Результат интеллектуальной деятельности: Борированный порошок для плазменного напыления

Изобретение относится к области металлургии, а более конкретно к разработке состава порошков для напыления покрытий и может быть использовано для формирования износостойких покрытий с минимальным содержанием оксидов.

Известен состав для борирования металлических порошков в виде смеси 1% фтористого натрия и 99% карбида бора (А.С. СССР 1600152 МПК B22F 0/16, B22F 1/00). Способ позволяет получать борированные порошки с высоким содержанием бора и соответственно с высоким содержанием бора в покрытии. Такие покрытия твердые, но мало пластичные.

Известен состав для борирования металлических порошков в виде смеси 1,5-3,5% фторида или тетрафторбората металла, 1,5-3,5% парафина, остальное карбид бора (Патент Республики Беларусь №4255, B22F 0/16, B22F 1/00, Пантелеенко Ф.И., Константинов В.М., Штемпель О.П.). Способ позволяет получать борированные порошки с высоким содержанием бора и соответственно с высоким содержанием бора в покрытии. Такие покрытия твердые, но мало пластичные.

Известен способ получения порошка, каждая частица которого представляет собой металлическое ядро и борсодержащую диффузионную оболочку при следующем соотношении компонентов бор - 1,0÷9,0 мас. %, сталь 40Л - остальное (Патент Республики Беларусь №11033, МПК 8 В23K 35/30 2008, Пантелеенко Ф.И., Гурченко П.С., Демин М.И., Люцко В.А., Петришин Г.В., Пантелеенко Е.Ф., Сороговец В.И., Пантелеенко А.Ф.). Способ позволяет получать борированные порошки с высоким содержанием бора и соответственно с высоким содержанием бора в покрытии. Такие покрытия твердые, но мало пластичные.

Наиболее близок по техническому решению к заявляемому составу «Самофлюсующийся порошок на железной основе для износостойких покрытий», каждая частица которого состоит из ядра сферической формы и борсодержащей оболочки, отличающийся тем, что ядра представляют собой отходы производства чугунной дроби со средним диаметром 0,05-0,80 мм, а количество бора в порошке составляет 1,0-13,5 мас. % (Патент Республики Беларусь №13823, МПК В22F 1/02, С23С 4/06, В23K 35/30 2009, Пантелеенко Ф.И., Петришин Г.В., Пантелеенко Е.Ф., Кагулько М.П., Константинов В.М.). По этому патенту изготавливаются недорогие самофлюсующеся порошки для напыления износостойких покрытий, которые обеспечивают получение качественных защитных покрытий с высокой износостойкостью и ударной вязкостью. Поставленная задача решается тем, что разработан самофлюсующийся порошок на железной основе для износостойких покрытий, каждая частица которого состоит из ядра сферической формы на железной основе и борсодержащей оболочки. При этом ядра представляет собой отходы производства чугунной дроби со средним диаметром 0,05-0,8 мм, а количество бора в порошке составляет 1-13,5 мас. %. Этот патент на порошок взяли в качестве прототипа. Покрытие, сформированное по способу, указанному в прототипе, имеет следующие недостатки. Содержание бора в покрытии 1-13,5 мас. %, переводит этот материал в разряд эвтектических (литейных) составов, что снижает пластические свойства покрытия напыленного из этого порошка.

Задачей изобретения является: создание борированного порошка для плазменного напыления с целью сохранения пластичности и микротвердости материала покрытия на уровне свойств исходного порошка.

Техническим результатом изобретения является сохранение пластичности напыляемого материала в покрытии, измеряемой по значению микротвердости.

Технический результат достигается тем, что в борированном порошке для плазменного напыления, состоящем из ядра и борсодержащей оболочки, согласно изобретению, количество бора составляет от 1 до 0,1 мас. % порошка и дополнительно содержит от 1 до 0,1 мас. % кремния.

Получаемый технический результат можно объяснить тем, что бор и кремний при напылении покрытий расходуются на взаимодействие с кислородом и формирование летучих химических соединений. В этом случае содержание оксидов в покрытие минимальное, а, следовательно, сохраняется микротвердость, близкая к микротвердости напыляемого порошка, что является индикатором сохранения пластичности напыленного материала, что важно для работоспособности покрытия. Остаточное содержание бора и кремния на поверхности напыляемых частиц повышает вероятность получения прочного соединения между напыляемыми частицами, в том числе и при последующем упрочнении покрытия термопластической обработкой. При формировании покрытий из порошка с содержанием бора 1-13,5 мас. %, по способу, указанному в прототипе, более 95% бора сохраняется в покрытии, что приводит к снижению пластичности покрытия.

Пример 1.

Порошок никеля борировали при температуре 650°С, 2 часа в вакууме в засыпке порошка бора и карбида кремния, в соотношении к никелю 4:1. Содержание бора в порошке никеля оставило 0,95 мас. %, содержание кремния 0,8 мас. %. Порошок напыляли плазмотрона ПП-25 при эффективной мощности 15 кВт. Твердость частиц порошка никеля 3 ГПа, твердость покрытия 3,2 ГПа. При напылении порошка с содержанием бора 2 мас. %, как в прототипе, твердость покрытия 5 ГПа.

Пример 2.

Порошок марганцовистой стали (Fe-23,73%Cr-11,86%Mn-3,18%Ni-0,57%C-0,52Si) борировали при температуре 650°С, 2 часа в вакууме, в засыпке порошка бора и карбида кремния, с соотношением к порошку стали 4:1. Содержание бора в порошке никеля оставило 0,6 мас. % содержание кремния 0,4 мас. %. Порошок напыляли плазмотрона ПП-25 при эффективной мощности 16 кВт. Твердость частиц порошка стали 4 ГПа, твердость покрытия 4,5 ГПа. При напылении порошка с содержанием бора 4 мас. %, как в прототипе, твердость покрытия 6,5 ГПа.

Пример 3.

Порошок кермета 45 мас% TiC - 15 мас% Сr₃С₂ - 29 мас% NiCr - 11 мас% Мо борировали при температуре 650°С, 2 часа в вакууме, в засыпке порошка бора и карбида кремния, в соотношении к кермету 4:1. Содержание бора в порошке никеля оставило 0,4 мас. % содержание кремния 0,2 мас. %. Порошок напыляли плазмотроном ПП-25 при эффективной мощности 20 кВт. Твердость частиц порошка кермета 22 ГПа, твердость покрытия 23 ГПа. При напылении порошка с содержанием бора 6 мас. %, как в прототипе, твердость покрытия 27 ГПа.

Таким образом, поставленная задача решена. В предлагаемом способе напыления порошком с ограничением содержания бора и кремния в порошке для напыления твердость покрытия повышалась на 5-14% по отношению к твердости напыляемого материала, в то время как при напылении порошком с содержанием бора указанному в прототипе твердость повышалась на 23-66%).