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.

-