Установлено, что в случае гидроабразивного изнашивания стойкость по
крытий из сплава ПТ-ЮНХ15СР2 в 2 ,5 -3 раза выше стойкости эталонных образцов. Анализ шероховатости поверхности, выполненный с помощью про- филографа-профилометра мод. 220 завода ’ ’Калибр” после испытаний, пока
зал, что на образцах с покрытием происходит заметное сглаживание микроне
ровностей, тогда как на эталонных формируется достаточно шероховатая по
верхность, соответствующая параметру = 15...20 мкм.
Образцы, полученные плазменным напылением, обладают более высокой износостойкостью при гидроабразивном изнашивании, чем напыленные газо- ш іа м е н н ы м методом.
Испытания покрытий, полученных из сплавов ПТ-ЮНХ15СР2и ПТ-19Н01 методом шіазменного напыления, при недостатке смазочного материала осу
ществлялись на машине трения марки 2070-СМТ-1 по стандартной методике.
В качестве смазочного материала использовалось масло ’ ’индустриальное 20” . Износостойкость покрытий оценивалась относительно образцов из объемно закаленной стали 45.
Установлено, что относительная износостойкость покрытий на основе сплава ПТ-19Н01 в 1,5-2 раза превосходит эталонные образцы, а сплава ПТ-ЮНХ15СР2 — в 2—2,5 раза. Характер разрушения изнашиваемой поверх
ности в основном обусловлен вырыванием или выкрашиванием отдельных частиц из покрытия. Это может служить признаком недостаточной прочности сцепления частиц при значительной нагрузке (более 2000 Н) и относительно большом числе циклов нагружения (до 10^). В целом стойкость покрытий как на гидроабразивное изнашивание, так и на истирание При недостатке сма
зочного материала можно считать хорошей.
Полученные экспериментальные данные послужили основанием для использования покрытий из указанных сплавов для упрочнения опытной пар
тии рабочих колес магистральных нефтяных насосов и деталей автотрактор
ной техники, в частности коленчатых валов автомобилей.
ЛИ ТЕ РА ТУРА
І . К о б я к о в О.С., Г и н з б у р г Е.Г. Исследования оплавления износостойких покрытий, полученных газотермическим напылением // Машиностроение. - Мн., 1987. - Вып. 12. - С. 46 -49 . 2. З о л о т а р ь А.И., А р о н о в Э.Л., Л е о н и д о в Л.Д. О систе
матизации установок для исследования гидроабразивного износа материалов // Тр.
ВНИИгидромаша. - М., 1972. - Вып. 43. - С. 20-26.
5 6 1 8 10 2 0 3 0 4 0 50 60 80 м т 150
Рис. 1. Распределение размеров d частиц порошка до (,1-3) и после (4 -6 ) плакирования.
Исходная фракция:
1,4 - до 40 м км ; 2,5 - до 100 м км ; 3,6 - 40...70 мкм
Рис. 2. Структура плазменных покрытий из 11C ( л ) й ГіС Ni Mo 1' (ój (х JUOUj Л С чод- ная фракция - до 100 мкм
7 3ак. 5313
свойств они не могут применяться для изготовления компактных изделий из-за высокой хрупкости и низкой прочности при динамических нагрузках, а также из-за технологических трудностей при изготовлении.
Одно из ведущих мест среди тугоплавких материалов при плазменном на
пылении занимают карбиды и особенно карбиды вольфрама и хрома. Однако в последнее время из экономических соображений предпринимаются попыт
ки частично или полностью заменить карбид вольфрама другими материала
ми. В порошковой металлургии, например, широко применяются порошки Т іС —N i- M o —Р для изготовления различных изделий. Карбид титана в сравне
нии с карбидом вольфрама имеет более высокую твердость, меньшую плот
ность.
Первые исследования в области нанесения плазменных покрытий из чис
тых карбидов были проведены уже в начале 70-х годов [1] . Результаты их по
казали, что покрытия имеют высокую пористость, низкую прочность сцепле
ния с подложкой, а частицы порошка при напылении подвергаются сильному окислению. Потери углерода, например ТаС и HfC, составляют до 83 %.
Одним из способов сохранения свойств карбидов в процессе плазменного напьшения покрытий является их плакирование, т.е. нанесение на высоко
дисперсные частицы металлической оболочки. Плакирование частиц может осуществляться их электрохимическим или химическим осаждением в вод
ных растворах. Д ля плакирования порошка карбида титана с учетом его низ
кой электропроводности был выбран химический метод, базирующийся на применении аммиачно-ацетатного раствора, содержащего молибдат аммония [2] . Этот метод позволил получить на частицах ТіС равномерную никель-мо- либден-фосфорную оболочку с заданным соотношением карбидной составляю
щей и металлической матрицы [3] , Плакирование карбида титана значительно улучшило сыпучесть порошка, что обеспечило возможность его транспортиро
вания в плазменную струю при напылении.
Сьшучесть порошка до и после плакирования определялась по продолжи
тельности его просыпания через воронку в виде усеченного конуса с отвер
стием диаметром 4 мм. Как показали результаты исследований, сыпучесть по
рошка с размером частиц до 40 и до 100 м км до плакирования практически была равной нулю. Несмотря на это, транспортирование порошка фракции до 100 мкм в плазменную струю представлялось возможным. После плакирова
ния транспортирование порошка обеих фракций не вызывало затруднений, а сыпучесть порошка фракции до 40 м км составила 1 г/с. Улучшение его сыпу
чести объясняется перераспределением размеров частиц порошка внутри фрак
ции в процессе плакирования, а также некоторым расширением границ фрак
ций (рис. 1). До плакирования частицы размером до 5 м км фракции до 100 м км составляли около 20 %, а фракции до 40 м км — 50 %. Транспортиро
вание порошка газовым потоком в зону плазменной струи определяется также и формой частиц порошкообразных материалов. Однако металлическая оболочка практически не изменяет форму частиц и качество их поверхности, т.е. у частиц сохраняется неправильная форма и шероховатая поверхность [3] . Определенное влияние процесс плакирования оказывает и на химический состав порошка (табл. 1). Содержание кислорода и азота увеличивается в 2 раза, что негативно сказывается на некоторых свойствах нанесенных покры
тий из карбида титана.
Табл. 1. С о д е р ж а н и е э л е м е н т о в в п о р о ш к е
Состояние порошка
Содержание порошка, % Содержание элементов ,%
ТІС N i-M o Р С
До плакирования 100 0,63 0,09 19,14
После 65 35 1,33 0,11 11,78
плакирования 50 50 1,26 0,11 10,16
Табл. 2. Некоторые параметры покрытий
Состав порошка
Содержание элементов в покрытии, %
О, N.
Порис- Прочность Микротвер- тость, % сцепления, дость HV ,
МПа . МПа’
100% T i t ' 5 0 % Т іС + 50^
Р
' Ni - M o - 8,04 1,76
0,74 0,42
14,80
8,88 15,21 38
24 000 Матрицы
15 000 Зерен ТІС 30 000 С целью определения влияния металлической оболочки частиц на сохране
ние химического состава карбида титана в процессе напыления, а также на не
которые свойства покрытий полученный порошок напылялся аргонно-водо- родной плазмой. Структура полученных покрытий из чистого карбида титана и плакированного порошка показана на рис. 2. Отличительной особенностью покрытий из плакированного карбида титана (рис. 2,
б)
является их низкая пористость, а также наличие мягкой металлической матрицы с равномерно расположенными в ней твердыми частицами карбида. Металлическая матрица позволяет напылять из карбида титана покрытия значительной толщины, повышать прочность сцепления покрытия с подложкой и в процессе трения удер
живать частицы карбида, которые могут воспринимать большие нагрузки и не выкрашиваются. Некоторые из параметров покрытий из карбида титана и композиционного порошка T i C - N i - M o —Р с соотношением массы карбида к массе металлической составляющей 1 : 1 приведены в табл. 2.
Плакирование частиц ТіС позволяет значительно сократить потери у глер о да при напылении, уменьшить в покрытии содержание кислорода и азота. По
крытие при напылении не отслаивается от подложки, и обеспечивается доста
точно высокая прочность его сцепления с подложкой.
Металлическая матрица обладает также достаточно высокой микротвер
достью, не свойственной покрытиям из никеля. Это можно объяснить образо
ванием различных фаз и соединений в процессе плазменного напыления.
I Сравнительные исследования износостойкости полученных покрытий про
бно дились в условиях трения без смазочного материала с использованием спо-
99
соба штифт—шайба (i; = 9,8 м/с, р = 0,14 М П а ). В качестве контртела исполь
зовалась закаленная шайба из стали 45. Покрытия из карбида титана имеют несколько лучшую износостойкость, чем образцы из стали 45. Покрытия из карбида титана с никель-молибден-фосфорной матрицей характеризуются почти в 2 раза меньшей интенсивностью изнашивания в сравнении со стальны
ми образцами и покрытиями из чистого карбида титана.
Таким образом, плакирование частиц карбида титана позволяет значи
тельно улучшить процесс подачи порошка в плазменную струю, снизить ско
рость окисления частиц ТіС и потери углерода при напьшении, а также улуч
шить физико-механические и эксплуатационные свойства покрытий.
ЛИ ТЕ РАТУРА
1. M a s h D.R., W е а г е N.E., W а 1 к е г D.L. Process variables in plasma - jet Spraying//
Journal o f metals. - 1961. - No 7. - C. 473-478. 2. Г о л e г о Н.Н., Г о р б а ч е в с к а я Л.А., К о в а л ь ч у к Ю.М. Осаждение никель-молибден-фосфорных покрытий на порошко
образные материалы // Порошковая металлургия. - Киев, 1975. - Вып. 11. - С. 5 -9 . 3. B l u m e F., E c k a r t G., J a r m a k Ju. Plasmaspritzenverschleti/Jbest'andiger TiC Schichten // Schwei^technik. - Berlin, 1986. - No 6. - C. 251-253.