Технічні науки / Металургія
Середа Б.П., Грицай В.П.,
Іванов В.І., Палехова І.В.
Запорізька державна інженерна академія
НАНЕСЕННЯ
ЗНОСОСТІЙКИХ ДВОХКОМПОНЕНТНИХ ПОКРИТТІВ НА ОСНОВІ ТИТАНУ ЗА УМОВ
ВИСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО
САМОРОЗПОВСЮДЖУЮЧОГО
СИНТЕЗУ
Одним з найбільш перспективних напрямів поліпшення експлуатаційних
характеристик агрегатів і машин, що працюють за складних умов зношування та дії
агресивних корозійних середовищ, є нанесення на їх поверхню захисних покриттів.
Для забезпечення високих фізико-механічних властивостей деталей велике
значення мають величина та знак залишкових напружень на їх поверхні, які
значною мірою залежать від різниці коефіцієнтів лінійного термічного поширення
окремих зон покриття й основи. З позицій максимального опору руйнуванню оптимальним
є покриття, де значення коефіцієнта термічного поширення поступово збільшується
під час переходу від поверхневих зон до внутрішніх, при цьому має місце
найбільш сприятливий розподіл залишкових напружень. Зазначений характер
розподілу залишкових напружень спостерігається у титаноборованих покриттів [1].
Процес нанесення покриттів здійснювали за умов високотемпературного
саморозповсюджуючого синтезу, що є інтенсивною екзотермічною взаємодією
хімічних елементів у фазі, яка конденсується, спроможною до мимовільного
розповсюдження у вигляді хвилі горіння [2].
Досліджували структуру та властивості титаноборованих покриттів, одержаних на поверхні стали за режимом
теплового самозаймання під час протікання хімічних транспортних реакцій з
додаванням до початкової порошкової суміші газотранспортних агентів, а також
наявності градієнта температур [3].
Для складання реакційних сумішей використовували порошки оксидів алюмінію
(III) і хрому (III), а також алюмінію, титану та технічного бору; як
газотранспортний агент застосовували металевий йод.
Мікроструктуру покриттів вивчали за допомогою оптичного мікроскопа "Neophot", рентгеноструктурний аналіз здійснювали на дифрактометрі ДРОН-3М, вимірювання
твердості проводили на приладі ПМТ-3.
Як свідчить аналіз одержаних результатів, найбільш раціональний вміст бору
в шихті складає 10%, що за вибраним співвідношенням насичуючих компонентів
відповідає на діаграмі стану Tі-B [4] області створення дибориду титану, який характеризується високою зносостійкістю. Оптимальний вміст
газотранспортного агента складає 1,5%. За його більшим вмістом має місце
інтенсивне роз'ятрення поверхні зразків, а також різке зменшення товщини шару
покриття. Залежно від тривалості СВС-процесу на сталях формуються покриття
товщиною 45…100 мкм.
У зв'язку з тим, що титан має високу спроможність до створення боридів і
високої хімічної спорідненості до заліза, в поверхневому шарі покриття
створюються зони, що містять диборид титану та титаніт заліза (вміст титану та
бору в поверхневому шарі складає відповідно 60 і 25 %). Приповерхнева зона є
твердим розчином бору та титану в a-залізі з дисперсними включеннями титаніту заліза.
Наступна за ним зона складається з монобориду заліза, легованого титаном.
На відміну від однокомпонентного титанування [5], під час титаноборування не створюється
зона часткового зневуглецювання, що позитивно впливає на механічні
характеристики деталей. Особливістю даного типу хіміко-термічної обробки є
насичення поверхні не тільки титаном і бором, але й алюмінієм, що проникає на
всю товщину покриття, створюючи леговані боридні фази.
Зносостійкість зразків оцінювали на установці механічного тертя типу СМТ-2
за стандартною схемою. Випробування показали, що зносостійкість сталевих
виробів з покриттям зростає у 8…10 разів порівняно з необробленим аналогом, і в
1,5…2,5 разу, порівняно з деталями, обробленими за ізотермічних умов.
Література
1. Прогрессивные
методы химико-термической обработки / Под ред. Г. Н. Дубинина и Я. Д. Когана. –
М.: Машиностроение, 1979. – 184 с.
2. Мержанов А. Г. Процессы
горения и синтез материалов / А. Г. Мержанов. – Черноголовка: ИСМАН, 1998. –
798 с.
3. Шефер Г. Химические
газотранспортные реакции / Г. Шефер. – М.:
Мир, 1964. –189 с.
4. Хансен М. Структуры
литейных сплавов / М. Хансен, К. Андерко. – М.: Мир, 1962. – 608 с.
5. Середа Б. П.
Получение титановых покрытий методом газотранспортных СВС-реакций / Б. П.
Середа, Д. Ю. Ивашко // Состояние, проблемы и направления развития производства
цветных металлов на Украине. – Запорожье:
ЗГИА, 1997. – С. 234-235.
-