Порошковый материал для напыления износостойких покрытий

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Авторы Иванов Владимир Петрович Вигерина Татьяна Владимировна Кастрюк Александр Петрович Штемпель Олег Петрович Фруцкий Виктор Александрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(56)1737017 1, 1992. БОРИСОВ Ю.С. и др. Газотермические покрытия из порошковых материалов Справочник. - Киев Наукова думка, 1987. - С. 148-157, 202-203, 445.5783 1, 2003.2088688 1, 1997.63-192837 , 1988.2514493 1, 2006.2004-0066748 .(57) Порошковый материал для напыления износостойких покрытий, содержащий механическую смесь порошков самофлюсующегося сплава системы , железа и никельалюминия, отличающийся тем, что дополнительно содержит порошок меди при следующем соотношении компонентов, мас.порошок самофлюсующегося сплава системы 48-52 порошок железа 28-32 порошок никель-алюминия 9-11 порошок меди 9-11. Изобретение относится к порошковой металлургии, преимущественно используется в области плазменного напыления, и может быть использовано для получения износостойких покрытий с высокой адгезионной прочностью при восстановлении деталей, работающих в условиях трения скольжения. Известен порошковый материал для наплавки антифрикционных покрытий, содержащий алюминий, железо, медь и кремний 1, имеющий следующий химический состав(мас. ) железо 2,0-4,0 алюминий 8,5-10,5 кремний 2,0-4,0 медь остальное. Указанный порошковый материал обеспечивает высокие антифрикционные свойства и износостойкость в условиях смазки маслом. Однако он рекомендован для восстановле 16657 1 2012.12.30 ния деталей в защитной среде наплавкой. При использовании его для напыления этот порошковый материал окисляется. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является порошок 2,имеющий следующий химический состав (мас. ) самофлюсующийся сплав системы 25-50 порошок железа 30-50 порошок никель-алюминия 20-25. Порошок предназначен для плазменного напыления покрытий. При его напылении формируется покрытие, которое обладает более низкими износостойкостью и адгезионной прочностью. Одной из главных причин, препятствующих образованию качественного антифрикционного покрытия, является высокое содержание в порошке таких химически активных компонентов, как алюминий и железо, при отсутствии раскисляющих компонентов. Задачей данного изобретения является разработка порошкового материала для напыления с высокими адгезионной прочностью и износостойкостью материала покрытия. Решение задачи состоит в том, что порошковый материал для напыления износостойких покрытий представляет собой механическую смесь порошков самофлюсующегося сплава системы , железа, никель-алюминия и меди при следующем соотношении компонентов, мас.порошок самофлюсующегося сплава системы 48-52 порошок железа 28-32 порошок никель-алюминия 9-11 порошок меди 9-11. Отличительными признаками по сравнению с прототипом являются иной качественный состав (введение меди) иной количественный состав (снижение процентного содержания порошка никельалюминия). Выбор указанной доли меди как легирующего компонента в порошке обусловлен оптимальными физико-механическими свойствами покрытия, полученными на основе проведенного анализа и результатов эксперимента. Введение порошка меди в состав напыляемой порошковой смеси позволяет уменьшить температурный коэффициент линейного расширения материала покрытия, повысить адгезионную прочность и износостойкость материала покрытия. Порошок меди использовался ранее, но преимущественно для повышения износостойкости материала вкладышей подшипников скольжения. Порошковые смеси в основном состояли из порошка меди (85-90 по массе) 1, 3. В заявляемом изобретении предлагается использовать введение порошка меди для увеличения адгезионной прочности за счет управления температурным коэффициентом линейного расширения материала покрытия (ТКЛР) с одновременным повышением износостойкости покрытия. Пример. Покрытия наносили плазменным напылением на шейки коленчатого вала из высокопрочного чугуна ВЧ 50. После наплавки и напыления шеек проводили их шлифование на круглошлифовальном станке мод. 3151 до диаметра 70-0,019 и шероховатости 0,320,63 мкм. Далее из них вырезали на токарном станке 1620 образцы цилиндрической формы высотой 15 мм. Толщина напыленного слоя 0,6 мм. Режимы напыления сила тока 325 , расход плазмообразующего газа (аргона) 25 л/мин, расстояние от сопла до напыляемой поверхности 150 мм, гранулометрический состав порошка 100-160 мкм, диаметр сопла плазменной горелки 5,5 мм. Составы порошков (примеры 1-6) приведены в табл. 1. 16657 1 2012.12.30 Таблица 1 Наименование компонентов порошковой смеси Самофлюсующийся сплав системы Порошок железа Сплав никель-алюминий Порошок меди Состав (мас. ) Пример Пример Пример Пример Пример 2 3 4 5 6 Полученные покрытия подвергали испытаниям на адгезионную прочность и интенсивность изнашивания материала покрытия. Адгезионная прочность измерялась с помощью способа, включающего отрыв штифта от покрытия на разрывной машине УММ-5. Интенсивность изнашивания определяли на машине трения СМЦ-2 по схеме диск колодка путем измерения массовой интенсивности изнашивания по ГОСТ 17364. В качестве контртела использовали вкладыши подшипников, из которых вырезали фрагменты размерами 1212 мм. Биметаллические вкладыши представляют собой стальную основу,плакированную алюминиевым сплавом 20-1. В качестве смазки исследуемой пары трения использовали масло индустриальное И-20 (ГОСТ 8581-78). Масло вводили в зону трения без давления с помощью частичного погружения образцов в масляную ванну, при этом создавали режим смешанного трения,дающего на основании анализа работы подшипников скольжения наибольший износ. С целью ужесточения режимов испытаний в масло добавляли (0,5 по массе) абразивные частицы 2 и 23 размером менее 30 мкм. Скорость скольжения составляла 2,93 м/с. Давление на трущихся поверхностях было определено по условию прочности материала вкладыша и составляло 9 МПа. При измерении ТКЛР материала покрытия был применен тензометрический метод. Результаты испытаний приведены в табл. 2. Таблица 2 Интенсивность Содержание меди в Адгезионная ТКЛР,изнашивания,Состав Пример порошке для напылепрочность,10-6, г/мм, 10-6 1 ния, мас.МПа вал вкладыш Прототип 1 0 43 4,6 7,9 18 2 9 50 4,2 7,9 16 3 11 54 4,1 7,8 15 Предлагаемый 4 10 58 4,0 7,8 15 5 5 47 4,2 8,9 17 6 15 56 4,5 7,9 14 Из данных, приведенных в примерах 1-6 (табл. 2), следует, что при увеличении содержания меди в порошке повышается адгезионная прочность на 35 , а интенсивность изнашивания снизилась на 14 . При содержании меди в порошковом материале более 11 в процессе триботехнического взаимодействия возникают локальные очаги схватывания и микрофрагментарного вырыва на поверхности покрытия, чему способствует локализация крупно- и среднедисперсных фаз меди, что ведет к интенсивному изнашиванию пары трения на этапе установившегося износа. При содержании меди порядка 9-11 улучшению триботехнических характеристик покрытия способствует тот факт, что мелкодисперсные фазы меди относительно равно 3 16657 1 2012.12.30 мерно расположены в объеме покрытия и тем самым создают возможность локального массопереноса на участки с повышенной твердостью. Если количество меди ниже 9 , то адгезионная прочность и износостойкость снижаются, так как меди недостаточно для заметного снижения ТКЛР и количество мелкодисперсных фаз не позволяет обеспечить требуемую износостойкость. Повышение данных свойств объясняется наличием порошка меди в покрытии. Покрытие имеет гетерогенное строение (структура Шарпи -го рода, состоящая из матрицы и расположенных в ней упрочняющими фазами интерметаллидов 23 и ). Таким образом, напыление порошка заявляемого состава позволяет повысить адгезионную прочность и износостойкость материала покрытия. Также решение данной задачи позволит эффективно применять разработанный антифрикционный материал в машиностроении. Например, эксплуатация подшипников скольжения в тяжелом машиностроении предусматривает высокие удельные нагрузки (более 20 МПа) и небольшие скорости скольжения (около 1 м/с), вследствие чего необходимо обеспечить специфическую структуру покрытия. Источники информации 1. Патент Республики Беларусь 5783, МПК 22 9/01, 2003. 2. А.с. СССР 1737017, МПК 23 4/04, 1992. 3. Борисов Ю.С. и др. Газотермические покрытия из порошковых материалов Справочник. - Киев Наукова думка, 1987. - С. 221. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4