Спосіб одержання композиційних боридних покриттів на сталях і легких сплавах

Завантажити PDF файл.

Формула / Реферат

Спосіб одержання композиційних боридних покриттів на сталях і легких сплавах, який включає електрохімічне осадження шару металу групи заліза, наприклад нікелю, з порошком аморфного бору та його наступну термічну обробку для формування зносостійкої гетерогенної структури Ме-Ме2-3В, який відрізняється тим, що для прискореного формування композиційної боридної структури покриття, підвищення його зносостійкості та локалізації термічного впливу в межах товщини покриття, наступну його обробку проводять швидкісним термопластичним деформуванням обертовим металевим диском за режимами: лінійна швидкість обертання диска - 50...70 м/с, відносна швидкість деталі - 1...3 м/хв., глибина врізання інструмента - 0,05...0,15 мм, локальна температура в зоні фрикційного контакту - 700...900 °С при технологічному середовищі - оливі індустріальній.

Текст

Корисна модель відноситься до машинобудування, конкретно до формування композиційних боридних покриттів шляхом послідовного електрохімічного осадження шару металу групи заліза з дисперсним порошком аморфного бору та їх наступного швидкісного термопластичного деформування і може бути використаний для підвищення зносо- і корозійної стійкості деталей машин. Відомий спосіб електрохімічного нанесення композиційних покриттів на основі нікелю, міді, хрому та інших металів, що містять в собі дисперсні частинки наповнювача різного функціонального призначення [1]. Відомий також комбінований спосіб отримання композиційних боридних покриттів на основі металів групи заліза, який полягає в електрохімічному осадженні покриттів нікель-бор, кобальт-бор і залізо-бор з суспензій аморфного бору в електролітах нікелювання, кобальтування, залізнення та наступної їх термічної обробки в інертному середовищі (або вакуумі) за температур 900-1150°С протягом 1...4год [2]. Температурний вплив ініціює твердофазну взаємодію компонентів покриття - частинок бору та металу матриці і формування нової композиційної структури, що містить бориди Nі3В або Со3В, чи Fе2В у металевій матриці. Відомий ще один метод [3] формування композиційних покриттів евтектичного типу, який є найближчим за технічним змістом до запропонованого. Він включає електрохімічне осадження композиційних покриттів на основі металів групи заліза з частинками аморфного бору та наступну термічну обробку СВЧ. Перевага цього методу над попереднім є очевидною, виходячи з умови короткочасної (3...5с) тривалості термообробки, яка проводиться в атмосферному середовищі. Дослідження експлуатаційних властивостей композиційних електрохімічних покриттів Ni-B, Со-В і Fe-B підтвердили доцільність проведення додаткової операції термічної обробки, оскільки вона забезпечує високу адгезію покриття до матеріалу основи за рахунок утворення дифузійної зони на границі розділу покриття - метал. Внаслідок взаємодії компонентів по типу реакційної дифузії в покритті утворюються боридні зерна високої (9...17ГПа) твердості та з більшим їх об'ємним вмістом у металевій матриці порівняно з вмістом порошку бору в стр уктурі вихідного (електроосадженого) покриття Ме-В. Тому, зносостійкість термооброблених покриттів Ni-B перевищує зносостійкість вихідної структури в 6...8 разів. Корозійна стійкість термооброблених Ni-B покриттів в кислотних розчинах відповідає 5 балу (по десятибальній шкалі), покриття, що не пройшли термічну обробку відносяться до групи нестійких матеріалів і відповідають 10 балу. Проведення додаткової операції термічної обробки має два суттєві недоліки: - збільшення тривалості технологічного процесу і відповідно його енергозатрат; - непридатність даного методу для захисту легких сплавів. Останній недолік унеможливлює використання таких ефективних покриттів для поверхневого зміцнення значної кількості виробів, виготовлених з легких сплавів, зокрема алюмінієвих деформівних, максимальна температура нагрівання яких не повинна перевищувати 200°С. Мета корисної моделі - пошук додаткової, альтернативної термічній обробці, операції підвищення трибологічних характеристик покриттів Ni-B, Со-В і Fe-B шля хом формування композиційної боридної структури. Вказана мета досягається тим, що згідно способу, який включає електрохімічне осадження композиційного покриття металом групи заліза з порошком аморфного бору, наступн у обробку покриття проводять швидкісним термопластичним деформуванням за допомогою металевого диску за режимами: лінійна швидкість обертання диска 50...70м/с, лінійна швидкість деталі 1...3м/хв., глибина врізання інструменту 0,05...0,15мм, технологічне середовище - олива І-5А. Вказані параметри розраховували виходячи з необхідної температури в зоні фрикційного контакту 700...950°С та товщини теплового шару не більшої, ніж 200мкм. За таких умов швидкісного термопластичного деформування вихідна структура електроосадженого покриття (дисперсні частинки бору в металевій матриці), внаслідок швидкоплинних структурно-фазових перетворень, змінюються на нову композиційну стр уктур у матрично наповненого типу - боридні зерна в металевій матриці. В поверхневій зоні покриття кількість боридних зерен помітно більша, очевидно, за рахунок значної пластичної деформації та ущільнення металевої матриці. Аномально швидкому протіканню твердофазних реакцій боридоутворення сприяють: - висока густина спотворень і дефектів кристалічної ґратки електроосадженого металу, особливо точкових, концентрація яких перевищує термодинамічне рівноважну в 10...102 разів; - присутність атомарного водню та метастабільних металогідридних сполук у покритті; - імпульсний вплив зовнішнього температурно-силового поля (Q=12...15МВт/м 2) в зоні фрикційного контакту при додатковій обробці, яке генерує значну кількість термічних і деформаційних вакансій, що підвищує коефіцієнт самодифузії атомів на 3...4 порядки. Рентгеноструктурно ідентифіковано наступні боридні фази Ni3В, Ni2B - для покриттів Ni-B, Со3В - для покриттів Со-В і Fe2B - для покриттів Fe-B. Мікротвердість боридних зерен для всіх видів покриттів складає 10...14ГПа, металевої матриці 2...4ГПа. Приклад 1. На стальні (сталь 45) циліндричні зразки наносили композиційне електрохімічне покриття Ni-B з суспензії аморфного бору в сульфатхлоридному електроліті нікелювання. Товщина покриття - 100...200мкм, вміст бору в ньому - 4,8...5,5мас.%. Зразки з покриттями обробляли швидкісним термопластичним деформуванням на спеціальній установці, змонтованій на токарному верстаті, зміцнюючим інструментом служив стальний диск діаметром 250мм і шириною 10мм. Режими обробки: лінійна швидкість обертання диска - 70м/с, лінійна швидкість обертання деталі 1м/хв., глибина врізання - 0,15мм, технологічне середовище - олива індустріальна І-5А. Глибина теплової зони 200мкм, температура в зоні фрикційного контакту 900...950°С. Металографічний та рентгеноструктурний аналіз зразків показав присутність боридних зерен (Ni3B і Ni2B) в нікелевій матриці покриття. Мікротвердість боридних зерен складає 9...12,3ГПа, матриці - 3,4...4,1ГПа. Зносостійкість покриттів визначали на машині СМЦ-2 в режимі сухого тертя за схемою диск (зразок) - колодка (сталь 40ХН, HRC 38...40). Режими випробувань: швидкість ковзання 0,67м/с, питоме навантаження - 1,5МПа, шлях тертя 2,4км. Встановлено, що втрата маси зразків з термопластично деформованим покриттям в 1,7 рази менша, ніж термооброблених (1000°С, 2год.) та в 12,8 разів менша, ніж вихідних (електроосаджених) покриттів. Приклад 2. На циліндричні зразки з алюмінієвого сплаву Діб наносили композиційне електрохімічне покриття Ni-B товщиною 40...50мкм. Операції нанесення покриття передувала подвійна цинкатна обробка поверхні. Склад електроліту-суспензії та режими електролізу - аналогічні прикладу 1. Швидкісне термопластичне деформування зразків з покриттями здійснювали за режимами: лінійна швидкість обертового диску - 50м/с, лінійна швидкість обертання деталі - 2м/хв., глибина врізання - 0,05мм, технологічне середовище - олива І-5А. Глибина теплової зони 70...80мкм, температура в зоні фрикційного контакту -700-750°С. Покриття після обробки двофазне - зерна бориду Ni3В в нікелевій матриці. Мікротвердість боридних зерен становить 8,5...10,6ГПа, матриці 2,6...3,7ГПа. Випробування зносостійкості зразків показали, що втрата маси термопластично деформованих зразків в 1,3 та 7,2 рази менша, ніж термооброблених і вихідних (електроосаджених) покриттів. Джерела інформації: [1] Сайфуллин Р.С. Неорганические композиционные материалы. - М.: Химия, 1983. - 297с. [2] Мардаревич Р.С., Далисов В.Б., Гуслиенко Ю.А. Влияние структуры композиционных электролитических покрытий на прочность углеродистой стали // За щитные покрытия на металлах. - 1986. - Вып. 20. - С.8-83. [3] Гуслиенко Ю.А., Лабунец В.Ф., Евтушенко О.В. Применение высокочастотного нагрева для термическо обработки комбинированных электролитических покрытий // Защитные покрытия на металлах. - 1981. - Вып. 15. С.28-31. [4] Похмурський B.I., Федоров В.В. Вплив водню на дифузійні процеси в металах. - Львів: Фізико-механічний інститут ім.. Г.В.Карпенка НАН України, 1998. - 207с.

Дивитися

Додаткова інформація

Назва патенту англійською

Method for composition boride coatings producing on steels and light alloys

Автори англійською

Pokhmurskyi Vasyl Ivanovych, Kyryliv Volodymyr Ivanovych

Назва патенту російською

Способ получения композиционных боридных покрытий на сталях и легких сплавах

Автори російською

Похмурский Василий Иванович, Кирилив Владимир Иванович

МПК / Мітки

МПК: C23D 3/00, C23D 5/00

Мітки: покриттів, легких, сталях, сплавах, спосіб, композиційних, боридних, одержання

Код посилання

<a href="http://uapatents.com/2-23289-sposib-oderzhannya-kompozicijjnikh-boridnikh-pokrittiv-na-stalyakh-i-legkikh-splavakh.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб одержання композиційних боридних покриттів на сталях і легких сплавах</a>

Подібні патенти