Композиционное покрытие

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Белый Алексей Владимирович Кузей Анатолий Михайлович Таран Игорь Иванович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси(57) Композиционное покрытие, состоящее из двухслойной матрицы, первый слой которой выполнен из сплава никель-бор, и закрепленных в ней дисперсных частиц, отличающееся тем, что второй слой матрицы выполнен из сплава никель-бор-азот при следующих соотношениях компонентов в сплаве (мас. ) бор 0,1-9,0 азот 0,02-1,5 никель остальное,а в качестве дисперсных частиц используются частицы нитрида бора при следующих соотношениях компонентов в композиционном покрытии (мас. ) частицы нитрида бора 0,04-16 двухслойная матрица остальное.(56) 1. Шепило В.Б., Звонарев Е.В., Кузей Получение, свойства и применение порошков алмаза и кубического нитрида бора. - Минск Беларуская навука, 2003. - С. 335. 2. Патент РФ 40941 на полезную модель. Ограночный диск. / Ю.Н.Ребрик, Кузей,Э.А. Марцинкевич. - 19.01.2004 г. Предлагаемая полезная модель относится к области цветной металлургии, а именно к покрытиям, используемым в качестве защиты от износа, коррозии, а так же и как абразивные. Известно композиционное покрытие, состоящее из двухслойной матрицы, выполненной из слоя никеля и слоя железа, в которой расположены дисперсные частицы алмаза 1. Недостатком известного композиционного покрытия является его низкая износостойкость. Частицы алмаза непрочно закреплены в матрице и в процессе шлифования под действием ударных и тепловых нагрузок выкрашиваются из матрицы, полностью не изнашиваясь,что и приводит к низкой износостойкости покрытия. Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является композиционное покрытие, состоящее из двухслойной матрицы, первый слой которой выполнен из сплава никель-бор, а второй - из железа и закрепленных в ней дисперсных частиц алмаза. 69582011.02.28 Недостатком известного технического решения является его низкая абразивная способность. В процессе изнашивания (при шлифовании) алмазные зерна внедряются в матрицу, и матрица контактирует с контртелом (обрабатываемым материалом). Фрикционное взаимодействие железа с обрабатываемым материалом приводит к схватыванию матрицы с обрабатываемым материалом, вырывом частиц матрицы и частиц алмаза, ростом температуры в зоне контакта и частицы алмаза, непрочно закрепленные в матрице (из-за пластичного, непрочного слоя железа) полностью не изнашиваясь, выкрашиваются из нее. Это приводит к снижению износостойкости композиционного покрытия. Задачей предлагаемого технического решения является повышение износостойкости композиционного покрытия. Задача решается тем, что в композиционном покрытии, состоящем из двухслойной матрицы, первый слой которой выполнен из сплава никель-бор, и закрепленных в ней дисперсных частиц, второй слой матрицы выполнен из сплава никель-бор-азот при следующих соотношениях компонентов в сплаве (мас. ) бор 0,1-9 азот 0,02-1,5 никель остальное,а в качестве дисперсных частиц используются частицы нитрида бора, при следующих соотношениях компонентов в композиционном покрытии (мас. ) частицы нитрида бора 0,04-16 двухслойная матрица остальное. Применение вместо слоя железа слоя сплава никель-бор-азот позволяет повысить прочность закрепления дисперсных частиц нитрида бора в покрытии и снизить тепловыделение при контактном взаимодействии матрицы с обрабатываемым материалом. Введение азота в сплав никель-бор снижает размеры зерен -твердого раствора бора в никеле,размеры частиц боридов, а повышает твердость сплава и стабильность твердого раствора на основе бора и азота. Дисперсные частицы нитрида бора в меньшей степени, чем частицы алмаза склонные к схватыванию с материалом контртела, что позволяет снизить фрикционные взаимодействия покрытия с материалом контртела (либо обрабатываемым материалом). Помимо этого частицы нитрида бора более активно взаимодействуют с никелем, чем частицы алмаза и в меньшей степени выкрашиваются из матрицы при воздействии ударных нагрузок, что повышает износостойкость покрытия. В процессе трения о контртело (например, при шлифовании), контактное взаимодействие подавлено, что приводит к снижению числа микросхватываний в пятнах контакта и интенсивности тепловыделения на границе раздела матрицы с контртелом (обрабатываемым материалом). Присутствие в поверхностном слое матрицы (сплаве никель-бор-азот) множества наноразмерных частиц бора, двойных, тройных боридов повышает прочность закрепления дисперсных частиц нитрида бора в матрице и одновременно снижает контактное взаимодействие с обрабатываемым материалом. Это приводит к повышению износостойкости матрицы и снижает долю дисперсных частиц нитрида бора выкрашивающихся из матрицы. Следствием этого является повышение износостойкости композиционного покрытия в целом. Снижение концентрации частиц нитрида бора в композиционном покрытии менее 0,04 мас. , повышает интенсивность контактного взаимодействия матрицы с материалом контртела, приводит к повышению температуры в зоне контакта и схватыванию матрицы с контртелом в пятнах контакта. Следствием этого является повышенный износ композиционного покрытия. Повышение концентрации частиц нитрида бора в композиционном покрытии более 16 мас.разупрочняет матрицу вследствие снижения толщины прослоек матрицы между частицами. При локальных динамических воздействиях, в процессе скольжения по контртелу, прослойки матрицы разрушаются, частицы нитрида бора выкрашиваются из покрытия, увеличивая степень его износа. 2 69582011.02.28 Снижение концентрации бора в слое сплава никель-бор-азот менее 0,1 мас. , приводит к увеличению размеров зерен, снижению твердости слоя. Следствием этого является выкрашивание частиц нитрида бора из композиционного покрытия и снижение его износостойкости. К подобному эффекту приводит и снижение концентрации азота в сплаве никель-боразот. Снижение концентрации азота менее 0,02 мас.приводит к распаду твердого раствора бора в никеле, снижению твердости сплава, интенсификации контактного взаимодействия сплава никель-бор-азот с материалом контртела. Увеличение концентрации бора в сплаве никель-бор-азот более 9 мас.повышает хрупкость сплава, снижает его твердость. Результатом этого является разрушение слоя сплава никель-бор-азот и снижение износостойкости композиционного покрытия. Повышение концентрации азота в сплаве никель-бор-азот более 1,5 мас.приводит к распаду твердого раствора бора в никеле, снижению твердости сплава, снижению прочности закрепления частиц нитрида бора в матрице. Следствие этого является снижение износостойкости композиционного покрытия. Пример. Композиционные покрытия наносили комплексным электрохимическим методом на поверхность сегментов из стали 45 (4030 мм), которые наклеивали по периферии диска диаметром 300 мм и таким образом формировали рабочую зону шириной 40 мм инструмента формы 6 А 2. В качестве дисперсных порошков использовали порошки нитрида бора фракции 1/0. В таблице представлены эксплуатационные характеристики покрытий. В качестве контртела использовали пластину из сплава ВК-8 диаметром 10 мм, которую перемещали по поверхности рабочей зоны со скоростью 0,25 м/мин. Частота осцилляции пластины по рабочей зоне - 0,05 с-1. Влияние состава покрытия на его износостойкость Состав композиционного покрытия (мас. ) Двухслойная ЧастицыСостав сплава никель-бор-азот матрица Снижение массы композиционного покрытия, г/дм 2 час. 0,360 0,210 0,280 0,320 0,250 0,300 0,630 1,110 0,690 0,520 1,250 2,620 0,720 Данные, приведенные в таблице, показывают, что предлагаемое покрытие обладает большей износостойкостью, чем известное (прототип). Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет повысить износостойкость покрытия. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3