Плакированный порошок преимущественно для напыления

ПЛАКИРОВАННЫЙ ПОРОШОК ПРЕИМУЩЕСТВЕННО ДЛЯ НАПЫЛЕНИЯ(71) Заявитель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(72) Авторы Руденская Наталья АлександровнаШвейкин Геннадий ПетровичКопысов Виктор АлександровичПантелеенко Екатерина Федоровна(73) Патентообладатель Учреждение образования Полоцкий государственный университет(57) Плакированный порошок на основе тугоплавких соединений, преимущественно для напыления, частицы которого состоят из ядра кристаллической структуры и оболочки,отличающийся тем, что ядро и оболочка содержат 10-80 мас.диоксида кремния, оболочка составляет 18-80 от массы частицы и имеет аморфную структуру. Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к производству композиционных порошков для упрочнения и восстановления деталей, эксплуатирующихся в условиях коррозии, износа и высоких температур. Известна порошковая смесь для газотермических покрытий 1. Частицы данного порошка состоят из ядер и оболочек, имеющих кристаллическую структуру. Недостатками известной смеси являются узкий диапазон варьирования составом металлической оболочки и отсутствие возможности получения керамических систем ядро-оболочка необходимость дополнительных затрат для проведения специального плазмохимического синтеза с целью формирования оболочки на кристаллическом ядре в контролируемой атмосфере. Наиболее близким к заявляемому является состав порошка, включающий частицы из ядра тугоплавкого соединения - нитрида титана и оболочки из слоев следующего состава(-)1 где х 0,10-0,15 (1-),85, где х 0,10-0,20 0,15, где х 0,25-0,30 01,10, где х 0,05-0,10 2. При этом соотношение ядра и оболочки равно (29-56)(3-8)(17-19)(8-29)(9-22). Известный порошок может состоять только из нитридных и оксинитридных фаз,имеющих кристаллическую структуру, пористость частиц - 19 и коэффициент использования порошка - 53 . Если учесть, что пористость частиц является чрезвычайно важным параметром, определяющим генезис покрытия, напыленного из данного порошка, а частицы состоят из тугоплавких материалов, не расплавляющихся в процессе нанесения 7993 1 2006.04.30 покрытий, то данную пористость следует считать достаточно высокой в случае использования материалов покрытий без смазки. Задачей настоящего изобретения является разработка состава композиционного плакированного порошка с высоким коэффициентом использования для покрытий, которые бы обладали высокими прочностными свойствами за счет аморфно-кристаллической структуры, обеспечивающей минимальную пористость. Поставленная задача в предлагаемом составе плакированного порошка на основе тугоплавких соединений, преимущественно для напыления, частицы которого состоят из ядра кристаллической структуры и оболочки, решена тем, что ядро и оболочка содержат 1080 мас.диоксида кремния, оболочка составляет 18-80 от массы частицы и имеет аморфную структуру. Отличительными признаками заявляемого порошка являются иная структура композиции плакированного порошка - аморфная структура оболочки иная структура ингредиентов - наличие диоксида кремния в ядре и оболочке количественное соотношение ингредиентов порошка, а именно содержание ядра и оболочки. Именно определенное процентное содержание диоксида кремния в тугоплавкой композиции позволяет получить плакированные частицы с аморфной оболочкой и кристаллическим ядром, что, в свою очередь, обусловливает низкую пористость частиц, которая в дальнейшем определяет физико-механические и эксплуатационные свойства газотермических покрытий, сформированных из напыляемых композиционных порошков. Отклонение от заявляемого процентного соотношения в сторону увеличения количества диоксида кремния в исходной тугоплавкой композиции приводит к полной аморфизации частиц, а в сторону уменьшения - является причиной исчезновения аморфной фазы в синтезируемой тугоплавкой композиции. Значения степеней аморфизации частиц, то есть соотношения количеств аморфной и кристаллической фаз, представлены в таблице. Определенное процентное соотношение ядра и оболочки в плакированных частицах позволяет регулировать выход годных для напыления частиц, а также варьировать значения коэффициента использования порошка (КИП) при напылении, отражающего фактическую производительность процесса и затраты на напыляемые материалы. Отклонение от заявляемого процентного соотношения в сторону уменьшения количества материала ядра вызывает повышение КИП и снижение пористости частиц, что объясняется увеличением степени их аморфизации до 100 . Таким образом, происходит полная аморфизация материала. Отклонение от заявляемых пределов в сторону увеличения количества материала ядра приводит к снижению КИП и качества синтезируемых частиц по оценке пористости. Предлагаемый плакированный порошок получают следующим образом. Для синтеза тугоплавких плакированных порошков готовят механические смеси или конгломераты,состоящие, например, из 160 г боридов и/или карбидов, нитридов, оксидов титана, алюминия, хрома, циркония, кремния и 20 г диоксида кремния. Порошок, состоящий из тугоплавкой композиции и диоксида кремния, дисперсностью менее 100 мкм, подают в плазменный поток секционированного генератора плазмы установки УПСП-1 либо в плазменный поток установки ВБ-15. Порошок собирают в сборнике реакторной колонны. Из полученного порошка готовят шлифы частиц, заливая их с медным порошком и эпоксидным клеем в стальные оправки с последующим шлифованием и полированием. Приготовленные образцы подвергают металлографическому, микрорентгеноспектральному,рентгенофазовому анализам. Исследования структуры частиц проводят на микроскопе-21 . Анализ вида и состава фаз выполняют на микроанализаторе Сатеса с использованием программного пакета 1 для количественного анализа. Содержание аморфной и кристаллической фаз оценивают рентгеновским трансмиссионным дифрактометромР вК излучении с использованием порошковых стандартови методом химического анализа. Металлографические исследования позволяют ус 2 7993 1 2006.04.30 тановить, что на композиционных частицах тугоплавких соединений формируются оболочки, имеющие аморфную структуру, ядро частиц при этом характеризуется кристаллической структурой. Микрорентгеноспектральный, рентгенофазовый и химический методы позволяют выявить качественный и количественный составы аморфной и кристаллической фаз. Количество аморфной фазы и соответственно содержание материала оболочки изменяется от 18 до 80 по массе, что соответствует заявляемому соотношению между ядром и оболочкой. Количество аморфной фазы или содержание материала оболочки в плакированных частицах варьируют содержанием диоксида кремния в композиции, которое изменяется от 10 до 80 мас.и соответствует заявляемому соотношению диоксида кремния и тугоплавкой композиции. Пример 1 Берут 40 г диборида титана, 60 г диборида хрома, 30 г оксида алюминия и 70 г диоксида кремния. Механическую смесь тщательно перемешивают в смесителе типа пьяная бочка 40 мин. Приготовленную смесь подают под срез сопла плазменного генератора и обрабатывают при мощности 48 КВА, порошок распыляют в сборник, заполненный водой. Получают 200 г порошка со средним размером частиц 60 мкм, состоящих из ядер и оболочек, при этом ядро частиц состоит из 50 кристаллической фазы, включающей дибориды титана хрома, оксид алюминия, диоксид кремния, а оболочка имеет аморфную структуру, составляя в данной композиции 50 от массы частицы, и содержит оксид алюминия и диоксид кремния. Пример 2 Берут 90 г диоксида титана, 20 г диоксида циркония, 30 г оксида алюминия и 70 г диоксида кремния. Механическую смесь тщательно перемешивают в смесителе типа пьяная бочка 40 мин. Приготовленную смесь подают под срез сопла плазменного генератора и обрабатывают при мощности 48 КВА, порошок распыляют в сборник, заполненный водой. Получают 200 г порошка со средним размером частиц 60 мкм, состоящих из ядер и оболочек, при этом ядро частиц состоит из 50 кристаллической фазы, включающей диоксиды титана и хрома, оксид алюминия и диоксид кремния, а оболочка имеет аморфную структуру, составляя в данной композиции 50 от массы частицы, и содержит оксид алюминия и диоксид кремния. Пример 3 Берут 70 г карбида кремния, 40 г оксида алюминия и 90 г диоксида кремния. Механическую смесь тщательно перемешивают в смесителе типа пьяная бочка 40 мин. Приготовленную смесь подают под срез сопла плазменного генератора и обрабатывают при мощности 48 КВА, порошок распыляют в сборник, заполненный водой. Получают 200 г порошка со средним размеров частиц 60 мкм, состоящих из ядер и оболочек, при этом ядро частиц состоит из 50 кристаллической фазы, включающей карбид кремния, оксид алюминия и диоксид кремния, а оболочка имеет аморфную структуру, составляя в данной композиции 50 от массы частицы, и содержит оксид алюминия и диоксид кремния. Производительность порошка оценивали по коэффициенту использования, который определяли следующим образом брали навеску порошка 200 г, напыляли его на стальную пластину, предварительно взвешенную, затем взвешивали стальную пластину с напыленным на нее порошком и рассчитывали КИП из соотношения разности веса пластины с покрытием и без покрытия и веса исходного порошка (200 г) с переводом долей в проценты. Пористость частиц определяли микроскопическим методом в соответствии с ГОСТ 5369-65. На микрошлифе при увеличении (х 400) с помощью линейки-окуляра рассчитывали отношение длины отрезка, соответствующего суммарному размеру пор, лежащих на секущей, к общей длине секущей. Результаты испытаний полученных порошков приведены в таблице. 7993 1 2006.04.30 Содержание диоксида кремния в композиции,мас.10 30 47 80 86 прототип Таким образом, предлагаемый состав плакированного порошка обеспечивает возможность получения принципиально нового материала частиц с кристаллическим ядром и аморфной оболочкой, с низким уровнем пористости (в 4,75 раза меньшим в сравнении с прототипом) и коэффициентом использования порошка, на 12 превышающим таковой по известному техническому решению. Апробация заявляемого порошка на ОАО Уралмаш РФ подтвердила его высокую эффективность. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.