12, 13]. В качестве материала для нанесения покрытий при проведении указанных работ ис- пользовали порошки Fe–Al-сплава, полученные методом распыления расплава струей инертно- го газа Fe–28Al–2Cr и Fe–40Al–0,05Zr–0,01B, ат. %. недостатком этого метода получения порошка Fe–Al являются трудности, связанные с операци- ей выплавки таких сплавов, исходные компонен- ты которых характеризуются большой разницей в температурах плавления и высокой экзотермично- стью процессов сплавообразования. более простым и менее затратным способом получения порошков интерметаллидов является использование процесса мхс, который реализу- ется в условиях высокоэнергетической обработ- ки смесей порошков в шаровых планетарных или вибрационных мельницах [14, 15]. Это позволяет в значительной степени снять ограничения в со- ставах разрабатываемых интерметаллидов и обе- спечивает возможность химической и фазовой од- нородности синтезируемых порошков. поскольку при мхс все реакции проходят в твердой фазе, то не возникает проблемы, связанной с проявлением флуктуаций по концентрации в жидкой фазе при переплаве. практическое применение порошков интерметаллидов Fe–Al, полученных методом мхс, для нанесения газотермических покрытий, в том числе с наноразмерной структурой, пред- ставлено в работах [16–18]. исследование формирования в условиях про- цесса мхс порошков интерметаллидов Fe3Al, FeAl, Fe2Al5 с изучением фазовых и структурных превращений было выполнено в работе [19]. Целью настоящей работы было исследование структуры и фазового состава детонационных покрытий из порошков интерметаллидов Fe3Al, FeAl, Fe2Al5, полученных методом мхс, и из ме- ханических смесей порошков Fe+Al, рассчитан- © Ю. с. борисов, а. л. борисова, е. а. астахов, т. В. Цимбалиста, а. н. бурлаченко, м. а. Васильковская, а. и. Кильдий, 2017 НАУ НО-ТЕ Н ЕСК Й РАЗДЕЛ 26 - АВТОМАТ ЕСКАЯ СВАРКА, , ных на возможность получения в процессе их на- пыления интерметаллидов такого же состава. с целью оценки влияния параметров детона- ционного напыления (Дн) на условия нагрева Fe–Al порошков и развитие процесса их окисле- ния проводили сбор частиц порошка, прошедших обработку струей продуктов детонации, в водя- ную ванну с анализом их формы, размера и струк- туры, а также использовали «сплет–тест» для анализа формы и размера частиц, которые подвер- глись деформации при ударе об основу. при этом было изучено влияние таких параме- тров Дн, как расход газа-разбавителя (воздуха) и соотношение расхода кислорода к горючему газу (β), которые влияют на температуру и скорость струи продуктов детонации. процесс мхс проводили путем обработки сме- си порошков Fe+Al в планетарной шаровой мельни- це при скорости вращения барабанов 1500 об/мин, центральной оси — 1000 об/мин в течение 5 ч. механические смеси готовили в лабораторном ат- триторе путем смешивания в течение 5 мин. Для нанесения покрытий использовали порошки кон- гломерированных продуктов мхс и механиче- ские смеси порошков Fe+Al с размером частиц 40...80 мкм. характеристики порошков для Гтн представлены в табл. 1. напыление покрытий проводили на установке «перУн-с». В качестве основных параметров ра- боты установки были использованы: состав горючего газа .............................. смесь пропан–бутана .......................................................... (60C3H8 + 40C4H10, об. %) газ–разбавитель ............................................................... воздух воздух транспортирующий ...........................................0,4 м3/ч частота выстрелов .........................................................400/мин загрузка порошка ............................................. 120 мг/выстрел глубина загрузки порошка ..............................................250 мм В качестве базового режима Дн при изучении влияния расхода воздуха–разбавителя на дисперс- ность напыляемого порошка расход пропан–бу- тана составлял 0,45, кислорода 1,55 м3/ч. расход воздуха изменяли в размерах 0,4; 0,6 и 0,9 м3/ч. сбор частиц в водяную ванну проводили на рас- стоянии 50 мм от среза ствола установки. на рис. 1 представлены гистограммы распределения по размеру частиц — продуктов обработки в дето- национной струе порошка Fe3Al (табл. 1). из них следует, что в процессе подачи порошка в ствол установки и в результате воздействия струи про- дуктов детонации происходит разрушение части конгломерированных частиц. В связи с этим по- является фракция порошка с размером частиц ме- нее 40 мкм, доля которой составляет 40...55 % в зависимости от расхода воздуха-разбавителя. наи- большая степень измельчения — 55 % обнаруже- на в случае его расхода 0,6 м3/ч (рис. 1, б). снижение размера частиц с одной стороны улучшает условия их нагрева, а с другой — увели- чивает относительный размер свободной поверх- ности, что может отразиться на степени окисле- ния напыляемого материала. Влияние показателя β на окисленность и ми- кротвердость покрытий из порошка Fe3Al оце- Т а б л и ц а 1 . Характеристика порошков на базе Fe–Al для ГТН состав метод получения Hμ, мпа Фазовый состав 86Fe + 14Al (мас. %) механическая смесь 1500 ± 230 (Fe), 330 ± 50 (Al) Fe, Al Fe3Al мхс 4060 ± 1010 Fe3Al с а = 0,5787 нм 67Fe + 33Al (мас. %) механическая смесь 1500 ± 230 (Fe), 330 ± 50 (Al) Fe, Al FeAl мхс 2530 ± 740 FeAl с а = 0,2928 нм 45Fe + 55Al (мас. %) механическая смесь 1500 ± 230 (Fe), 330 ± 50 (Al) Fe, Al Fe2Al5 мхс 2560 ± 800 Fe2Al5, примесь FeAl рис. 1. Гистограмма распределения по размерам частиц по- рошка Fe3Al, распыленного в воду при расходе воздуха: а — 0,4; б — 0,6; в — 0,9 м3/ч (расход пропан–бутана 0,45, кисло- рода 1,55 м3/ч, дистанция напыления 110 мм) НАУ НО-ТЕ Н ЕСК Й РАЗДЕЛ 27 - АВТОМАТ ЕСКАЯ СВАРКА, , нивали путем изменения расхода кислорода в пределах от 0,80 до 1,75 м3/ч при сохранении по- стоянными расходов пропан–бутана 0,5 м3/ч, воз- духа-разбавителя 0,65 м3/ч и транспортирующего воздуха 0,4 м3/ч, что соответствует изменению β в пределах 1,6...3,5, а с учетом кислорода возду- ха β` (соотношение общего кислорода (кислород + воздух) к горючему газу) — 2,04...3,90. результаты эксперимента представлены в табл. 2. о содержании оксидов в покрытии судили по результатам металлографического и рентгено- структурного фазового анализа (рсФа). на рис. 2 в качестве примера приведены фрагменты рентге- нограмм детонационных покрытий, полученных при разном соотношении кислорода и пропан-бу- тана в детонирующей смеси. на них участки под номерами 1 и 2 относятся к металлической со- ставляющей покрытия (интерметаллиду Fe3Al и твердому раствору Al в Fe), а участки под но- мерами 3, 4, 5 — это отражения от оксидных фаз (Fe3O4, FeAl2о4). по соотношению интенсивности рентгеновских отражений металлических и оксид- ных фаз оценивали их относительное содержание в покрытии (табл. 2). резкое возрастание содержания оксидов при переходе расхода кислорода от 1,3 до 1,55 и вели- чины β с 3,0 до 3,5 может быть объяснено измене- нием режима сгорания горючего газа от неполно- го (с образованием со и н2о) к полному (со2 и н2о). Это приводит к повышению температуры и скорости струи продуктов детонации с перегревом частиц порошка [20, 21]. Это явление было обнаружено при исследова- нии зависимости формы сплетов (деформирован- ных частиц напыляемого порошка) от условий напыления, в частности, соотношения расхода кислорода и горючего газа. на рис. 3 представле- ны сплеты, полученные при β = 2,2; 4,1 и 4,6. Во втором и третьем случаях сплеты сформировались из частиц перегретого расплава, имеющего низ- кую вязкость и содержащего оксидную фазу. на основании результатов выполненных экс- периментов по показателю степени окисления частиц напыляемого материала для получения образцов покрытий с целью исследования их структуры, фазового состава и микротвердости был выбран режим напыления детонационных по- крытий из механических смесей и мхс порошков системы Fe–Al: расход смеси 60 % C3H8+40 % C4H10 ...........................0,5 м3/ч расход кислорода ............................................................1,3 м3/ч расход воздуха-разбавителя ..........................................0,6 м3/ч дистанция напыления .....................................................110 мм Т а б л и ц а 2 . Влияние соотношения расхода содержа- ний кислорода и пропан-бутана в детонирующей смеси β на количество оксидов и микротвердость покрытий Fe–Al расход кислоро- да, м3/ч соотношение окислителя и горючего газа Hμ, мпа содержание оксидов по данным рсФа (об. %)β β′ 0,8 1,6 2,04 3900 ± 520 <5 1,05 2,10 2,54 4230 ± 790 ∼5 1,3 2,6 3,04 4520 ± 610 ∼10 1,55 3,1 3,54 4620 ± 680 40 1,75 3,5 3,90 5767 ± 1280 ∼50 Примечание. расход пропан–бутана 0,5; воздуха-разбави- теля 0,65; транспортирующего воздуха 0,4 м3/ч; дистанция напыления 110 мм. рис. 2. Фрагменты рентгенограмм детонационных покрытий, полученных при разном соотношении кислорода и пропан-бу- тана в детонирующей смеси β: а — 2,1; б — 2,6; в — 3,1 (опи- сание 1–5 см. в тексте) рис. 3. сплеты детонационных покрытий из порошка Fe3Al при различном соотношении расхода «кислород – пропан–бутан» (×500): β = 2,2 (а), 4,1 (б), 4,6 (в) НАУ НО-ТЕ Н ЕСК Й РАЗДЕЛ 28 - АВТОМАТ ЕСКАЯ СВАРКА, , В результате исследования структуры детона- ционных покрытий из порошков интерметалли- дов системы Fe–Al трех составов, а также смесей порошков Fe+Al, рассчитанных на получение тех же составов при напылении, было установлено следующее. В процессе напыления механических смесей формируется крупнозернистая, плотная структура, при этом дефекты и отслоения на границе с основой отсутствуют (рис. 4, а, в, д). структура покрытий из мхс-порошков тонкодисперсная, ламелярная, с че- редованием светлых (металлических) и темных (ок- сидных) ламелей (рис. 4, б, г, е). рис. 4. микроструктура (×400) детонационных покрытий: из механической смеси, мас. %: а — 86Fe + 14Al; в — 67Fe + 33Al; д — 45Fe + 55Al; из порошков интерметаллидов: б — Fe3Al; г — FeAl; е — Fe2Al5 рис. 5. рентгенограммы детонационных покрытий: а — из механической смеси 86Fe + 14Al (мас. %); б — из мхс-порошка Fe3Al НАУ НО-ТЕ Н ЕСК Й РАЗДЕЛ 29 - АВТОМАТ ЕСКАЯ СВАРКА, , согласно данным рсФа было установлено, что в условиях детонационного напыления ме- ханических смесей порошков Fe и Al степень межфазного взаимодействия компонентов не обеспечивает реализацию процесса синтеза соот- ветствующих расчетному интерметаллидных фаз, в покрытиях сохраняются исходные компоненты Fe и Al. интерметаллидные фазы обнаружены в небольшом количестве наряду с оксидами алюми- ния и железа (рис. 5, а, 6, а, 7, а, табл. 3). Фазовый состав покрытий из мхс-порошков также не вполне соответствует составу исходных порошков. интерметаллидные фазы обнаруже- ны в покрытиях из порошков Fe3Al(Fe3Al, FeAl, FeAl3), FeAl(FeAl), Fe2Al5(FeAl, Fe2Al5). В слу- чае порошков FeAl и Fe2Al5, в основном это твер- Т а б л и ц а 3 . Характеристики детонационных покрытий из порошков Fe–Al, полученных механическим смешива- нием и методом МХС порошок покрытие состав метод получения нµ , мпа рсФа характеристика микроструктуры 86Fe + 14Al (мас. %) механиче- ская смесь 1490 ± 240 (650,1250) тв. р-р Fe(Al), Al, Fe покрытие плотное, крупнозернистое, сформиро- вано из слегка оплавленных недеформированных частиц исходных порошков и твердого раствора Fe3Al мхс 4580 ± 860 (4500) Fe3Al, FeAl, FeAl3, Al2O3, Fe3O4, FeAl2O4 структура ламелярная с чередующимися прослой- ками интерметаллидных и оксидных ламелей 67Fe + 33Al (мас. %) механиче- ская смесь 3640 ± 1210 (2350, 5050) Fe, Al, FeAl, Fe3O4, FeAl2O4 покрытие плотное, структура ламелярная, с че- редованием оксидных металлических ламелей, встречаются нерасплавленные металлические ча- стицы FeAl мхс 5575 ± 1020 (4750) Fe, Fe(Al), FeAl, Fe3O4, FeAl2O4 структура покрытия тонколамелярная, без трещин и отслоений от основы 45Fe + 55Al (мас. %) механиче- ская смесь 2000 ± 700 (1100, 2300) Al, Fe, FeAl, Fe(Al), Al2O3, Fe3O4 структура покрытия крупнозернистая с включени- ями частиц железа Fe2Al5 мхс 5710 ± 1070 (6150) Fe, FeAl, Fe2Al5, Al2O3, Fe3O4, FeAl2O4 покрытие плотное с тонколамелярной структурой, без трещин и отслоений от основы Указаны средние и в скобках наиболее вероятные значения микротвердости покрытий. рис. 6. рентгенограммы детонационных покрытий: а — из механической смеси 67Fe + 33Al (мас. %); б — из мхс-порошка FeAl рис. 7. рентгенограммы детонационных покрытий: а — из механической смеси 45Fe + 55Al (мас.%); б — из мхс-порошка Fe2Al5 НАУ НО-ТЕ Н ЕСК Й РАЗДЕЛ 30 - АВТОМАТ ЕСКАЯ СВАРКА, , дые растворы алюминия в железе. В результате взаимодействия с окружающей средой образова- лись оксиды железа, алюминия и сложные оксиды (рис. 5, б, 6, б, 7, б, табл. 3). по результатам измерения микротвердости де- тонационных покрытий из механических смесей Fe+Al и мхс порошков Fe3Al, FeAl, Fe2Al5 были построены вариационные кривые микротвердости (рис. 8). характер вариационных кривых свидетель- ствует об однородном распределении микротвердо- сти для покрытий из порошка с исходным составом Fe3Al (рис. 8, б). при этом как среднее (4580 ± 860), так и наиболее вероятное (4500 мпа) значение ми- кротвердости превосходит результат для исходного порошка (4060 ± 1010 мпа, табл. 1). еще более су- щественное повышение микротвердости покрытий по сравнению с исходным порошком наблюдает- ся для двух других составов (интерметаллидов FeAl и Fe2Al5). Это очевидно связано с наличи- ем большого количества оксидов в напыленных покрытиях. Выводы 1. Детонационные Fe–Al-покрытия сформирова- ны с использованием порошков интерметаллидов Fe3Al, FeAl и Fe2Al5, полученных методом мхс, и смесей порошков Fe и Al с составом, соответству- ющим данным интерметаллидам. 2. Установлено, что в процессе детонацион- ного напыления происходит изменение исходно- го гранулометрического состава Fe–Al порошка с конгломератной структурой 40...80 мкм, приводя- щее к появлению 40...55 мас. % фракций размером 10...40 мкм. 3. анализ развития процесса окисления напыляе- мого материала Fe–Al-покрытия, проведенный с ис- пользованием рсФа и сплет-теста, показал зависи- мость содержания оксидной фазы от соотношения количества кислорода и пропан–бутана в детониру- ющей смеси β. резкое повышение содержания окси- дов с приблизительно 5 до 30...40 мас. % происхо- дит при увеличении β свыше 3,5. рис. 8. Вариационные кривые микротвердости детонационных покрытий, полученных из механических смесей Fe+Al (а, в, д) и мхс (б, г, е) порошков: а, б – Fe3Al; в, г – FeAl; д, е – Fe2Al5 НАУ НО-ТЕ Н ЕСК Й РАЗДЕЛ 31 - АВТОМАТ ЕСКАЯ СВАРКА, , 4. Установлено, что в условиях детонационного напыления при использовании механических сме- сей порошков Fe+Al не удается обеспечить актив- ное межфазное взаимодействие между компонен- тами и сформировать интерметаллидные фазы. структура таких покрытий в основном состоит из отдельных частиц компонентов. В случае приме- нения мхс Fe–Al порошков формируются плот- ные детонационные покрытия с керметной струк- турой, состоящие из смеси металлических фаз (интерметаллиды, твердые растворы, металлы) и продуктов окисления. 5. структура и фазовый состав детонационных покрытий из мхс-порошков интерметаллидов Fe–Al свидетельствует о значительном развитии процесса их окисления, что приводит к частич- ной потере интерметаллидной структуры с обра- зованием фаз Fe3о4, Al2о4, и FeAl2о4. микрот- вердость покрытий зависит от состава исходного порошка и возрастает при переходе от Fe3Al к Fe2Al5, с 4580 до 5710 мпа. Список литературы 1. Deevi S. C., Sikka V. K. Nickel and iron aluminides: an over- view on properties, processing, and applications // Interme- tallics. – 1996. – № 4. – P. 357–375. 2. Stoloff N. S. Iron aluminides: present status and future pros- pects // Materials Science and Engineering. A. – 1998. – Vol. 258, Iss. 1-2. – P. 1–14. 3. Cinca N., Guilemany J. M. Thermal spraying of transition metal aluminides: An overview // Intermetallics. – 2012. – Vol. 24. – P. 60–72. 4. Cinca N., Guilemany J. M. An overview of intermetallics re- search and application: Status of thermal spray coatings // Journal of Materials Research and Technology. – 2013. – V. 2, № 1. – P. 1–11. 5. Totemeier T. C., Swank W. D. Microstructure and Stresses in HVOF Sprayed Iron Aluminide Coatings // Journal of Ther- mal Spray Technolog. – 2002. – Vol. 11(3). – P. 2–9. 6. Wright R. N., Totemeier T. C. Microstructure and Properties of Iron Aluminide Coatings // Idaho National Engineering and Environmental Laboratory, 2002 (manuscript). 7. Surface Engineering by Thermal Spraying Nanocrystalline Coatings: the case of iron aluminide / Ji Gang et al. // Materi- aux. – 2002. – P. 1–3. 8. Gang Ji, Elkedim O., Grosdidier T. Deposition and Corrosion resistance of HVOF Sprayed Nanocrystalline Iron Aluminide Coatings // Surface & Coatings Technology. – 2005. – 190. – P. 406–416. 9. Strudies of Fe–40Al coatings obtained by high velocity oxy-fuel / J. M. Guilemany et al. // Ibid. – 2006. – 201. – P. 2072–2079. 10. Guilemany J. M., Cinca N. High-temperature oxidation of Fe–40Al coatings obtained by HVOF thermal spray // Inter- metallics. – 2007. – Vol. 15. – P. 1384–1394. 11. FeAl and NbAl3 Intermetallic-HVOF Coatings: Structure and Properties / J. M. Guilemany et al. // Journal of Thermal Spray Technology. – 2009. – Vol. 18, Iss. 4. – P. 536–545. 12. Senderowski C., Bojar Z. Cas detonation spray forming of Fe–Al coatings in the presence of interlayer // Surface & Coatings Technology. – 2008. – 202. – P. 3538–3548. 13. Microstructure Characterization of D-gun Sprayed Fe–Al In- termetallic Coatings / C. Senderowski et al. // Intermetallics. – 2010. – Vol. 18, № 7. – P. 1405–1409. 14. Suryanarayana C. Mechanical alloying and milling // Prog- ress in Mater. Sci. – 2001. – № 46. – P. 1–184. 15. аруначалам В. с. механическое легирование: сб. акту- альные проблемы порошковой металлургии. – м.: ме- таллургия, 1990. – с. 175–202. 16. Ji Gang, Grosdidier T., Morniroli J-P. Microstructure of a High-Velocity Oxy-Fuel Thermal-Sprayed Nanostructured Coating Obtained from Milled Powder // Metallurgical and Ma- terials Transactions A. – 2007. – Vol. 38A. – P. 2455–2463. 17. Characterization and comparison between ball milled and plasma processed iron-aluminium thermal spray coatings / S. Kumar et al. // Surface & Coatings Technology. – 2006. – 201. – P. 1267–1275. 18. Grosdidier T., Tidu A., Liao H. L. Nanocrystalline Fe–40Al Coating Processed by Thermal Spraying of Milled Powder // Scripta Materialia. – 2001. – 44. – P. 387–393. 19. Фазовые и структурные превращения при формирова- нии порошков интерметаллидов системы Fe–Al методом мхс / а. л. борисова и др. // порошковая металлургия. – 2015. – №7, 8. – с. 135–143. 20. Шоршоров м. х., харламов Ю. а. Физико-химические основы детонационно-газового напыления покрытий. – м.: наука, 1978. – 227 с. 21. Зверев а. и., Шаривкер с. Ю., астахов е. а. Детонацион- ное напыление покрытий. – л.: судостроение, 1979. –232 с. Ю. с. борисов1, а. л. борисова1, Є. а. астахов1, т. В. Цимбалиста1, о. м. бурлаченко1, м. а. Васильківська2, а. І. Кільдій1 1ІеЗ ім. Є. о. патона нан України. 03680, м. Київ-150, вул. Казимира малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua 2Іпм ім. І. м. Францевича нан України. 03680, м. Київ-142, вул. Кржижанівського, 3. E-mail: deprconf@ipms.kiev.ua ДетонаЦІйнІ поКриття З пороШКІВ ІнтерметалІДІВ системи Fe–Al, отриманих метоДом механохІмІчноГо синтеЗУ Досліджено структуру, склад та мікротвердість детонацій- них покриттів, отриманих при використанні порошків ін- терметалідів Fe3Al, FeAl і Fe2Al5, виготовлених методом механохімічного синтезу (мхс), і сумішей порошків Fe і Al еквівалентних складів. Встановлено вплив співвідношення «кисень–горючий газ» в детонуючій суміші на процес окис- лення напилюваного матеріалу. В результаті визначення фа- зового складу покриттів, нанесених з використанням різних порошків, показано, що в разі застосування механічних су- мішей шар складається в основному з частинок первинної суміші Fe і Al. структура покриттів з мхс Fe–Al-порошків містить суміш продуктів нагріву і окислення їх матеріалу. мі- кротвердість покриттів змінюється від 4580 до 5710 мпа в залежності від складу. бібліогр. 21, табл. 3, рис. 8. Ключові слова: детонаційне напилення, алюмініди заліза, порошки, механохімічний синтез, склад детонуючої суміші, покриття, фазовий склад, мікротвердість поступила в редакцию 31.03.2017

Детонационные покрытия из порошков интерметаллидов системы Fe–Al, полученных методом механохимического синтеза

Репозитарії

Схожі ресурси