Электровзрывное напыление износостойких покрытий системы TiC – Mo и изучение их структуры Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

6. Ч е р н я т е в и ч А.Г., Г а н з е р Л.А., А й з а т у л о в Р.С. и др. Комбинированная продувка в конвертерах с использованием двухконтурной фурмы // Черная металлургия. Бюл. НТИ. 1998. № 7. С. 48 - 50.

7. М о к р и н с к и й А.В., П р о т о п о п о в Е.В., Ч е р н я т е в и ч А.Г. Численное моделирование и промышленная отработка конструкций цельноточенных наконечни-

ков кислородно-конвертерных фурм // Изв. вуз. Черная металлургия. 2005. № 12. С. 16 - 20.

© 2013 г. Е.В. Протопопов,

А.Г. Чернятевич, С.А. Филиппенко,

С. В. Фейлер Поступила 12 апреля 2013 г.

УДК 621.785:669.1.08.29

Д.А. Романов, О.В. Олесюк

Сибирский государственный индустриальный университет

ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОЕ НАПЫЛЕНИЕ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ СИСТЕМЫ Т1С - Мо И ИЗУЧЕНИЕ ИХ СТРУКТУРЫ*

Композиционные покрытия системы ТІС - Мо обладают высокой износостойкостью и микротвердостью [1]. Формирование таких покрытий в настоящее время осуществляется методом плазменного напыления в воздушной среде [1] и в вакууме [2]. Композиционные покрытия используются в машиностроении для защиты деталей, испытывающих повышенные нагрузки при работе в агрессивных средах и высоких температурах, в частности, в поршневых системах автомобильных двигателей внутреннего сгорания. Однако структура таких покрытий имеет ряд недостатков: например, пористость (которая ухудшает теплопроводность покрытий), низкую адгезию с основой.

Одним из перспективных направлений развития методов электровзрывной обработки поверхности металлов и сплавов является разработка способов электровзрывного напыления (ЭВН) с целью повышения эксплуатационных показателей и увеличения срока службы деталей. Электровзрывное напыление - это метод нанесения упрочняющих покрытий из продуктов электрического взрыва фольг и порошковых навесок; одним из его достоинств является возможность формирования покрытий с высокой адгезией с основой [3]. Элек-тровзрывное напыление без оплавления поверхности основы позволяет получать единич-

*

Работа выполнена при финансовой поддержке госзадания Минобрнауки № 2.4807. 2011.

ные слои из того или иного вещества, при многократном нанесении единичных слоев разных материалов можно получать композиционные покрытия со слоистой структурой. Электро-взрывное напыление с оплавлением поверхности и перемешиванием наносимых материалов с материалом основы позволяет получать композиционные покрытия с наполненной структурой, когда в матрице одного металла расположены включения других фаз.

Целью настоящей работы является создание методом ЭВН композиционных покрытий системы ТЮ - Мо, изучение топографии их поверхности и структуры.

Электровзрывное напыление покрытий проводили на модернизированной электровзрывной установке ЭВУ 60/10М [4]. Установка включает емкостный накопитель энергии, импульсный плазменный ускоритель, состоящий из коаксиально-торцевой системы электродов с размещенным на них проводником, локализующей продукты взрыва разрядной камеры, переходящей в сопло, по которому эти продукты истекают в вакуумную технологическую камеру с остаточным давлением 100 Па. Электровзрыв происходит в результате пропускания через проводник тока большой плотности при разряде накопителя энергии.

Обработке подвергали образцы стали 45 в отожженном состоянии размерами 20*30*2 мм. Режим термосилового воздействия на об-

Рис. 1. Морфология поверхности электровзрывного композиционного покрытия системы ТІС - Мо: а - общий вид; б - микрокапли; в - композиционная структура микрокапли

лучаемую поверхность задавали выбором зарядного напряжения емкостного накопителя энергии установки, по которому рассчитывали поглощаемую плотность мощности [5]. Элек-тровзрывное напыление проводили с использованием композиционного электрически взрываемого материала (КЭВМ) для нанесения покрытий; в настоящей работе это двухслойная молибденовая фольга с заключенной в ней навеской карбида титана. Параметры ЭВН: поглощаемая плотность мощности 4,5 ГВт/м2, диаметр молибденового сопла 20 мм, расстояние образца от среза сопла 20 мм, массы фольги и порошковой навески 284 и 142 мг (режим 1), 284 и 213 мг (режим 2) и 284 и 284 мг (режим 3).

Исследования топографии поверхности проводили с использованием оптического интерферометра Zygo NewViewTM 7300. Сканирующую электронную микроскопию (СЭМ) осуществляли с использованием растрового

электронного микроскопа Carl Zeiss EVO50. Массу фольг и навесок порошка определяли с помощью аналитических весов Shimadzu AUX 120.

Сканирующая электронная микроскопия показала, что поверхность покрытий сформирована многочисленными неравномерно распределенными деформированными микрокаплями диам. 1 - 50 мкм, осевшими на ней из тыла струи (рис. 1).

Рентгеноспектральный микроанализ различных участков покрытия (рис. 2) показал, что область набора рентгеновского спектра 1, выбранная на включении размером 8 мкм, образована титаном (светлые области округлой формы размером 0,1 - 5,0 мкм на рис. 1, а).

Область спектра 2, выбранная на участке покрытия без включений, образована молибденом, спектров 3 - З, выбранных на участках покрытия, образованными матрицей и включениями, - молибденом и титаном в различном

I, опт. ед.

ШИВ

Е, кэВ

Рис. 2. Области набора рентгеновского спектра покрытия системы ТІС - Мо (а) и рентгеновские спектры в

областях 1 - 5 (б) режим (3)

соотношении их содержаний. Содержание титана и молибдена для спектров 3 - 5 составляет 44 и 56, 52 и 48, 46 и 54 % (по массе) соответственно. На основании этих данных можно утверждать, что покрытие обладает композиционной наполненной структурой, представляющей собой молибденовую матрицу с расположенными в ней упрочняющими включениями карбида титана.

Микрокапли образованы молибденом и частицами порошка карбида титана. Частицы карбида титана попадают в расплав молибдена в процессе формирования струи при электрическом взрыве. Микротрещины на поверхности покрытия (рис. 1, а, б) образуются вследствие высокоскоростной кристаллизации покрытия.

Оптическая интерферометрия показала, что среднее арифметическое отклонение профиля составляет 3,0 мкм. Полученные значения параметров шероховатости обусловлены тем, что покрытия были получены при электровзрывной обработке, для которой характерно осаждение на поверхность преимущественно жидких частиц продуктов взрыва из тыла струи с последующей самозакалкой [5].

Согласно данным РЭМ поперечных сечений покрытий их толщина составляет 55 -70 мкм (рис. 3). Вследствие термосилового воздействия плазменной струи на поверхность, нагреваемую до температуры плавления, на границе покрытия с основой формируется рельеф, который позволяет увеличивать адгезию.

Более детальное изучение структуры покрытий методом РЭМ показало, что при всех режимах обработки происходит формирование композиционных дисперсноупрочненных покрытий, когда в матрице расположены включения (рис. 4). Размер включений составляет 0,1 - 8,0 мкм; это соответствует размерам частиц порошка карбида титана, используемого для ЭВН. Видно, что соотношения содержания веществ матрицы и упрочняющих включений

Л<МК

Рис. 3. Характерное изображение структуры покрытия системы ТЮ - Мо (прямой шлиф)

составляют 2:1, 1,5:1 и 1:1 для режимов 1, 2 и 3 соответственно (рис. 4). Покрытия характеризуются отсутствием пористости.

Выводы. Впервые электровзрывным способом получены покрытия из молибдена и карбида титана, параметр шероховатости которых изменяется в пределах 3,0 мкм. Морфология поверхности покрытий представлена композиционными микрокаплями ТЮ - Мо диам. 1 - 50 мкм. Толщина покрытий составляет 55 - 70 мкм. На границе покрытия с основой формируется рельеф. Покрытие обладает композиционной наполненной структурой, представляющей собой молибденовую матрицу с расположенными в ней упрочняющими включениями карбида титана, причем соотношения содержания вещества матрицы и упрочняющих включений составляют 2:1, 1,5:1 и 1:1 при различных режимах обработки.

1.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК

F u k u s h i m a T. High temperature properties of TiC - Mo coatings by thermal spraying // Journal of High Temperature Society. 2002. Vol. 28. № 4. P. 171 - 175.

Рис. 4. Композиционная наполненная структура покрытий системы ТС - Мо, напыленных в режимах 1 (а), 2 (б) и 3 (в)

(прямые шлифы)

2. X i a o q i a n G., Y a r a n N., L i p i n g H. et al. Microstructure and tribological property of TiC - Mo coating prepared by vacuum plazma spraying // Journal of Termal Spray Technology. 2012. Vol. 21(5). P. 1083 -1089.

3. Р о м а н о в Д.А., Б у д о в с к и х Е.А., Г р о м о в В.Е. Электровзрывное напыление электроэрозионностойких покрытий: формирование структуры, фазового состава и свойств электроэрозионностойких покрытий методом электровзрывного напыления. - Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2012. -170 с.

4. Ж м а к и н Ю.Д., Р о м а н о в Д.А., Б у -д о в с к и х Е.А. и др. Автоматизированная электровзрывная установка для повышения эксплуатационных характеристик материалов // Промышленная энергетика. 2011. № 6. С. 22 - 25.

5. Физические основы электровзрывного легирования металлов и сплавов / А.Я. Багаутдинов, Е.А. Будовских, Ю.Ф. Иванов,

В.Е. Громов. - Новокузнецк: изд. СибГИУ, 2007. - 301 с.

© 2013 г. Д.А. Романов, О. В. Олесюк Поступила 13 мая 2013 г.

УДК 538.913

М.М. Морозов1, Т.Н. Маркова1, А.А. Клопотов2

1Сибирский государственный индустриальный университет 2Томский государственный архитектурно-строительный университет

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫХ СОСТОЯНИЙ В ТРОЙНЫХ СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ БИНАРНОЙ СИСТЕМЫ Си - Ра

Многокомпонентные сплавы на основе Ag -Pd - Аи - Си [1] находят практическое применение как дентальные материалы благодаря их хорошим механическим свойствам и хорошей биологической совместимости. Литейные

сплавы белого золота, широко используемые в стоматологии, бывают двух типов: твердые и особо твердые. Химический состав этих сплавов [1] приведен в таблице.

Особенности структурно-фазовых состояний сплавов определяют их механические свойства, именно поэтому необходим анализ структурно-фазовых состояний многокомпонентных сплавов.

Для предсказания структурно-фазовых состояний в сплавах Ag - Pd - Аи - Си необходим анализ фазовых диаграмм от бинарных до

многокомпонентных систем. Для выявления факторов, влияющих на структурно-фазовые состояния в многокомпонентных сплавах, необходимо провести систематизацию и анализ строения тройных диаграмм состояния сплавов Си - Р^ - Аи, Си - Pd - Ag и Си - Pd - Р! Этому и посвящена настоящая работа.

Важным при исследовании фазовых равновесий и кристаллических структур в системах Си - Аи, Си - Pd, Си - Р^ Pd - Р^ Си - Pd - Аи и Си - Pd - Pt является определение особенностей образования геометрически плотно-упакованных структур на основе ГЦК решетки с одномерными и двухмерными длиннопериодическими структурами Ь12(М) и Ь12(ММ) и на основе ГЦК решетки со структурой Ь10.

Химический состав сплавав

Тип сплава Содержание, %, элемента

Au Ag Си Pd Pt

Твердый б5 - 70 7 - 12 б - 10 10 - 12 4 (макс.)

Особо твердый * б0 - б5 10 - 15 9 - 12 б - 10 4 - 8

Особо твердый ** 28 - 30 25 - 30 20 - 25 15 - 20 3 - 7

П р и м е ч а н и е.* и ** - сплав обладает желтоватым и белым цветом.