Порошковый материал для лазерного легирования металлических поверхностей

 

Изобретение касается покрытий, получаемых физико-металлургическими методами, а именно составов порошковых материалов для легирования металлических поверхностей с использованием лазерного излучения, которые могут быть использованы для поверхностного упрочнения деталей техники различных машин, механизмов и их восстановления. Технической задачей изобретения является повышение износостойкости поверхностей в условиях сухого трения с использованием самофлюсующихся порошков на основе никеля. Сущность изобретения заключается в том, что к самофлюсующемуся никелевому порошку марки ПГ-СРЧ добавляют ультрадисперсный порошок сложного оксида кобальта и алюминия со структурой шпинели CoAl₂O₄ в количестве 5 - 15 мас.%.

Изобретение касается покрытий, получаемых физико-металлургическими методами, а именно к составам на основе порошков из самофлюсующихся сплавов NiCrSiB для легирования металлических поверхностей с использованием лазерного излучения, которые могут быть применены для поверхностного упрочнения деталей техники различных машин и механизмов и их восстановления.

Известно применение для лазерного легирования самофлюсующихся порошков системы NiCrSiB, которые позволяют получать модифицированные поверхности, обладающие высокой твердостью и прочностью сцепления с основой. Однако их износостойкость в условиях сухого трения недостаточно высока [1] Используются также и механические смеси порошков самофлюсующихся сплавов на основе никеля с карбидами тугоплавких металлов (Kretzschmar E. Neue Erkenntnisse and dem Gebiet Thermisches Spritzen // Schweisstechnik 1977. N 7 s. 309-313. Pat. 32300097, US, C1C09d 5/00. Coating composition G. Wesley Fischer. -Publ. 18.01.66). Для получения положительного эффекта карбиды обычно вводят в исходный порошок в значительных количествах (от 20 до 90%), что приводит к существенному удорожанию материала [2] Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является самофлюсующийся порошок ПГ-СР4 (ГОСТ 24148-75). Существенным недостатком поверхностей, легированных этим порошком является недостаточно низкий износ в условиях сухого трения [3] Предлагаемый порошковый материал на основе ПГ-СР4 для лазерного легирования металлических поверхностей дополнительно содержит ультрадисперсный порошок шпинели СоAl₂O₄ при следующем содержании компонентов, мас.

Шпинель CoAl₂O₄ 5-15 Самофлюсующийся порошок ПГ-СР4 Остальное Самофлюсующийся порошок ПГ-СР4 (ГОСТ 24148-75) металлический порошок, химический состав которого соответствует, мас. Ni основа, Сr 15-18; C 0,6-1,0; Si 3,0-4,5; B 2,8-3,8; Fe ≅5,0. Форма частиц сферическая или круглая, размер частиц 160 мкм, температура плавления 1050-1120^оС, твердость 55HRC. Шпинель CoAl₂O₄ порошок синего цвета, форма частиц сферическая, размер ≅70 нм.

Сущность изобретения заключается в том, что для получения порошкового материала для лазерного легирования в порошок самофлюсующегося сплава ПГ-СР4 вводят ультрадисперсный порошок шпинели CoAl₂O₄ и смешивают в смесителе. Затем полученный материал в виде пасты на неорганическом связующем (силикатный клей) наносят на поверхность детали и оплавляют непрерывным технологическим лазером.

Оказалось, что при формировании оплавленного легированного слоя происходит модифицирование его структуры. При удельной мощности лазерного излучения 40-50 Дж/мм² формируется аустенитная матрица (γ-Fe), легированная никелем и хромом, упрочненная карбидами типа Me₂₃C. Введение ультрадисперсного порошка CoAl₂O₄ повышает дисперсность структурных составляющих, равномерность их распределения. Ультрадисперсный порошок является дополнительной упрочняющей фазой в структуре покрытия и приводит к значительному повышению его износостойкости в условиях сухого трения.

П р и м е р. К порошку ПГ-СР4 добавляют ультрадисперсный порошок шпинели CoAl₂O₄ и перемешивают в смесителе. В полученную смесь добавляют силикатный клей для получения пасты, наносят его слоем толщиной 0,5 мм на обрабатываемую поверхность, сушат в естественных условиях 24 ч, доводят шлифшкуркой для придания поверхности шероховатости и затем оплавляют лазером типа ЛОК-3М или ХЭБР при удельной мощности 44 дт/мм².

Параметры получения смесей предлагаемого состава и свойства легированных поверхностей приведены в таблице.

Испытания на износ поверхностей из предлагаемого материала проводили по схеме диск-колодка в условиях сухого трения. В качестве диска использовали испытуемые образцы, материал неподвижной колодки сплав ВК-20. Скорость скольжения была равна 1,1 м/c, удельное давление 9,81 МПа. Величина износа определялась линейным способом индикатором типа И4 (ГОСТ577-68) с точностью 0,005 мкм.

Как показали результаты испытаний, приведенные в таблице, легированные поверхности из порошковых материалов предлагаемого состава имеют более высокую износостойкость. Износостойкость повышается в 2,1-2,5 раза. Наибольшую износостойкость имеет состав с содержанием шпинели СoAl₂O₄ 15% Увеличение содержания шпинели приводит к резкому снижению износостойкости.

Применение износостойкости материала предлагаемого состава позволило увеличить срок службы деталей за счет повышения износостойкости и снизить затраты на ремонт техники.

Формула изобретения

ПОРОШКОВЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ЛАЗЕРНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ на основе самофлюсующегося никелевого порошка марки ПГ-СР4, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ультрадисперсный порошок сложного оксида кобальта и алюминия со структурой шпинели CoAl₂O₄ при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ультрадисперсный порошок сложного оксида кобальта и алюминия со структурной шпинели CoAl₂O₄ - 5 - 15 Самофлюсующийся никелевый порошок марки ПГ-СР4 - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1