Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование влияния фракции и массовой доли абразивной компоненты на свойства композиционных покрытий, сформированных методом холодного газодинамического напыления

Общие сведения
Тематическое направление
Энергоэффективность, энергосбережение, ядерная энергетика
Название доклада
Исследование влияния фракции и массовой доли абразивной компоненты на свойства композиционных покрытий, сформированных методом холодного газодинамического напыления
Название программы
Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами
Исполнитель проекта
ИТПМ СО РАН
Название проекта
Физические основы создания гетерогенных материалов с помощью аддитивных технологий
Номер контракта
16-19-10300
Докладчик (участник)
Участник
Ряшин Николай Сергеевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
В настоящей работе исследовано влияние фракции порошков карбида бора и его массового содержания в композиционных ХГН покрытиях Ni/B4C на свойства поверхности, микроструктуру и микротвердость этих покрытий.
Актуальность и новизна исследования
Холодное газодинамическое напыление (ХГН) – метод формирования покрытий, прототипирования 3D объектов и создания новых материалов [1]. В основе данного метода лежит открытое и исследованное в ИТПМ СО РАН (Новосибирск, Россия) явление, в котором частиц с характерным размером 1 – 150 мкм ускоряются потоком газа до скоростей 500 – 1200 м/с и, сталкиваясь с преградой, закрепляются на ней и формируют покрытие без плавления [1]. Метод ХГН имеет высокие перспективы для применения в областях нанесения проводящих, износостойких и защитных покрытий, а также для создания композиционных материалов с различным содержанием неметаллической компоненты. В качестве такой компоненты может использоваться высокотвердая керамика B4C, включения которой в металлической матрице, например, из никеля, способны повысить стойкость всего материала к абразивному износу и существенно увеличить его твердость [2]. Отметим, что ХГН позволяет гибко варьировать соотношение пластичной и высокотвердой компонент в конечном композитном покрытии и, следовательно, выбирать необходимое значение его прочности для каждой задачи и создавать качественно новый функциональный материал.
Описание исследования

В экспериментах были использованы плоские подложки из титанового сплава ВТ20 размером 50×50×3 мм. В качестве рабочего газа применялся воздух. Для изготовления смесей использовались порошки Ni ПНК-УТ-1 с медианным размером частиц d50 = 10,4 мкм и B4C трех фракций, d50 = 44 – 75 мкм. Объемные распределения частиц использованных порошков карбида бора, полученные с помощью лазерного анализатора частиц LS 13 320 (Beckman Coulter, США) представлены на рис. 1. Смеси изготавливались перемешиванием заданных массовых долей порошков Ni и B4C в шестигранном сосуде, вращающемся вокруг своей оси. Напыление производилось с помощью плоского сопла Лаваля с критическим сечением 3,05 ´ 3,05 мм и выходным сечением 9,5 ´ 3,05 мм. Давление торможения равнялось p0 = 1,8 МПа, давление в дозаторе – pf = 1,9 МПа, температура торможения была T0 = 970 К, сканирование осуществлялось со скоростью un = 25 мм/с.

Измерение средних значений параметров шероховатости Ra, Rq и Rt на поверхности полученных композиционных покрытий Ni/B4C проводилось с помощью бесконтактного оптического интерференционного профилометра ContourGT-K1 (Bruker, США).

Микроструктура и состав покрытий исследованы с помощью электронного микроскопа EVO MA 15 (Carl Zeiss, Германия), оснащенного энергодисперсионным детектором INCA Energy 350X-Max (Oxford Instruments, Великобритания). Примеры микрофотографий ХГН покрытий Ni/B4C представлены на рис. 2, вид сверху. Для порошков B4C с d50 = 44 и 63 мкм получено объемное содержание абразивной компоненты в ХГН покрытиях СVa > 0,27.

Измерение микротвердости полученных покрытий осуществлялось по методу Виккерса с помощью микротвердомера DuraScan 50 (Emco-Test, Австрия). Производилось десять эквидистантных измерений вдоль прямой, по которым рассчитывались средние значения HV0,1 и ошибки среднего SE. В случае прохождения линии измерения через пору, отпечаток, попадающий в пору, смещался на 50 мкм от границы поры и равноудаленно от двух соседних отпечатков. Получена зависимость микротвердости композитных ХГН покрытий Ni/B4C от массового содержания в них частиц карбида бора и размера этих частиц.

Результаты исследования

Результаты настоящей работы демонстрируют возможность формирования методом ХГН композитных Ni/B4C покрытий с заданными составом и механическими характеристиками. Показана зависимость свойств таких покрытий от массового содержания абразивной компоненты в смеси.

Практическая значимость исследования
Полученная зависимость свойств таких покрытий от массового содержания абразивной компоненты в смеси может быть использовано на практике для управления свойствами создаваемых новых композитных материалов, например, в производстве брони, режущих инструментов или стойких к абразивному износу защитных покрытий.