Наукові принципи вибору структурних складових і створення композиційних матеріалів на основі тугоплавких сполук титану і кремнію з підвищеною зносо- і корозійною стійкістю

Фізико–хімічні принципи вибору структурних елементів зносостійких композитів при вивченні контактної взаємодії тугоплавких сполук з металевими розплавами. Оптимізація співвідношень компонентів зносостійкої і пластичної фаз композиційних матеріалів.

Рубрика Производство и технологии
Вид автореферат
Язык украинский
Дата добавления 06.07.2014
Размер файла 35,0 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Невід'ємною частиною розвитку сучасної техніки є використання нових матеріалів, що мають високий рівень фізико-механічних і експлуатаційних властивостей при роботі в умовах інтенсивного зношування і впливу корозійно - активних середовищ у широкому діапазоні температур, включаючи температури, що перевищують 1000 0С. Вимоги, що пред'являються до нових матеріалів, постійно зростають, їхнє створення нерозривно зв'язано із застосуванням сучасних наукових методів дослідження, виробництвом і впровадженням нового обладнання, а також з використанням нетрадиційних технологічних рішень.

Як основні інгредієнти високотемпературних, зносостійких і корозійностійких композиційних матеріалів широке застосування знаходять металоподібні і неметалічні тугоплавкі сполуки. Безумовним лідером по застосуванню в різних галузях промисловості є карбід вольфраму: найбільш часто використовуються вольфрамвміщуючі тверді сплави марок ВК і ТК.

Найбільш успішно вольфрамвміщуючі тверді сплави застосовуються для металообробки різанням, штампуванням, волочінням, а також у якості дереворіжучого і бурового інструменту. Низька корозійна стійкість карбіду вольфраму обмежує застосування твердих сплавів ВК і ставить задачу розробки і впровадження безвольфрамових твердих сплавів (БВТС).

Для застосовуваних у різних галузях промисловості БВТС характерним недоліком є те, що в процесі їхньої експлуатації на міжфазній границі зносостійкої складової і металевої зв'язки інтенсивно протікають дифузійні процеси. Вони приводять до зміни складу тугоплавкої складової і її розпушенню. У результаті цього відбувається розміцнення матеріалів і, отже, погіршення їхніх експлуатаційних властивостей. При нанесенні зносостійких покриттів і наплавленні композиційних матеріалів (КМ) на сталеві поверхні процеси розміцнення протікають ще інтенсивніше за рахунок взаємної дифузії заліза і компонентів КМ.

Актуальність роботи визначається необхідністю створення для ряду галузей промисловості нових безвольфрамових композиційних матеріалів, для чого потрібне проведення комплексу наукових досліджень, спрямованих на визначення механізмів взаємодії тугоплавких сполук з металевими розплавами, і вивчення закономірностей структуроутворення КМ. Визначення складу, оптимального співвідношення структурних складових і технології одержання композиційних матеріалів - найважливіша проблема нинішнього дослідження, яка розв'язується з урахуванням умов експлуатації КМ, механізмів їхнього зношування і високотемпературної корозійної стійкості. При цьому перспективними є матеріали, що не тільки мають високий рівень службових характеристик, але і такі, до складу яких входять дешеві і недефіцитні інгредієнти.

Виходячи з вищесказаного, була висунута гіпотеза про доцільність розробки композиційних матеріалів на основі тугоплавких сполук титану із залізовмісними металевими зв'язками. Наявність заліза в зв'язці КМ при нанесенні покриттів на сталі приводить до зниження градієнта концентрацій Fe у захисному шарі і підкладці, та практично до відсутності його дифузії. Це дозволяє зберегти склади підкладки і твердого сплаву без істотних змін як безпосередньо при нанесенні зносостійкого наплавочного шару, так і в процесі експлуатації.

Вибір складу металевої зв'язки є ключовою проблемою при розробці гетерофазних композиційних матеріалів на основі тугоплавких сполук, і повинний проводитися з урахуванням наступних вимог:

· Зв'язка повинна добре змочувати тугоплавкий компонент, утворювати контактні кути И << 900.

· Між металом - зв'язкою і тугоплавкою складовою повинна бути відсутня активна взаємодія, наявність якої приводить до утворення нових хімічних сполук.

Аналіз літературних джерел показав, що на сучасному етапі не існує універсальних композиційних матеріалів, здатних в однаковій мірі успішно застосовуватися в умовах ударних навантажень, інтенсивного зношування, в агресивних середовищах, а також при високих температурах.

У роботі на підставі результатів дослідження контактної взаємодії у системах “тугоплавка сполука титану, кремнію - металевий розплав” розроблені нові КМ, досліджена їхня структура, визначені фізико-механічні та експлуатаційні характеристики. Ці матеріали були опробувані в якості зносостійких і корозійоностійких деталей, порошків для газотермічних і детонаційних покриттів, а також електродів для електроіскрового легування сталей і конструкційних сплавів.

Мета роботи - розробка наукових принципів вибору структурних складових і створення композиційних матеріалів на основі тугоплавких сполук титану і кремнію з металевими зв'язками, що володіють високим рівнем фізико - механічних і фізико - хімічних властивостей, для їхнього використання як ущільнювальних матеріалів високонавантажених вузлів тертя в агресивних середовищах, арміторів бурового інструменту, зносо- і корозійностійких покриттів. Для досягнення мети в роботі вирішуються наступні задачі досліджень: визначення фізико - хімічних принципів вибору структурних складових зносостійких композиційних матеріалів за результатами вивчення контактної взаємодії тугоплавких сполук з металевими розплавами; розробка технології одержання композиційних матеріалів; оптимізація співвідношень компонентів зносостійкої і пластичної фаз КМ; вивчення закономірностей структуроутворення розроблених матеріалів, їхніх властивостей (стійкості до високотемпературного окиснювання, зносостійкості, визначення триботехнічних характеристик); визначення областей застосування розроблених КМ.

1. Кінетичні закономірності змочування, особливості механізмів контактної взаємодії тугоплавких сполук титану, кремнію і матеріалів на їхній основі (TiС, TiCrС, TiС-Mo2C, TiВ2 - TiС, TiCN, TiCN - AlN, SiC - Al2O3, TiВ2) зі сплавами Fe-Ni(Cr), Ni-Cr(Mo, P, Al) і силікатними розплавами

Досліджено структури вихідних компонентів і продуктів їхньої взаємодії, а також проведений кількісний і якісний аналіз фаз, що утворюються після взаємодії.

Для системи TiС - (Ni - P) установлено, що при введенні малих додатків Р в нікель (до 1,5%) фосфор виявляє поверхневу активність і сприяє розтіканню сплаву по поверхні карбіду титану, утворюючи нульові контактні кути змочування. Зі збільшенням вмісту фосфору в сплаві Ni - P до 4% утворюється значна кількість фосфідів нікелю, що приводить до росту значень контактних кутів при взаємодії з карбідом титану до 90. При взаємодії сплавів, що містять до 11% Р, з карбідом титану в зоні сплаву спостерігається утворення складних фосфідів, а також інтерметалідів Ni3Ti, що приводить до погіршення змочування і росту контактних кутів до 200. Таким чином, при створенні КМ на основі TiС з нікель - фосфорними металевими зв'язками кількість фосфору у зв'язці не повинна перевищувати 1,5 - 2%.

При експлуатації твердих сплавів ТіС - (Nі - Мо) відбувається розпушення міжфазних границь за рахунок дифузії молібдену в карбідну фазу, що приводить до погіршення властивостей твердого сплаву. Одним зі шляхів рішення даної проблеми може бути використання в якості вихідної твердої складової КМ подвійного карбіду ТіС - Мо2С. Для рішення задачі створення КМ на основі ТіС - Мо2С вивчені механізми міжфазної взаємодії і досліджений вплив різних додатків Мо2С (у кількості 5 - 20мас. %) у карбід титану, а також Мо в нікелевий сплав (1 - 35мас. %) на кінетику змочування і величину роботи адгезії в системах (ТіС - Мо2С) - (Nі - Мо). Результати досліджень показали, що нікель - молібденові сплави змочують подвійні карбіди ТіС - Мо2С з утворенням контактних кутів, близьких до нульового, і слабко взаємодіють з карбідною фазою. Введення Мо2С у карбід титану і формування кільця подвійного карбіду титану - молібдену на переферійних ділянках зерен ТіС (рис.2) приводить до того, що взаємодія (Nі - Мо) сплаву з карбідною фазою характеризується незначною взаємною розчинністю компонентів твердої і рідкої фаз з утворенням твердих розчинів.Таким чином, нікель - молібденові сплави можна рекомендувати як металеві зв'язки для зносостійких композиційних матеріалів на основі ТіС - Мо2С.

Вивчено особливості міжфазної взаємодії подвійного карбіду титану - хрому з нікелевими сплавами Ni - Cr, Ni - P, Ni - Mo і сплавами на основі заліза. При взаємодії TiCrС і сплавів Ni - P, Ni - Mo, Ni - Cr з малим вмістом фосфору, молібдену і хрому в зоні взаємодії з боку краплі спостерігалося утворення евтектики і нікелевого сплаву. Характер взаємодії в системах “TіСrС - нікелевий сплав” визначається природою і концентрацією другого компоненту в нікелевому сплаві (табл.1). Встановлено, що при взаємодії в системі TіСrС - (Ni - Cr) вуглець і титан розчиняються в рідкому сплаві, а хром з карбідної фази, взаємодіючи з вуглецем, утворює карбід хрому. При цьому відбувається переважна дифузія хрому в рідку фазу і виділення карбідного шару в приконтактной зоні. У системі TiCrС - (Ni - Р) малі додатки фосфору в нікель (до 1,5 %), виявляючи поверхневу активність, поліпшують змочування подвійного карбіду титану - хрому, а також сприяють формуванню дрібнозернистої структури в зоні взаємодії.

При збільшенні вмісту фосфору в сплавах (Ni - Р) до 7% і вище спостерігається утворення фосфідів Ni3P, присутність яких приводить до істотного росту значень контактних кутів у системах TiCrC - (Ni - Р). Основною особливістю взаємодії складного карбіду з Ni - Mo (10 - 20% Мо) сплавами є утворення в зоні їхньої взаємодії фаз на основі TiCrС, збагачених молібденом.

Таблиця 1. Енергетичні параметри змочування подвійного карбіду титану-хрому нікелевими сплавами (температура 1400-14500С, вакуум 1,33 мПа)

Вміст додатків у нікелевому сплаві, мас. %

Контактний кут змочування И, град.

Поверхневий натяг, ург мДж/м2

Робота адгезії, WА, мДж/м2.

утр - ург мДж/м2

1% Cr

5% Cr

10% Cr

25% Cr

1%Mo

10% Mo

20% Mo

5

7

2

0

7

2

6

1718

1712

1700

1645

1700

1785

1840

3430

3411

3399

3290

3387

3569

3670

1712

1699

1698

1645

1687

1784

1830

У системі TiCrC - Мо так само, як і в системі TiС - Mo, утворюються тверді розчини. Встановлено, що при збільшенні вмісту молібдену у вихідному Ni - Mo сплаві при взаємодії з подвійним карбідом TiCrС зменшується дифузія хрому з карбіду в сплав, тобто додатки молібдену перешкоджають міграції хрому з карбідної фази, і сплави Ni - Mo можуть бути використані як метал - зв'язка КМ на основі подвійного карбіду титану - хрому. Вивчено контактну взаємодію подвійного карбіду титану - хрому зі сплавами на основі заліза Fe - Cr і Fe - Ni і встановлено, що при змочуванні в системах TiCrС - (Fe - Cr,Ni) утворюються нульові контактні кути. У зоні взаємодії спостерігається дифузія хрому з твердої фази в металевий розплав. Це приводить до збіднення складного карбіду щодо хрому і виділення окремих зерен TiС. Змінюючи вміст хрому в сплаві Fe - Cr, можна регулювати інтенсивність дифузії з підкладки в краплю. У цілому, сплави на основі нікелю і заліза можна рекомендувати для використання в якості металевих зв'язок у КМ із тугоплавкою складовою TiCrС.

Детально вивчені механізми міжфазної взаємодії карбонітриду титану і матеріалу TiCN - AlN зі сплавми Fe - Cr, Fe - Ni, Ni - Cr і Ni - Cr - Al. У системі TiCN - (Fe - Cr) при контактній взаємодії утворюються нульові (для сплавів, що містять 2 - 5 % Cr) або невеликі (И 900) кути змочування (табл. 2). Уведення хрому в залізо приводить до зниження поверхневого натягу сплаву і знижує значення контактних кутів при змочуванні. У даних системах відсутня активна хімічна взаємодія між компонентами твердої і рідкої фаз, утворюються взаємні обмежені тверді розчини.

Таблиця 2. Енергетичні параметри змочування в системі TiCN - (Fe - Cr)

Розплав

Час контактування, хв.

Контактний кут, град

Поверхневий натяг розплаву, мДж/м2

Робота адгезії, мДж/м2

Fe

10

11

1820

3605

Fe-2%Cr

18

0

1714

3428

Fe-5%Cr

10

2

1680

3359

Fe-13%Cr

6

8

1590

3164

Fe-17%Cr

10

9

1535

3050

При взаємодії карбонітриду титану зі сплавами Fe - Ni спостерігається задовільне змочування, а сплав, що містить 12% Ni, розтікається по поверхні TiCN з утворенням ? = 00 (рис.3). При вивченні мікроструктури зони взаємодії карбонітриду титану зі сплавом (Fe -20% Ni) у сплаві, що містить залізо і нікель, виявлені одиничні включення темно - сірої фази. До складу цієї фази входять титан, азот і вуглець. Очевидно, виявлені включення являють собою карбонітрид титану, що утворився за рахунок перекристалізації через рідку фазу. В цій фазі залізо і нікель не виявлені. З боку підкладки утворюється гетерофазна структура, що містить зерна TiCN, між якими виявлені компоненти вихідного сплаву Fe -20% Ni. Периферійні ділянки зерен карбонітриду містять невеликі кількості нікелю і заліза, тобто в дослідженій системі спостерігається утворення обмежених твердих розчинів.

Досліджено закономірності змочування в системах TiCN - (Ni - Cr - Al) і (TiCN - AlN) - (Fe -Cr) і показано, що в цих системах утворюються нульові контактні кути, а в зонах взаємодії утворюються взаємні обмежені тверді розчини. Введення у карбонітрид титану додатків нітриду алюмінію обумовлене тим, що AlN сприяє підвищенню жаро- і корозійної стійкості матеріалів. Отримані результати дають підставу зробити висновок про те, що карбонітрид титану може служити ефективним зносостійким компонентом твердого сплаву, що у сполученні з металевими зв'язками на основі заліза і нікелю рекомендується для створення композитів різного призначення і наплавочних матеріалів.

При змочуванні матеріалу TiВ2 - TiС сплавами Fe - Ni утворюються контактні кути 8 - 210. При контактній взаємодії в цих системах нікель адсорбується на міжфазній границі і, виявляючи міжфазну активність, сприяє зниженню міжфазного натягу утр , що приводить до зменшення значень контактних кутів. Сплави Fe - Cr розтікаються по поверхні TiВ2 - TiС, з утворенням контактних кутів 10 - 140. Сплави на основі заліза можуть бути рекомендовані як металеві зв'язки для створення композиційних матеріалів на основі TiВ2 - TiС.

Для створення кераміки з металевою зв'язкою були проведені роботи з вивчення контактної взаємодії в системах (SiC-Al2O3) - металевий розплав. У якості адгезійно - активних металів були обрані нікель, алюміній і сплави на основі нікелю з додатками хрому й алюмінію. На підставі проведених досліджень було встановлено, що сплави Ni - Al змочують матеріал SiC-Al2O3, а в результаті взаємодії в цій системі виявлене утворення твердих розчинів на основі сплаву й одиничних зерен силіциду нікелю. Введення хрому не позначається на величині контактного кута, у порівнянні з чистим нікелем (рис.6). Додатки хрому в цьому випадку, виявляючи поверхневу активність, сприяють збільшенню швидкості розтікання. Хімічна взаємодія хрому з твердою фазою не спостерігається, що свідчить про наявність міцних зв'язків Ni - Cr у сплаві. Сплави Ni - Cr - Al за адгезійними характеристиками до SiC-Al2O3 близькі до сплавів Ni - Al і, також як і інші досліджені сплави, можуть бути використані як металеві зв'язки для композиційних матеріалів на основі карбіду кремнію. Композити на основі SiC-Al2O3 з металевими зв'язками Ni - Cr і Ni - Cr - Al можуть бути використані для нанесення детонаційних покриттів на сталеві поверхні. Нікелеві сплави в цьому випадку забезпечують міцний зв'язок карбідокремнієвого композиту й зміцнюємого матеріалу.

Таким чином, досліджена контактна взаємодія складних тугоплавких сполук титану та кремнію зі сплавами на основі нікелю і заліза, визначені кінетичні й енергетичні параметри змочування, вивчені структура і склад продуктів взаємодії, що утворюються. Дані системи характеризуються інтенсивним змочуванням і утворенням взаємних обмежених твердих розчинів, що забезпечують високий адгезійний зв'язок металевих сплавів з тугоплавкою складовою.

2. Розробка принципів вибору структурних складових композиційних матеріалів

На підставі системного дослідження процесів міжфазної взаємодії в системах “тугоплавка сполука - металевий розплав” були сформульовані принципи вибору структурних складових композиційних матеріалів:

1. Зносостійка складова композиційного матеріалу повинна мати високу термодинамічну стабільність стосовно металевих розплавів. При цьому в системі “тугоплавка сполука - металевий розплав” повинні реалізовуватися гарне змочування і високий адгезійний зв'язок при відсутності активної хімічної взаємодії, що супроводжується утворенням нових хімічних сполук. Цій вимозі, зокрема, відповідають тугоплавкі сполуки титану і кремнію: тверді розчини TiCN, TiCrС і механічні суміші TiВ2 - TiС, SiС - Al2O3, що змочуються сплавами на основі заліза і нікелю (?<< 900) і утворюють з ними обмежені тверді розчини.

2. Металева зв'язка повинна бути багатокомпонентною, складатися з міжфазно - активних металів, які утворюють між собою тверді розчини в широкій області концентрацій, що приводить до зниження їхньої хімічної активності (при високому адгезійному зв'язку з тугоплавкою складовою), тим самим забезпечуючи зниження інтенсивності взаємодії зі зносостійкою складовою композиційного матеріалу.

Цим вимогам відповідають сплави на основі заліза (Fe - Ni, Fe - Cr, Fe - Cr - Al) і нікелю (Ni - Cr, Ni - Cr - Al).

При дослідженні взаємодії тугоплавких сполук із зазначеними металевими сплавами чітко простежується тенденція зменшення активності металів у твердому розчині в процесі міжфазної взаємодії. Для пояснення цього факту в роботі розглянутий термодинамічний аспект утворення твердих розчинів і роль кожного з компонентів у процесі хімічної взаємодії між контактуючими фазами.

Одержане, відповідно до статистичної теорії ідеальних бінарних систем, у т.ч. твердих розчинів, рівняння для хімічного потенціалу будьякого компоненту має такий вигляд:

мі = м 0і + k ln аі, (1)

де аі - активність відповідного компоненту в розчині.

При переході від ідеальних розчинів до реальних значення хімічного потенціалу здобуває наступний вид:

м2(розчин. речовини)=м20 + k ln (1 - х) + (2),

де W - енергетичний член взаємодії, що визначається зі співвідношення: W = (цАА-2цАВ+цВВ); F -ступінь упорядкованості системи; х - мольна частка розчиненої речовини.

У цьому випадку W дорівнює енергії, що поглинається системою, коли пар типу А - А и пар В - В утворюються з С пар А - В. По припущенню, W не залежить ні від складу, ні від температури системи. Знак зміни хімічного потенціалу м2 за рахунок утворення твердого розчину В в А визначається знаком величини W. Якщо відповідні величини енергій взаємодії пар атомів А - А и В - В більше енергії взаємодії пар А - В, то при цьому, згідно (2) хімічний потенціал зростає. У випадку, коли мають місце нерівності цАВ > цАА і цАВ > цВВ , тобто 2цАВ > цАА +цВВ, утворення твердого розчину приводить до зниження хімічного потенціалу.

Оскільки повний диференціал ізобарного потенціалу:

dG = VdP - SdT + У мi dni, (3)

де Р - тиск системи, V - її об'єм, Т - температура, S - ентропія, мi - хімічні потенціали і ni - маса (кількість молів) компонентів розчину, то зменшення величини м2 dn2 при сильній взаємодії А - В за рахунок останнього члена рівняння (2) при W< 0 при утворенні бінарного твердого розчину приводить в кінцевому результаті до істотного зниження величини зміни ізобарного ізотермічного потенціалу (енергії Гіббса) ДG.

У випадку двохкомпонентної системи (твердого розчину В в А) ізобарний потенціал системи за умови постійності тиску і температури визначається рівнянням:

ДG = У мi dni = м1 n1 + м2 n2.

Зменшення величини ДG за рахунок зменшення члена м2 n2 є причиною зниження хімічної активності компонентів твердого розчину при взаємодії розплавів твердих розчинів з тугоплавкими сполуками. При цьому передбачається, що в рідкому стані структура твердого розчину дотримує ближнього порядку.

Сформульовані наукові критерії вибору структурних складових композиційних матеріалів були реалізовані при розробці нових КМ наступних класів:

1. Композиційні зносостійкі матеріали ;

2. Керамічні матеріали на основі неметалічних тугоплавких сполук;

3. Армовані композиційні матеріали для оснащення бурового інструменту;

4.Композиційні матеріали для нанесення зносо - і корозійностійких покриттів.

3. Дослідження особливостей мікроструктури і вивченню властивостей нових композиційних матеріалів на основі TiCN, TiCrС і TiВ2 - TiС, отриманих з урахуванням результатів контактної взаємодії цих сполук з металевими розплавами

Композит TiCN - (Fe - Cr) являє собою гетерофазний матеріал, що складається з зерен карбонітриду з рівномірно розподіленою між ними металевою зв'язкою (рис.9,10). Темна фаза - це зерна TiCN, у яких розчинено ~ 1% заліза, світла фаза - металева- містить залізо, хром, що відповідає вихідному складові зв'язки, а також розчинений титан (?2%). Величина твердості для спечених композитів складає 89 - 90 HRA (табл.3). Значення границі міцності при вигині змінюється в діапазоні від 980 МПа (для сплаву з 15% металевої зв'язки) до 1120 МПа (для сплаву з 30% зв'язки). Відносна зносостійкість матеріалів на основі карбонітриду титану в порівнянні зі сталлю У8 складає 21 - 23.

Таблиця 3. Фізико-механічні й експлуатаційні характеристики розроблених композиційних матеріалів і стандартних твердих сплавів.

Матеріал

Щільність, с Ч 10-3, кг/м3

Твердість, HRA

Границя міцності при вигині, МПа

Границя міцності при стисненні, МПа

Відносна зносостійкість

ВК 6

15,0

88,5

1520

5500

26

Т15К6

11,7

90

1180

4200

20,3

ТН 25

5,7

90

920

3500

12,9

КНТ 16

5,8

89

1080

3300

16,3

КН 15*

5,43

90

980

3350

21,2

КН 25

5,63

89

1110

3300

23,5

КН 30

5,73

89

1120

3280

21,7

* КН - композиційний матеріал на основі TiCN зі зв'язкою Fe- Cr (відповідно 15, 25 і 30мас. % зв'язки).

Вивчено закономірності пружно-пластичного деформування і крихкого руйнування розроблених матеріалів на основі карбонітриду титану. Мікромеханічні властивості визначалися методом мікроіндентування з використанням автоматичного режиму при навантаженні 3,4Н і оцінювалися по показниках мікротвердості, мікроміцності і тріщиностійкості як для розроблених матеріалів, так і для стандартних твердих сплавів (табл. 4).

Таблиця 4. Мікромеханічні властивості зносостійких матеріалів

Композиційний матеріал

Мікротвердість НV, ГПа

Мікроміцність, у, ГПа

Критичний коефіцієнт інтенсивності напруг, К1С,МН.м-3/2

ВК6

Т15К6

ТН 20

КХН 15

КНТ 16

КН*-15

КН-25

КН-30

15,5

18,8

16,0

12,0

14,5

21,2

19,5

18,6

4,8

6,2

2,7

2,8

5,4

6,1

6,6

6,2

6,58

6,7

4,37

4,6

5,88

6,48

* КН - матеріал на основі TiCN зі зв'язкою Fe - Cr (15, 25 і 30 мас% металевої зв'язки).

При високотемпературному окиснюванні композита TiCN - (Fe - Cr) на ДТА кривій відзначається утворення двох піків - при 525 і 8000С, а на кривій TG відповідні їм ефекти.

Петрографічний аналіз порошку КМ TiCN - (Fe - Cr), витриманого 2 години при температурі 525С, виявив у його складі 3-5% рутилу і 10% Fe2О3. Аналіз порошку, окисленого при температурі 800єС, що відповідає другому пікові на кривій ДТА, показав збільшення кількості високодисперсної фази TiО2 до 20%. Аналіз кривої показує, що при температурі 7800С процес окиснювання здобуває лінійний характер і при температурі 900єС величина питомого приросту маси досягає 7,5 мг/см2.

Введення до складу композиту додатків AlN дозволяє істотно підвищити стійкість матеріалів до високотемпературного окиснювання. При окиснюванні матеріалу TiCN - 10%AlN на його поверхні утворюється щільна плівка, що представляє собою хаотично орієнтовані голки твердого розчину TiО2 - Al2O3 (рис.12). Наявність цієї плівки істотно знижує інтесивність окиснювальних процесів. Для композита (TiCN - AlN) - (Fe - Cr) при температурі 1150єС величина питомого приросту маси знижується до 2,5 мг/см2.

Вивчено механізми електрохімічної корозії матеріалів TiС, TiN, TiCN, а також композитів системи TiCN - AlN без металевої зв'язки, і (TiCN - AlN) - (Fe - Cr) з металевою зв'язкою у 3% розчині NaCl. Анодне окиснювання зразка (TiCN - AlN) - 30%(Fe - Cr) протікає за кілька етапів. Спочатку (до потенціалу 0,05 В) зразок з невеликою швидкістю розчиняється до стану титану Ti(IV).

Перше уповільнення процесу розчинення також зв'язано з утворенням шару оксикарбонітриду TiCxNyOz, а друге (при потенціалі 0,28 В) може бути обумовлене утворенням оксикарбіду титану TiCxОy. Починаючи з Е = 0,55 В, цей процес змінюється процесом утворення пухкої плівки вищого оксиду титану TiО2 (рутил) у суміші з Fe2O3 і Cr2O3. При більш високих значеннях анодного потенціалу знову спостерігається перехід іонів титану в розчин, спочатку в стані Ti (IV), а потім у Ti (III). Установлено, що продуктом анодного окислення цього композита є оксикарбонітрид ти- тану TiCxNyOz у суміші з незначною кількістю оксиду заліза Fe2O3.

Травлення іонами Ar+ поверхні окисненого зразка не приводить до зміни вмісту заліза на поверхні. Це свідчить про те, що навіть при потенціалах ~ 1,8 В розчинення заліза в електроліті не відбувається.

Розроблено технологію одержання і вивчені структура і властивості КМ на основі подвійного карбіду TiCrС з металевою зв'язкою Ni - Cr. Вивчені триботехнічні характеристики компози-ційного матеріалу TiCrС- 20%(Ni-Cr). Визначено значення коефіцієнта тертя і зносостійкість матеріалу при різних швидкостях (у діапазоні 5 - 15 м/с) і навантаженнях ( 2,5 - 10 МПа). Коефіцієнт тертя зі збільшенням швидкості випробувань зменшується і при V=15 м/с дорівнює 0,25. Зносостійкість з ростом швидкості зменшується, причому якщо при малих швидкостях знос зразка не перевищує 3,5 мкм/км, то при максимальній швидкості випробувань знос збільшується до 11 мкм/км.

Досліджено поведінку порошків матеріалу TiCr- 20%(Ni-Cr) при нагріванні на повітрі до температури 10000С. Взаємодія композита на основі TiCrС з киснем повітря протікає в чотири стадії. На першій стадії при температурах 500 - 6200С протікає реакція:

TiCrС + O2 = TiО2 + CO2 + Cr2O3,

яка супроводжується утворенням інтенсивного екзотермічного піку. Цьому тепловому ефектові відповідає і приріст маси, зафіксований на кривій TG. На другій стадії окиснювання, що протікає при температурах 620 - 710С, відбувається взаємодія утворюваних оксидів титану і хрому, що супроводжується незначним виділенням тепла на ДТА - кривій:

TiО2 + Cr2O3 = Cr2TiО5

На третій стадії при температурах 770 - 900С відбувається окиснювання компонентів металевої зв'язки нікелю і хрому з утворенням оксидів NiО і Cr2O3, що при більш високих температурах (920 - 1000С, четверта стадія) взаємодіють між собою з утворенням хроміту нікелю:

NiО + Cr2O3 = NiCr2O4.

Досліджено корозійні властивості композиційного матеріалу TiCrС- (Ni-Cr) у 3% розчині NaCl і встановлено, що розроблений КМ TiCrС-(Ni-Cr) має високу стійкість до електролітичного окиснювання за рахунок утворення на його поверхні плівок (їхня товщина ~ 10 мкм), які практично зупиняють процес окиснювання.

Розроблено композиційні матеріали, основу яких складають плаковані нікелем (міддю) порошки дібориду титану, а металевою зв'язкою служить сплав Fe - Cr. Такі матеріали рекомендується використовувати у вигляді порошків для нанесення зносо- та корозійностійких покриттів.

Попередньо нанесені на поверхню порошку дібориду титану плівки нікелю (міді) повинні захистити частки TiВ2 від окиснювання у високотемпературному газовому потоці. При спіканні матеріалу (TiВ2+Ni) - (Fe - Cr) нікель при утворенні рідкої фази розчиняється в ній, і в цьому випадку структура матеріалу складається із зерен дібориду титану, а металевою зв'язкою є твердий розчин Fe - Cr - Ni, що підтверджується результатами мікрозондового аналізу. При спіканні композиту (TiВ2+Cu) - (Fe - Cr) на дефектних ділянках зерен дібориду виявлені конгломерати міді, оскільки вона практично не розчиняється в залізі.

Проведені дослідження виявили високий рівень експлуатаційних характеристик розроблених КМ, що дозволяє рекомендувати їх для застосування як деталей і вузлів для ущільнювальних елементів, що працюють в умовах інтенсивного зношування, агресивних середовищ і високих температур.

4. Особливості технології одержання, вивчені мікроструктура і визначені властивості керамічних матеріалів на основі карбіду кремнію для ущільнювальних елементів

Базовим компонентом кераміки обраний карбід кремнію, що має високу твердість (Нм=30ГПа), однак порошок SiС не спікається без активуючих додатків. Введення додатків оксиду алюмінію в карбід кремнію дозволяє одержувати безпористі гарячепресовані зразки з високим рівнем властивостей.

При температурах 1870 - 1920С відбувається утворення рідкої фази за рахунок оксидних плівок, що присутні на поверхні дисперсного карбіду кремнію й оксиду алюмінію, і під впливом зовнішнього тиску відбувається ущільнення зерен карбіду кремнію й формування безпористого матеріалу. Матеріал SiС - Al2O3 має високий рівень механічних властивостей, корозійної стійкості, триботехнічних характеристик. Структура цього матеріалу гетерофазна і складається з зерен SiС, між якими рівномірно розподілена фаза оксиду алюмінію.

Рентгеноструктурним аналізом матеріалу SiС - 50%Al2O3 виявлені SiС, Al2O3, а також сліди складного оксиду Al2O3·SiО2, наявність якого сприяє ущільненню кераміки при гарячому пресуванні. Введення в SiС - Al2O3 додатків ZrО2, В4С, AlN приводить до збільшення рівня фізико - механічних властивостей кераміки.

В даній роботі були вивчені триботехнічні характеристики карбіду кремнію і матеріалів на його основі. Оцінка цих характеристик проводилась при різних швидкостях ковзання на повітрі, без змащення в парі з контртілом зі сталі ШХ-15. Карбід кремнію має коефіцієнт тертя 0,33 при швидкості ковзання 5м/с і навантаженні 6 МПа.

Результати триботехнічних випробувань кераміки SiС - 50% Al2O3 представлені в табл. 5.

Розроблені керамічні матеріали на основі карбіду кремнію з додатками оксиду алюмінію, нітриду алюмінію, оксиду цирконію і карбіду бора мають високі фізико - механічні властивості, а по зносостійкості й антифрикційним властивостям перевершують широко використовуваний закордонний ущільнювальний матеріал “силайд” (реакційно спечений карбід кремнію) і можуть бути рекомендовані для використання як ущільнювальні елементи.

Таблиця 5. Триботехнічні властивості керамічних матеріалів на основі карбіду кремнію (контртіло - сталь ШХ15)

Матеріал

Швидкість ковзання, м/с

Навантаження, МПа

Коефіцієнт тертя

Знос, мкм/км

SiC - Al2O3

SiC - Al2O3 - ZrO2

SiC - Al2O3 - B4C

Силайд (зарубіжний ущільнювальний матеріал на основі самозв'язаного SiС)

16

20

25

25

25

25

15

15

15*

16

25

25

25

25

16

20

25

25

25

25

2,5

2,5

2,5

3,75

5,0

6,0

2,5

5

5

2,5

2,5

3,75

5,0

6,0

2,5

2,5

2,5

3,75

5,0

6,0

0,32

0,28

0,28

0,26

0,22

0,20

0,25

0,22

0,22

0,38

0,34

0,29

0,29

0,27

0,28

0,32

0,36

0,32

0,28

0,25

5

5

5

5

7

10

5

4

3,5

5

7

8

10

12

15

25

7

7

8

14

*Результати довгострокових випрбовувань протягом 10 год.

5. Механізми взаємодії долотної сталі 06Х6Г9МФ зі стандартними твердими сплавами ТН -20, ТВ-4 і ЛЦК-20, а також з розробленим композиційним матеріалом на основі карбіду титану КТФХ (карбід титану зі зв'язкою Fe - Cr)

Тверді сплави на основі карбонітриду титану (ТВ-4, ЛЦК20) активно взаємодіють з дослідженою долотною сталлю з утворенням нових хімічних сполук (складних карбідів) і відповідно змінюється їхній фазовий склад, (відбувається перерозподіл компонентів металевої зв'язки, твердого сплаву і сталі). Це приводить до втрати фізико - механічних і експлуатаційних властивостей композиту. Активна взаємодія в даних системах приводить до значних змін у складі долотної сталі, істотно змінюючи кількість і співвідношення легуючих елементів, у порівнянні з вихідним складом. Твердий сплав ТН-20 взаємодіє зі сталлю з утворенням подвійних карбідів на основі титану і ванадію. Нікель частково заміщається залізом, що приводить до зміни фазового складу металевої зв'язки, тобто спостерігається процес розміцнення твердого сплаву. Композиційний матеріал КТФХ у контакті зі сталлю практично не взаємодіє з нею (у зоні взаємодії не виявлені нові хімічні сполуки, а утворюються взаємні обмежені тверді розчини) і не змінює свого вихідного складу, при цьому в системі “КТФХ - долотна сталь” утворюються нульові контактні кути.

Це дозволило рекомендувати матеріал КТФХ у якості армітору бурового інструменту з матрицею зі сталі 06Х6Г9МФ. Для одержання арміторів бурового інструменту була сконструйована і виготовлена дослідна установка, що дозволяє формувать порошки композиційних матеріалів у вигляді гранул різного діаметру (рис.18). Формування гранул відбувається шляхом утворення крапель зі шликерної суміші, що під дією власної ваги відриваються від сопла фільєри попадають у ванну з гліцерином і охолоджуються, зберігаючи сферичну форму. Розміри гранул регулюються заслінкою фільєри. З матеріалу КТФХ були отримані гранули розміром 2-3 мм. Гранули використовували для локального армування зубків бурового інструменту методом відцентрового лиття.

6. Апробація розроблених КМ для нанесення захисних зносо- і корозійностійких покриттів електроіскровим, ВГПН, газотермічним і детонаційним методами

На підставі результатів по створенню композиційних матеріалів на основі карбонітриду титану були виготовлені електроди для електроіскрового легування сталей і сплавів наступних складів: TiCN - (Fe - 16%Cr), (TiCN - 7%AlN) - (Fe - 16%Cr) і (TiCN - 14%AlN) - (Fe - 16%Cr). Електроіскрові покриття наносили на сталь 45 у повітряному середовищі на установці Елітрон - 21. У роботі вивчені триботехнічні характеристики покриттів на сталі 45 після зміцнення електродними матеріалами на основі карбонітриду титану з різними додатками AlN. Для порівняння випробували зразки з покриттям із твердого сплаву Т15К6.

Тертя і знос зразків визначали при постійній швидкості 10 м/с і навантаженні, що змінюється від 0,5 до 1 МПа. Зразки з покриттями випробували на повітрі, без подачі змащення в зону контакту за схемою вкладиш - вал, у парі з термообробленою сталлю 45. Введення додатків нітриду алюмінію сприяє зниженню коефіцієнта тертя. Спостерігається загальна тенденція до зниження втрат на тертя при збільшенні навантаження. Зносостійкість покриттів також збільшується з ростом вмісту AlN в електродах (рис.19). За даними проведених досліджень покриття, отримані з матеріалів на основі карбонітриду титану з додатками AlN, по зносо-стійкості перевершують покриття з твердого сплаву Т15К6. Електроди (TiCN-AlN) - (Fe - Cr) використовували для нанесення зносостійких і корозійностійких покриттів на титановий сплав ВТ6 і твердий сплав ВК6. ЕІЛ цих сплавів істотно знижує їх знос на 60 і 33% відповідно.

При цьому робоча температура твердого сплаву ВК 6 з електроіскровим покриттям збільшується на 160 градусів у порівнянні з вихідною поверхнею внаслідок утворення оксикарбонітриду титану й алюмініду заліза. Для електроерозійного зміцнення швидкорізальної сталі Р9К5 застосовували електроди на основі дібориду титану TiВ2 - (Fe - Cr) (TБФХ). Суцільність покриттів, нанесених електродами ТБФХ, не перевищує 30 - 45%. Цей параметр може бути збільшений при пошаровому легуванні з використанням другого електроду. Як другий електрод використовують присадки нікелю або молібдену. Для з'ясування впливу цих металів (Ме) на формування електроіскрового покриття і його властивості здійснювали пошарове ЕІЛ сталі Р9К5 матеріалом ТБФХ у послідовності: Ме - ТБФХ - Ме або ТБФХ - Ме - ТБФХ. При пошаровому ЕІЛ величину сумарного приросту ваги катода УДк обчислювали без обліку змін приросту ваги, внесених при легуванні металевим електродом. Особливістю формування поверхневого шару при ЕІЛ є перемішування матеріалів електродів у мікрованні. З цієї причини при пошаровому легуванні нікель (молібден) присутній в покритті не у вигляді окремих шарів, а як самостійна фаза (біла) у суміші з іншими фазами.

При пошаровому легуванні (особливо в сполученні з нікелем) істотно зростають ефективність процесу і сумарний приріст ваги катода. При пошаровому ЕІЛ електродами ТБФХ у сполученні з нікелем і молібденом у два рази збільшується суцільність покриття (при збереженні високих значень Нµ), а також з'являється зона термічного впливу (ЗТВ), мікротвердість якої вище, ніж Нµ вихідної сталі.

Приведені дослідження свідчать про перспективність використання електродних матеріалів на основі карбонітриду і дібориду титану для електроіскрового зміцнення робочих поверхонь деталей і вузлів, що працюють в умовах підвищеного зношування.

Ґрунтуючись на результатах по змочуванню і контактній взаємодії подвійного карбіду титана - хрому з нікелем і нікель - фосфорними сплавами, композиційні порошки системи TiCrС - Ni, (Ni - P) були використані для газотермічного напилювання. Частки подвійного карбіду попередньо плакували нікелем або нікель - фосфорним сплавом. Для напилювання використовували композиційні порошки фракції 40 - 80 мкм. У якості плазмоутворюючого газу застосовувалася аргоноводнева суміш. Покриття мали товщину 250 - 300 мкм. При оптимальних режимах напилювання пористість покриттів не перевищувала 10 - 15%, причому покриття, отримані з порошків з нікель - фосфорною плакованою оболонкою, були більш щільними. Основними фазовими складовими в покритті були карбід титану - хрому і нікель. Оксидні й інші фази були присутні в невеликій кількості у вигляді слідів.

Для нанесення зносостійких покриттів методом високошвидкісного газополуменевого напилювання (ВГПН) на нержавіючу сталь Х18Н10Т використовували гранульовані композиційні порошки (TiCN - AlN) - (Ni - Cr - Al). Покриття мають ламельну тонкодисперсну структуру, їх товщина складає ~ 200 мкм. Покриття з композиційного порошку на основі TiCN - AlN має гетерофазну структуру, у якій тонкі шари фаз, збагачених титаном, чергуються з Ni - Cr сплавом, зміцненим Al-Ti, Cr2O3, NiAl2O4, а також сферичними частками Al2O3. Пористість покриттів на основі TiCN - AlN складає 20%. Пори мають сферичну форму, середній розмір - 1мкм. Визначено середні величини мікротвердості на поверхні покриття: сіра фаза на основі титану має значення Нм=19,7ГПа, а світла металева фаза - Нм=6,8ГПа.

Як матеріал для високотемпературних покриттів на сталі авіаційного призначення (30ХГСНА) використані композиційні матеріали системи (Si - Al2O3 - ZrО2) - 30%(Ni - Cr). Композиційні порошки для напилювання одержували в результаті розмелу вихідних компонентів у планетарному млині з наступним гранулюванням шихти. Розмір гранул складав 80 - 100 мкм. Покриття наносили на детонаційнно - газовій установці "Дніпро". Основними фазами покриття є фаза на основі Al2O3, ZrО2 і б - SiС, а також сплав Fe - Ni, NiCrО4 і в невеликій кількості SiО2. МРСА спектри покриття вказують на можливість існування також твердих розчинів Al2O3 - Cr2O3, Al2O3 - SiО2, ZrО2 - SiО2 і Ni2O3 - Cr2O3.

У процесі трибоокиснення покриття з SiС - Al2O3 - ZrО2 на поверхні утворюються вторинні плівки твердих розчинів на основі оксидів:

Al2O3 -Cr2O3,Al2O3 - SiО2, ZrО2-SiО2 і Ni2O3 - Cr2O3.

Присутність у вторинних плівках твердих розчинів на основі оксидів забезпечує чотириразове зменшення інтенсивності зношування покриття на основі SiС - Al2O3 - ZrО2 у порівнянні з покриттям з вольфрамового твердого сплаву.

Проведені дослідження показали, що розроблені композиційні матеріали можуть бути використані для нанесення зносо- і корозійностійких покриттів різними методами і є перспективними для поліпшення службових характеристик деталей і вузлів, що працюють в умовах високих температур і інтенсивного зношування.

7. Результати триботехнічних досліджень і вивчені закономірності механізмів зношування композиційної кераміки і покриттів на основі карбіду, карбонітриду титану з жаростійкими додатками (AlN), а також металевими зв'язками (Fe - Cr, Ni - Cr - Al) у парі з термообробленою сталлю при високих швидкостях (4 - 16 м/с) і навантаженнях (2 - 10 МПа)

Триботехнічні параметри (коефіцієнт тертя f, інтенсивність зношування I, мкм/км) визначали умовах сухого тертя. Коефіцієнт тертя КМ КТФХ (TiС - Fe - Cr) зменшується від 0,21 до 0,16 зі збільшенням швидкості ковзання від 4 до 15 м/с при навантаженні 5МПа, при цьому інтенсивність зношування складає 5,8 мкм/км. При фіксованій швидкості V=15м/с зі збільшенням навантаження від 2,5 до 10 МПа коефіцієнт тертя зменшується до 0,12, а знос складає 4,2 - 6,0 мкм/км. Зі збільшенням швидкості ковзання і навантаження коефіцієнт тертя зменшується при малій величині зносу. Таке поводження КМ на основі карбіду титану з металевою зв'язкою можна пояснити тим, що при великих швидкостях і навантаженнях у контактній зоні підвищується температура і, як результат, частково окиснюється поверхня матеріалу з утворенням оксидних плівок (TiО2, Fe2O3, Cr2O3, NiО). Ці плівки утворюють оксидні фази Fe2TiО5 і Cr2TiО5, що мають високу міцність зв'язку з поверхнею КМ. При цьому утворення твердих розчинів оксидних фаз повинне сприяти ущільненню оксидної плівки.

Розроблені композиційні матеріали на основі карбіду і карбонітриду титану з металевою зв'язкою Fe - Cr(Ni) і жаростійкими додатками AlN можуть бути рекомендовані для роботи в екстремальних умовах експлуатації (високі температури і навантажно - швидкісні параметри у вузлах тертя ковзання). Для всіх складів КМ і покриттів з них з ростом швидкості ковзання і навантаження коефіцієнт тертя й інтенсивність зношування зменшується, досягаючи для КМ на основі (TiCN - AlN) значень 0,11 і 3,2 мкм/км відповідно. Отриманий ефект пояснюється формуванням оксидних плівок, що екранують, у процесі трибоокислення.

При цьому утворенню суцільної і щільної оксидної плівки сприяють ізоморфні оксидні фази, що утворюють тверді розчини TiО2 - Al2O3, TiО2 - Fe2O3, TiО2 - Cr2O3 і адгезійно міцно зв'язані з поверхнею матеріалу або покриття.

Нові КМ можуть бути використані також у виді електродів і порошків для нанесення зносо - і корозійностійких покриттів на конструкційні сплави.

Висновки

зносостійкий композиційний тугоплавкий

1. Вперше сформульовані науково - обґрунтовані принципи вибору структурних складових нових зносо- і корозійностійких композиційних матеріалів на основі тугоплавких сполук титану, кремнію з металевою зв'язкою:

- зносостійка складова повинна мати високу термодинамічну стабільність стосовно металевих зв'язок при реалізації гарного змочування і високого адгезійного зв'язку між ними.

- металева зв'язка повинна бути багатокомпонентною і складатися з міжфазно - активних металів, що утворюють між собою тверді розчини в широкій області концентрацій, що знижує їхню хімічну активність (при високому адгезійному зв'язку з тугоплавкою складовою), тим самим зменшує інтенсивність взаємодії зі зносостійкою складовою і перешкоджає утворенню нових хімічних сполук.

2. Вперше досліджена контактна взаємодія складних тугоплавких сполук титану (TiС, TiCN, TiCrС, TiС - Mo2C, TiВ2 - TiС, TiCN - AlN) зі сплавами на основі нікелю (Ni - Cr, Ni - P, Ni - Mo) і заліза (Fe - Cr, Fe - Ni). Визначено кінетичні й енергетичні параметри змочування, вивчені структура і склад продуктів взаємодії, що утворюються. Показано, що дані системи характеризуються інтенсивним змочуванням (значення контактних кутів И<< 900), що супроводжується утворенням взаємних обмежених твердих розчинів, які забезпечують високий адгезійний зв'язок металевих сплавів з тугоплавкою складовою.

3. На підставі виявлених особливостей міжфазної взаємодії тугоплавких сполук титану з металевими розплавами визначений вибір структурних складових і оптимальних складів нових композиційних матеріалів, розроблена технологія їхнього одержання. Аналіз структури, фазового складу і властивостей розроблених КМ дозволили сформулювати їхню класифікацію щодо складу і областей застосування.

4. Досліджено структуру і властивості керамічних композиційних матеріалів SiС - Al2O3 з додатками ZrО2 і B4C. Вивчені фізико - механічні (міцність при вигині складає 650 - 1025 МПа) і триботехнічні характеристики цих матеріалів (у залежності від складу і режимів випробування знос складає I = 5 - 12 мкм/км, а величина коефіцієнту тертя f = 0,32 - 0,2). Досліджено особливості контактної взаємодії розробленої кераміки SiС - Al2O3 з нікелевими сплавами, що дозволило зробити рекомендації зі створення КМ на основі карбідокремнієвої кераміки з металевою зв'язкою для детонаційних покриттів.

5. У широкому діапазоні складів і навантажно - швидкісних параметрів вивчені триботехнічні характеристики розроблених композиційних матеріалів на основі TiCN, TiCN - AlN, TiCrС, TiС з металевими зв'язками Fe(Ni) - Cr в умовах сухого тертя ковзання на повітрі в парі зі сталлю. Показано, що основний вплив на тертя і знос чинить склад вторинних плівок, що утворюються в процесі трибоокислення. Установлено, що з ростом швидкості ковзання і навантаження коефіцієнт тертя й інтенсивність зношування зменшуються, досягаючи для КМ на основі (TiCN - AlN) значень 0,11 і 3,2 мкм/км відповідно. При цьому утворенню щільної оксидної плівки сприяють оксидні фази, що утворюють тверді розчини TiО2 - Al2O3, TiО2 - Fe2O3, TiО2 - Cr2O3 і адгезійно міцно зв'язані з поверхнею КМ.

6. Проведено комплексні дослідження корозійної стійкості розроблених матеріалів в агресивних середовищах: при високих температурах на повітрі й у морській воді. Показано, що металева зв'язка (Fe - Cr) у розроблених матеріалах на основі тугоплавких сполук титану приводить до утворення при температурах ? 800 0С твердих розчинів Cr2TiО5 і Fe2TiО5, які утворюють щільну оксидну плівку, що має високу адгезію до основи. Це сприяє збільшенню корозійної стійкості матеріалів зі зв'язками при високих температурах (до 1200 0С). Виходячи з вимірюваних значень стаціонарних потенціалів поляризаційних кривих, залежності швидкості корозії від прикладеного потенціалу установлена висока корозійна стійкість у морській воді розроблених матеріалів у порівнянні з конструкційними сталями.

7. Розроблено технологію формування і спікання гранул з нового КМ на основі карбіду титану з метою створення локально армованого породоруйнівного бурового інструменту. Вивчена сумісність гранул КТФХ із долотною сталлю, досліджена зона їхньої взаємодії. Показано, що твердосплавні гранули практично не взаємодіють з долотною сталлю і не піддаються розміцненню (зміні їхнього вихідного складу). Отримані гранули рекомендовані для одержання зубків бурового інструменту методом відцентрового лиття.

8. Дано рекомендації з використання розроблених матеріалів для нанесення електроіскрових покриттів. Застосування технології пошарового легування дозволило збільшити товщину і суцільність захисного покриття зі збільшенням зносостійкості в 2 - 2,5 рази. Показано принципову можливість застосування нових матеріалів для одержання зносо - корозійностійких покриттів методами газотермічного напилювання. Розроблений жаростійкий композиційний матеріал SiС - Al2O3 - ZrО2 забезпечує одержання детонаційних покриттів на сталі 30ХГСНА, що перевищують зносостійкість покриттів із твердого сплаву ВК15 у 3,5- 4 рази.

9. Розроблені на основі карбонітриду титану композиційні матеріали пройшли апробацію як деталі торцевих ущільнювачів для нафтоперегонних насосів. Встановлено, що при зміцненні сталевих поверхонь (штампового оснащення) і карбідовольфрамових сплавів ВК 6 стійкість зміцнених деталей зростає в 1,3 - 1,8 разів. Карбідокремнієві КМ пройшли успішні випробування як конуси гідроциклону на Криворізькому Центральному гірничозбагачувальному комбінаті, з цих матеріалів виготовлені елементи ущільнювальної техніки і засоби індивідуального захисту. З нового керамічного матеріалу на основі карбіду кремнію виготовлені і випробувані торцеві ущільнювачі, що за експлуатаційними характеристиками перевершують закордонний аналог "Силайд".

Література

1. Панасюк А.Д., Уманский А.П. Взаимодействие структурних составляющих композиционного материала на основе карбида титана // Порошковая металургия. - 1987. - №2. - С.79 -82.

2. Довгань А.Г., Ващенко А.Н., Панасюк А.Д., Уманский А.П. Взаимодействие диборидов титана и циркония с силикатными расплавами // Порошковая металлургия. - 1988. - №7. - С.84 - 88.

3. Панасюк А.Д., Уманский А.П., Смирнов В.П. Контактное взаимодействие тугоплавких соединений титана со сплавами железо - хром // Адгезия расплавов и пайка материалов. - 1988. - №21. - С.45 - 48.

4. Богданов Е.И., Верхотуров А.Д., Подчерняева И.А., Панасюк А.Д., Столярова Н.С., Уманский А.П. Использование минерального сырья в получении новых электродных материалов для электроискрового легирования // Порошковая металлургия. - 1989. - №9. - С.85 - 90.

5. Уманский А.П., Шведова Л.К., Панасюк А.Д., Горбатов И.Н., Врублевский А.С. Смачивание двойного карбида титана-хрома никелевыми сплавами // Адгезия расплавов и пайка материалов. - 1990. - №23. - С.69 - 73.

6. Подчерняева И.А., Панасюк А.Д., Верхотуров А.Д., Дятел В.П. Уманский А.П. и др. О возможности получения лазерных покрытий с использованием минерального сырья //Физика и химия обработки материалов. - 1990. - №4. - С.63 - 68.

7. Уманский А.П., Панасюк А.Д., Белобородов Л.Н., Врублевский А.С., Середа Н.Н. Особенности межфазного взаимодействия в системах (TiC-Mo2C) - (Ni - Mo). Сообщение I.Смачивание материалов TiC-Mo2C сплавами Ni - Mo // Адгезия расплавов и пайка материалов. - 1991. - №26. - С.38 - 41.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Вплив мінеральних наповнювачів та олігомерно-полімерних модифікаторів на структурування композиційних матеріалів на основі поліметилфенілсилоксанового лаку. Фізико-механічні, протикорозійні, діелектричні закономірності формування термостійких матеріалів.

    автореферат [29,3 K], добавлен 11.04.2009

  • Будова, властивості і класифікація композиційних матеріалів – штучно створених неоднорідних суцільних матеріалів, що складаються з двох або більше компонентів з чіткою межею поділу між ними. Економічна ефективність застосування композиційних матеріалів.

    презентация [215,0 K], добавлен 19.09.2012

  • Основні принципи підвищення зносостійкості порошкових матеріалів на основі заліза. Вплив параметрів гарячого штампування на структуру і властивості отримуваних пористих заготовок. Технологія отримання композитів на основі системи карбід титану-сталь.

    дипломная работа [4,8 M], добавлен 27.10.2013

  • Структура, властивості та технології одержання полімерних композиційних матеріалів, методика їх вимірювання і виготовлення. Особливості лабораторного дослідження епоксидної смоли, бентоніту, кварцового піску. Визначення якостей композиційних систем.

    курсовая работа [10,8 M], добавлен 12.06.2013

  • Переваги дисперсно-зміцнених композиційних матеріалів над традиційними сплавами. Розрахунок розміру часток по електронно-мікроскопічним знімкам. Структура бінарних дисперсно-зміцнених композитів на основі міді вакуумного походження у вихідному стані.

    дипломная работа [6,3 M], добавлен 16.06.2011

  • Основні принципи здійснення електроерозійного, електрохімічного, ультразвукового, променевого, лазерного, гідроструменевого та плазмового методів обробки матеріалів. Особливості, переваги та недоліки застосування фізико-хімічних способів обробки.

    реферат [684,7 K], добавлен 23.10.2010

  • Характеристика методів діагностики різальних інструментів для токарної обробки алюмінієвих сплавів. Розробка системи визначення надійності різця з алмазних композиційних матеріалів при точінні. Розрахунки значень напружень і ймовірності руйнування різця.

    реферат [38,6 K], добавлен 10.08.2010

  • Дослідження основних технологічних, структурних та механічних властивостей матеріалів. Вивчення розвитку моди на вироби жіночого літнього одягу. Характеристика асортименту швейної тканини, фурнітури, підкладкових, прокладкових та докладних матеріалів.

    курсовая работа [43,7 K], добавлен 09.06.2011

  • Фізико-хімічні властивості титану. Області застосування титану і його сплавів. Технологічна схема отримання губчатого титану магнієтермічним способом. Теоретичні основи процесу хлорування. Отримання тетрахлориду титана. Розрахунок складу шихти для плавки.

    курсовая работа [287,7 K], добавлен 09.06.2014

  • Поняття та призначення підготовчого цеху підприємства, його структура та елементи, принципи та обґрунтування вибору схеми комплексної механізації. Обладнання складського виробництва, для зберігання матеріалів. Промірювально-розбракувальне обладнання.

    лекция [401,8 K], добавлен 01.10.2013

  • Сучасні тенденції моди. Вимоги до асортименту одягу, що проектується. Характеристика моделей, їх технологічний аналіз. Обгрунтування вибору матеріалів для моделей. Характеристика матеріалів, складання конфекційної карти. Попередній розрахунок потоку.

    курсовая работа [94,1 K], добавлен 05.06.2019

  • Сучасний стан виробництва медичного скла, технологічне обладнання, обробка матеріалів. Вибір складу скла та характеристика сировини. Дозування компонентів та приготування шихти. Контроль якості виробів. Фізико-хімічні процеси при варінні скломаси.

    дипломная работа [138,2 K], добавлен 01.02.2011

  • Створення нових лакофарбових матеріалів, усунення з їх складу токсичних компонентів, розробка нових технологій для нанесення матеріалів, модернізація обладнання. Дослідження технологічних особливостей виробництва фарб. Виготовлення емалей і лаків.

    статья [21,9 K], добавлен 27.08.2017

  • Аналіз геометричних параметрів ріжучої частини спіральних свердел з перехідними ріжучими крайками. Опис процесів формоутворення задніх поверхонь свердел різних конструкцій. Результати дослідження зусиль різання і шорсткості поверхні під час свердління.

    реферат [78,6 K], добавлен 27.09.2010

  • Знайомство з особливостями створення машин, що відповідають потребам народного господарства. Аналіз кінематичних параметрів передачі двигуна. Проблеми вибору матеріалів черв`ячних коліс. Етапи проектного розрахунку циліндричної зубчастої передачі.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 11.09.2014

  • Фізико-хімічна характеристика процесу, існуючі методи одержання вінілацетату та їх стисла характеристика. Основні фізико-хімічні властивості сировини, допоміжних матеріалів, готової продукції; технологічна схема; відходи виробництва та їх використання.

    реферат [293,9 K], добавлен 25.10.2010

  • Аналіз впливу легувальних елементів та домішок на технологічну зварність сталі 16ГНМА. Методика та розрахунок фазового складу металу зварного шва. Кількість структурних складових металу навколошовної ділянки. Схильність до утворення тріщин при зварюванні.

    курсовая работа [847,8 K], добавлен 06.04.2012

  • Області застосування вогнетривів. Показники властивостей піношамотних виробів. Карбідкремнієві вогнетриви, особливості застосування. Класифікація теплоізоляційних матеріалів. Фізико-хімічні властивості перліту. Теплопровідність теплоізоляційної вати.

    курсовая работа [126,0 K], добавлен 30.09.2014

  • Вимоги, що ставляться до матеріалів, з яких виготовляють металорізальний інструмент. Визначення величини активної частини різальної кромки різця. Кінематичні схеми головного руху металорізальних верстатів, способи закріплення на валах елементів приводу.

    контрольная работа [157,0 K], добавлен 14.10.2010

  • Аналіз конструкцій існуючих водовідділювачів, їх будова, принцип роботи, продуктивність. Розрахунки балок, колон та фундаментів. Технологічний процес монтажу обладнання на місці експлуатації та його ремонту. Особливості вибору конструкційних матеріалів.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 01.03.2016

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.