Введение к работе
В различных отраслях промышленности (особенно энергетике) остро :тоит вопрос восстановления геометрии и эксплуатационных свойств «ношенных деталей оборудования. Одним из распространенных способов юсстановлення являются методы газотермического напыления и, в іастности, плазменного напыления. Плазменное напыление представляется гаиболее перспективным с точки зрения проведения подобных работ по ;равнению с другими методами, например наплавочными, за счет ряда юстоинств: сравнительно короткого времени ремонтно-восстановительных забот; возможности производить напыление непосредственно на месте жеплуатации изделия; отсутствия коробления деталей и т.д..
Учитывая, что большинство изделий, подвергаемых восстановлению, іьшолнєньі из сталей и чугунов, целесообразно использовать в качестве «пыляемых материалов порошковые стали. Однако плазменные покрытия із низколегированных железных сплавов характеризуются низкой прочностью сцепления, в первую очередь, из-за наличия окисных пленок на юверхности частиц. Поэтому в настоящее время в качестве базового материала для плазменного восстановления в основном используют юрогостоящие сплавы на основе никеля типа колмоноев, которые, в свою )чередь, формируют покрытия с высокой прочностью сцепления. С другой ;тороны, разница коэффициентов термического расширения напыленных солмоноев и основы не позволяет получать покрытия толщиной более 1 мм.
С этой точки зрения исследовательские работы по созданию новых жономно-легироваиных порошков на основе железа с высокой адгезионной шособностью безусловно актуальны.
Цель работы. Создание нового класса композиционных материалов на зенове железа для плазменного напыления, позволяющих формировать юкрытия с высоким комплексом эксплуатационных свойств.
В связи с этим в работе были поставлены следующие задачи: 1 Получить композиционный порошок на основе железа методами химико-термической обработки (алитированием, азотированием). Уточнить фазовый состав азотированных железо-алюминиевых сплавов в интервале концентраций 0-28 ат.%А1.
Установить оптимальное содержание и распределение легирующих элементов в частицах.
Провести комплексное исследование плазменных покрытий с целью установления влияния фазового состава порошков и режимов напыления на механические свойства и структуру покрытий.
Установить возможность введения твердофазных включений в покрытия, с целью повышения их износостойкости, и целесообразность применения переходных подслоев.
Научная новизна. В данной работе впервые получены следующие результаты:
" Определен концентрационный предел растворимости алюминия в у'-нитриде железа, который составляет 12,5±0,5 ат.%А1.
Доказано наличие упорядочения алюминия в решетке у'-нитрида железа.
Установлено, что к возможным типам упорядочения относятся
сверхструктуры А7ВХ2 или типа перовскита (при стехиометрии - 12,5
ат.%А1).
Показано, что наличие азота в форме термически нестабильных нитридов железа существенно повышает адгезионные свойства материала при плазменном напылении. Обнаружена прямая зависимость уровня прочности сцепления покрытий с основой от содержания азота в исходных порошках.
Установлено комплексное влияние углерода и алюминия на степень насыщения материала азотом. Показано, что наличие углерода способствует повышению концентрации алюминия в поверхностном слое частиц, в результате чего активизируется процесс насыщения азотом.
Научно-практическая ценность работы:
Результаты исследований, проведенных в рамках данной диссертационной
работы, положены в основу технологии получения нового класса
композиционных порошков на основе железа методами химико-
термической обработки. Процесс получения порошков представляет собой
последовательные операции хромо-алитирования и азотирования.
* Установлены технологические параметры режимов получения стальных
покрытий методом плазменного напыления.
Проведенный комплекс механических испытаний показал, что покрытия из разработанных материалов обладают высокими эксплуатационными характеристиками. Показатели прочности сцепления варьируются от 40 до 61 МПа (в зависимости от толщины и режима нанесения покрытия), износостойкости - от 1,3 до 2,5 у.е. относительно стали 45 с твердостью 55ШСэ.
Установлена возможность напыления композиционного порошка на основе железа в механической смеси с твердофазными порошками (WC,CrN), что позволяет формировать защитные износостойкие покрытия.
На базе предприятия ООО "Ксилит" и Кармановской ГРЭС проведены опытно-промышленные' испытания разработанного материала, которые дали положительные результаты (подтверждено актами использования).
На защиту выносятся;
Результаты исследования фазового состава азотированных железо-алюминиевых сплавов.
Наличие и структурные типы упорядочения алюминия в решетке у'-нитрида железа.
Результаты исследования структуры, фазового состава порошков и
покрытий. " Результаты исследования зависимости механических свойств плазменных
покрытий от состава порошков и режимов их напыления.
Примеры применения разработанных композиционных порошков.
Апробация результатов работы. Содержание работы отражено в 7 публикациях. Результаты работы доложены на следующих конференциях и семинарах: "Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий MHT-V" (V Межгосударственный семинар, Обнинск, 1999 г.); "Прогрессивные методы и технологии получения и обработки конструкционных материалов и покрытий" (Международная традиционная научно-техническая конференция, Волгоград, 1999 г.); "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов" (XV Уральская школа металловедов-термистов, Екатеринбург, 2000 г.); Первая
Уральская школа - семинар металловедов - молодых ученых, Екатеринбург, 1999 г..
Разработанный в результате проведенных исследований, композиционный порошок системы Fe-C-Al-Cr-N прошел опытно-промышленные испытания на базе предприятий: 000 "Ксилит" (г. Екатеринбург) и Кармановской ГРЭС (п. Карманово, Башкортостан), что подтверждено актами использования.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Объем работы - 154 с, включая 44 рисунка, библиографический список содержит 91 название.
