Сплав на основе квазикристалла системы al-cu-fe для нанесения износостойкого, наноструктурного покрытия


 


Владельцы патента RU 2434077:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" (ФГУП "ЦНИИ КМ "ПРОМЕТЕЙ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)

Изобретение относится к прецизионной металлургии износостойких сплавов для получения функциональных покрытий, работающих в экстремальных условиях эксплуатации. Заявлен сплав на основе квазикристалла системы Al-Cu-Fe для нанесения износостойкого, наноструктурного покрытия. Сплав характеризуется тем, что он содержит медь в виде самостоятельной фазы и карбид вольфрама при следующем соотношении компонентов, мас.%: медь 2-5, карбид вольфрама 20-40, квазикристалл системы Al-Cu-Fe - остальное, причем квазикристалл системы Al-Cu-Fe имеет следующий состав, мас.%: алюминий 65, медь 21,5-23,5, железо 11-13,5. Технический результат - повышение износостойкости за счет повышения микротвердости материала наряду с повышением адгезионной и когезионной прочности наносимых покрытий. Предлагаемый сплав обладает высокой микротвердостью и может применяться для нанесения износостойких покрытий. 1 табл.

 

Изобретение относится к прецизионной металлургии износостойких сплавов для получения функциональных покрытий, работающих в экстремальных условиях эксплуатации.

Известны сплавы с высокой износостойкостью на основе железа (патенты РФ №2359056; №2332509; №2337178), меди (патент РФ №2349621) и алюминия (патент РФ №2262554).

Указанные сплавы имеют ограниченный диапазон применения, особенно в условиях интенсивного динамического износа, повышенных температур и воздействия агрессивных химических реагентов.

Поэтому в последнее время ведутся интенсивные исследования и разработки по созданию материалов в неравновесном и сверхнеравновесном состояниях (квазикристаллы, аморфные материалы).

Наиболее близким к заявляемому и взятым нами за прототип является сплав для получения износостойких электропроводящих покрытий на основе меди с армирующими наночастицами квазикристаллического соединения системы Al-Cu-Fe [1].

Проведенные экспериментальные работы при получении покрытия на основе этого сплава выявили следующие два недостатка: недостаточная пластичность и ограниченный диапазон микротвердости.

Следует особо отметить, что микротвердость является основным показателем износостойкости; она может быть оперативно определена для любого материала. Практика эксплуатации износостойких сплавов, работающих в экстремальных условиях эксплуатации, показывает, что необходимо иметь микротвердость материала не ниже 400-500 HV. Лучшие показатели квазикристаллов обеспечивают микротвердость не более 190 HV.

Техническим результатом изобретения является получение высокой износостойкости за счет повышения микротвердости материала наряду с повышением адгезионной и когезионной прочности наносимых покрытий.

Технический результат достигается за счет того, что сплав на основе квазикристалла системы Al-Cu-Fe дополнительно содержит медь в виде самостоятельной фазы и карбид вольфрама. Гомогенное распределение карбида вольфрама в квазикристаллической матрице обеспечивает увеличение микротвердости до 400-500 HV.

Оптимальным по достигнутому эффекту является сплав при следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь 2-5
карбид вольфрама 20-40
квазикристалл системы Al-Cu-Fe остальное

В качестве основы выбран известный квазикристалл системы Al-Cu-Fe со следующим соотношением компонентов, мас.%: алюминий 65, медь 21,5-23,5, железо 11-13,5. Эти составы обеспечивают устойчивое существование квазикристаллической фазы при нанесении покрытий и в ходе дальнейшей эксплуатации [2].

Медь выступает в качестве пластификатора при напылении покрытий. Экспериментально установлено, что содержание меди в сплаве менее 2% не дает нужного эффекта, а более 5% приводит к уменьшению твердости.

Карбид вольфрама выбран потому, что он легко когерентно связывается с квазикристаллической матрицей. Содержание в сплаве менее 20% карбида вольфрама не приводит к существенному увеличению твердости, а при содержании более 40% сплав становится хрупким и не пригодным для нанесения с квазикристаллической матрицей.

Практическая реализация предлагаемого технического решения выполнялась по следующей схеме: выплавка исходного сплава методом прямого сплавления компонентов; дробление полученного слитка; нанесение покрытий методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления (ХГДН)

Выплавка сплава производилась в высокочастотном индукторе установки типа Л3-13 мощностью 10 кВт с рабочей частотой 880 кГц в алундовых тиглях №3 и №4 при следующей последовательности введения шихтовых компонентов: квазикристалл Al-Cu-Fe → медь → карбид вольфрама. Масса получаемых слитков 0,7-0,8 кг.

Дробление полученного слитка производилось последовательно на щековой дробилке типа «Пульверизетте 1» до фракции 3-5 мм, а затем на дезинтеграторной установке типа ДЕЗИ-15 до фракции 20-100 мкм в соответствии с руководящей документацией.

Нанесение функциональных покрытий из полученного таким образом порошка производилось методом сверхзвукового холодного газодинамического напыления (ХГДН) на установке типа ДИМЕТ-3 в соответствии с руководящей документацией. Температура гетерофазного потока при напылении не превышала 130°С при скоростях частиц 660-825 м/с, что обеспечивает сохранение наноструктурного состояния покрытия и практического отсутствия пористости.

В качестве подложек использовалась медь, никель и сплав Х15Ю5. Толщина получаемого покрытия составляет 18-20 мкм, что обеспечивает требуемые потребительские свойства.

Исследование микротвердости полученных покрытий проводилось по методу Виккерса при помощи автоматического микротвердомера AFFRI DM-8.

Результаты исследования представлены в табл.1.

Как следует из таблицы 1, предлагаемый сплав имеет более высокую микротвердость по сравнению с известным, что обеспечивает получение износостойких покрытий.

Источники информации

1. Патент России №2362839, кл. С23С 24/04, В82В 3/00, 2009 г.

2. Патент России №2244761, кл. С22С 1/04, 21/12, 2005 г.

Таблица 1
Сравнение свойств предлагаемого сплава и прототипа
Сплав № плавки Химический состав, мас.% Микротвердость, HV Примечания
медь карбид вольфрама квазикристалл Al-Cu-Fe
Прототип 90 - 10 60 Низкая коррозионная стойкость покрытия
50 - 50 200
40 60 180
Предлагаемый 1 2 20 78 400 Высокие технологические свойства материала
2 3,5 30 66,5 500
3 5 40 55 450
Сплав с составом за пределами предложенных значений 4 1,9 19 79,1 - Сплошного покрытия получить не удалось
5 5,1 40,1 54,8 370

Сплав на основе квазикристалла системы Al-Cu-Fe для нанесения износостойкого, наноструктурного покрытия, характеризующийся тем, что он содержит медь в виде самостоятельной фазы и карбид вольфрама при следующем соотношении компонентов, мас.%:

медь 2-5
карбид вольфрама 20-40
квазикристалл системы Al-Cu-Fe остальное,

причем квазикристалл системы Al-Cu-Fe имеет следующий состав, мас.%: алюминий 65, медь 21,5-23,5, железо 11-13,5.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаростойкому покрытию с градиентом хрома по профилю пера лопатки. .
Изобретение относится к получению износостойких тугоплавких покрытий и может быть использовано в машиностроительной и добывающей промышленности, в инструментальном и ремонтном производствах для упрочнения поверхности инструмента и пар трения.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к нанесению покрытий на лопатки компрессора газотурбинных двигателей. .

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. .
Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. .
Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. .
Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. .

Изобретение относится к способам формирования сверхтвердых аморфных углеродных покрытий в вакууме и может быть использовано для улучшения эксплуатационных характеристик различных видов инструментов, применяемых для металлообработки, деталей узлов трения, а также в качестве сигнального покрытия, используемого для анализа степени износа.
Изобретение относится к получению покрытий на основе сложных нитридов и может быть использовано в горнодобывающей, нефтяной и машиностроительной промышленности для нанесения покрытий на инструменты, клапаны, эксцентрики, втулки и т.д.

Изобретение относится к способам нанесения износостойких покрытий на режущий инструмент и может быть использовано в металлообработке. .
Изобретение относится к металлургии, а именно к получению металлического молибдена и ферромолибдена из молибденитового концентрата. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению поликристаллического абразивного материала. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на основе никеля. .
Изобретение относится к технологии производства алюминиево-кремниевых сплавов. .

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению высокопористых материалов с регулируемой структурой. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению пропиткой композиционных материалов с углеграфитовым каркасом, которые работают в условиях трения в качестве электротехнических изделий, таких как токосъемники, вставки пантографов, электротехнические щетки и подобные детали.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению листов пеноалюминия. .
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литейных алюминиево-магниевых сплавов, которые могут быть использованы в авиационной и космической технике и в других областях машиностроения для литья деталей, работающих в изделиях, подвергающихся высоким нагрузкам, таких, например, как двигатели летательных аппаратов.

Изобретение относится к литейному производству, а именно к модифицированию доэвтектических алюминиево-кремниевых сплавов. .
Изобретение относится к технологии получения сплавов с использованием кристаллического кремния, например алюминиево-кремниевых сплавов. .
Изобретение относится к производству электроизоляционных полимерных материалов для переработки в изделия электротехнического назначения. .
Наверх