СИНТЕЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОРОШКОВ «TIC – СВЯЗКА ИЗ СПЛАВА NICRBSI» ДЛЯ НАПЛАВКИ И НАПЫЛЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в реакционных порошковых смесях титана, углерода (сажи) и NiCrBSi-сплава получены металломатричные композиты состава TiC – связка из NiCrBSi-сплава. Установлено, что устойчивое горение в стационарном режиме возможно при содержании в реакционных смесях инертной в тепловом отношении металлической связки до 50 об.%. Полученные в результате синтеза рыхлые спеки легко дробятся для последующего выделения ситовым рассевом необходимой для нанесения покрытий фракции композиционного порошка. Продукты синтеза исследованы методами оптической и растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного (РСА) и микрорентгеноспектрального (МРСА) анализов. Установлено, что средний размер карбидных включений в структуре композитов зависит от содержания инертного в тепловом отношении порошка сплава в реакционных смесях и может целенаправленно регулироваться в широких пределах. Микротвердость гранул композиционного порошка, полученного дроблением СВС-спеков, монотонно уменьшается с увеличением содержания более мягкой, чем карбид титана, металлической связки. Параметр кристаллической решетки карбида титана, определенный методом РСА, оказался значительно меньше известных значений для карбида эквиатомного состава. С помощью локального МРСА карбидных включений в структуре композита установлено, что отношение массовых содержаний углерода и титана равно 0,21 вместо 0,25 для получения карбида эквиатомного состава. Концентрации железа и кремния в карбиде ничтожно малы, кислорода и никеля – менее 1 мас.%, а хрома – 2,5 мас.%. На основе анализа известных данных о влиянии всех вышеперечисленных примесей на решетку карбида титана сделан вывод о том, что дефицит углерода является основной причиной уменьшения параметра решетки.

самораспространяющийся высокотемпературный синтез, карбид титана, металломатричный композит, структура, дисперсность, твердость, элементный, состав, параметр решетки

1. González R., Cadenas M., Fernández R., Cortizo J.L., Rodríguez E. Wear behaviour of flame sprayed NiCrBSi coating remelted by flame or by laser // Wear. 2007. Vol. 262. P. 301—307.

2. Navas C., Colaço R., de Damborenea J., Vilar R. Abrasive wear behaviour of laser clad and flame sprayed-melted NiCrBSi coatings // Surf. Coat. Technol. 2006. Vol. 200. P. 6854—6862.

3. Xuan H.-F., Wang Q.-Y., Bai Sh.-L., Liu Z.-D., Sun H.-G., Yan P.-Ch. A study on microstructure and flame erosion mechanism of a graded Ni—Cr—B—Si coating prepared by laser cladding // Surf. Coat. Technol. 2014. Vol. 244. P. 203—209.

4. Zhang X.C., Xu B.S., Xuan F.Z., Wang Z.D., Tu S.T. Failure mode and fatigue mechanism of laser-remelted plasma-sprayed Ni alloy coatings in rolling contact // Surf. Coat. Technol. 2011. Vol. 205. P. 3119—3127.

5. Gurumoorthy K., Kamaraj M., Prasad Rao K., Sambasiva Rao A., Venugopal S. Microstructural aspects of plasma transferred arc surfaced Ni-based hardfacing alloy // Mater. Sci. Eng. A. 2007. Vol. 456. P. 11—19.

6. Houdková Š.,Smazalová E., Vostřák M., Schubert J. Properties of NiCrBSi coating, as sprayed and remelted by different technologies // Surf. Coat. Technol. 2014. Vol. 253. P. 14—26.

7. Katsich C., Badisch E. Effect of carbide degradation in a Ni-based hardfacing under abrasive and combined impact/abrasive conditions // Surf. Coat. Technol. 2011. Vol. 206. P. 1062—1068.

8. Shengfeng Zh., Xiaoqin D. Laser induction hybrid rapid cladding of WC particles reinforced NiCrBSi composite coatings // Appl. Surf. Sci. 2010. Vol. 256. P. 4708— 4714.

9. Tobar M.J., Alvares C., Amado J.V., Rodrigues G., Yanez A. Morphology and characterization of laser clad composite NiCrBSi—WC coatings on stainless steel // Surf. Coat. Technol. 2006. Vol. 200. P. 6313—6317.

10. Chao M.-J., Wang W.-L., Liang E.-J., Ouyang D. Microstructure and wear resistance of TaC reinforced Ni-based coating by laser cladding // Surf. Coat. Technol. 2008. Vol. 202. P. 1918—1922.

11. Nurminen J., Nаkki J., Vuoristo P. Microstructure and properties of hard and wear resistant MMC coatings deposited by laser cladding // Int. J. Refract. Metals & Hard Mater. 2009. Vol. 27. P. 472—478.

12. Кипарисов С.С., Левинский Ю.В., Петров А.П. Карбид титана. Получение, свойства, применение. М.: Металлургия, 1987.

13. Sun R.L., Lei Y.W., Niu W. Laser clad TiC reinforced NiCrBSi composite coatings on Ti—6Al—4V alloy using a CW CO2 laser // Surf. Coat. Technol. 2009. Vol. 203. P. 1395—1399.

14. Lei Y., Sun R., Tang Y., Niu W. Numerical simulation of temperature distribution and TiC growth kinetics for high power laser clad TiC/NiCrBSiC composite coatings // Opt. Laser Technol. 2012. Vol. 44. P. 1141—1147.

15. Макаров А.В., Соболева Н.Н., Малыгина И.Ю., Осинцева А.Л. Формирование композиционного покрытия с повышенной абразивной износостойкостью методом газопорошковой лазерной наплавки // Упрочняющие технологии и покрытия. 2013. No. 11. C. 38—44.

16. Cai B., Tan Y.-F., He L., Tan H., Gao L. Tribological properties of TiC particles reinforced Ni-based alloy composite coatings // Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2013. Vol. 23. No. 6. P. 1681—1688.

17. Калита В.И., Комлев Д.И. Плазменные покрытия с нанокристаллической и аморфной структурой. М.: Изд. дом «Библиотека», 2008.

18. Борисов Ю.С., Борисова А.Л., Адеева Л.И., Туник А.Ю., Бурлаченко А.Н., Рупчев В.Л. Получение порошков для газотермических покрытий методами механического легирования и механохимического синтеза // Сварочное пр-во. 2010. No. 12. C. 18—22.

19. Ситников А.А., Яковлев В.И., Сейдуров М.Н., Татаркин М.Е., Собачкин А.В., Степанова Н.В., Резанов И.Ю. Структура и свойства наплавленных покрытий из порошков механоактивированных СВС-композитов // Обраб. металлов. 2011. No. 3. C. 51—54.

20. Vitaz P., Iluschenko A., Belyaev A., Talako T. Investigation of properties of composite SHS powders on the base of chromium and titanium сarbides // Proc. EUROPM 2005 Congress (Prague, Czech Republic, 2—5 Oct. 2005). 2005. Vol. 2. P. 91—94.

21. Чесноков А.Е. Влияние высокоэнергетических воздействий на микроструктуру СВС металлокерамических порошков и газотермических покрытий «карбид титана — нихром»: Автореф. дис. … канд. техн. наук. Красноярск: СибФУ, 2016.

22. Зуев Л.В., Гусев А.И. Влияние нестехиометрии и упорядочения на период базисной структуры кубического карбида титана // Физика твердого тела. 1999. Т. 41. No. 4. С. 1134—1141.

23. Современные инструментальные материалы на основе тугоплавких соединений: Сб. трудов ВНИИТС. М.: Металлургия, 1985.

24. Акопян А.Г., Долуханян С.К., Боровинская И.П. Взаимодействие титана, бора и углерода в режиме горения // Физика горения и взрыва. 1978. No. 3. C. 70—73.

25. Рогачев А.С., Мукасьян А.С. Горение для синтеза материалов: введение в структурную макрокинетику. М.: Физматлит, 2012.

26. Прибытков Г.А., Криницын М.Г., Коржова В.В. Исследование продуктов СВ-синтеза в порошковых смесях титана и углерода, содержащих избыток титана // Перспект. материалы. 2016. No. 5. C. 59—68.

27. Прибытков Г.А., Коржова В.В., Барановский А.В., Криницын М.Г. Фазовый состав и структура композиционных порошков карбида титана со связкой из стали Р6М5, полученных методом СВС // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2017. No. 2. C. 64—71.

28. Zhang W.N., Wang H.Y., Wang P.J., Zhang J., He L., Jiang Q.C. Effect of Cr content on the SHS reaction of Cr— Ti—C system // J. Alloys and Compnd. 2008. Vol. 465. P. 127—131.

29. Zhang W.N., Wang H.Y., Yin S.Q., Jiang Q.C. Effect of Ti/C ratio on the SHS reaction of Cr—Ti—C system // Mater. Lett. 2007. Vol. 61. P. 3075—3078.

30. Мержанов А.Г., Боровинская И.П. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез тугоплавких соединений // Докл. АН СССР. 1972. Т. 204. No. 2. С. 366—369.