Разработка износостойких дисперсно-наполненных композиционных материалов и покрытий из них

• Автор: Михеев, Роман Сергеевич
• Шифр специальности: 05.16.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 202 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ДИСПЕРСНОНАПОЛНЕННЫЕ АЛЮМОМАТРИЧНЫ Е

КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ИЗОТРОПНЫЕ И ГРАДИЕНТНЫЕ

1.1. Общие сведения о композиционных материалах

1.2. Анализ способов изготовления дисперснонаполненных

композиционных материалов с матрицами из алюминиевых сплавов

1.3. Продукты межфазного взаимодействия при жидкофазных

способах изготовления дисперснонаполненных

композиционных материалов

1.4. Механические и триботехнические свойства дисперсно

наполненных композиционных материалов
1.5. Методы создания градиентных дисперснонаполненных
композиционных материалов
1.5.1. Нанесение покрытий из дисперснонаполненных КМ
1.5.2. Модифицирующая обработка поверхности дисперснонаполненных КМ
1.6. Постановка задач исследования
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Составы матричных сплавов и наполнителей для
изготовления дисперснонаполненных КМ и присадочного материала из них
2.2 Изготовление дисперснонаполненных КМ
2.2.1. Механическое замешивание армирующего наполнителя
в матричный расплав
2.2.2. Введение порошковых композиционных брикетов
в матричный расплав
2.3. Аргонодуговая наплавка износостойких покрытий
из диснерснонаполненных КМ
2.4. Модифицирование поверхностного слоя дисперснонаполненных КМ
2.4.1. Оплавление дугой в магнитном поле
2.4.2. Оплавление поверхности лазерным излучением
2.5. Выбор допустимой доли наполнителя в присадочном материале из КМ
2.6. Методы исследований структуры КМ
2.7. Определение механических и триботехнических свойств дисперснонаполненных КМ и покрытий из них
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ДИСПЕРСНОНАПОЛНЕННЫХ КМ НА ОСНОВЕ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ, УПРОЧНЕННЫХ ЧАСТИЦАМИ КАРБИДА ТИТАНА И КАРБИДА КРЕМНИЯ
3.1. Изготовление и структура образцов дисперснонаполненных
3.1.1. КМ системы сплавы А1Б1С
3.1.2. КМ системы сплавы А1ТЮ
3.2. Механические свойства дисперснонаполненных КМ
3.3. Выводы по главе 3 Глава 4 ПОВЕДЕНИЕ ПРИ ТРЕНИИ СКОЛЬЖЕНИЯ
ДИСПЕРСНОАПОЛНЕННЫХ КМ
4.1. Коэффициент трения и интенсивность изнашивания матричных сплавов и образцов КМ
4.2. Поверхность трения матричных сплавов и образцов КМ
4.3. Анализ продуктов изнашивания и механизмов изнашивания
4.4. Выводы по главе 4
АРГОНОДУГОВАЯ НАПЛАВКА ИЗНОСОСТОЙКИХ
Г лава
ПОКРЫТИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Сравнение жидкотекучести композиционных расплавов, содержащих частицы БЮ и ТС
5.2. Выбор доли наполнителя в присадочных прутках из КМ
5.3. Изготовление присадочного композиционного материала
5.4. Дуговая наплавка износостойких композиционных слоев
5.5. Результаты испытаний наплавленных слоев из КМ на трение
и износ
5.6. Выводы по главе 5 7 МОДИФИЦИРУЮЩАЯ ОБРАБОТКА ПОВЕРХНОСТИ
Глава 6 ДИСПЕРСНОНАПОЛНЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННБ1Х
МАТЕРИАЛОВ
6.1. Дуговое оплавление поверхности образцов КМ с воздействием на дугу магнитным полем
6.2. Модифицирующая обработка образцов КМ лазерным оплавлением
6.3. Результаты испытаний модифицированных поверхностных
КМ слоев на трение и износ
6.4. Выводы по главе 6
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Испытания на сухое трение скольжение проводили по схеме палец (испытываемый образец из КМ) - диск (контртело, сталь 5АЕ, НИС >) при удельной нагрузке Н, скорости скольжения 0, м/с и дистанции скольжения м. Полученные результаты измерения механических свойств и изнашивания образцов представлены в табл. Видно, что образцы, полученные жидкофазным способом, обладают твердостью и прочностью в 1,5-2 раза большими и более высокой износостойкостью, чем образцы, изготовленные твердофазным способом. Таблица 1. Механические свойства КМ в зависимости от способа изготовления []. Состав образца, мае. АОа А! Рис. Потеря веса образцов при трении скольжении в зависимости от способа изготовления КМ [], (осевая нагрузка — ЮН, путь трения - м, скорость скольжения - 0, м/с). Наиболее технологичным жидкофазным способом изготовления КМ является механическое замешивание в матричный расплав готовых упрочняющих частиц (ех-ьки) [1]. Данный способ позволяет получать дисперсно-наполненные КМ, содержащие до мае. Качество получаемых при этом дисперсно-наполненных КМ (распределение армирующего наполнителя, уровень межфазной связи, наличие продуктов взаимодействия и пр. Смачивание обеспечивает непрерывный физический контакт между фазами, необходимый для достижения прочных адгезионных связей. Для улучшения смачивания на частицы наносят технологические покрытия методами химического или газофазного осаждения или модифицируют матрицу поверхностно-активными добавками (Mg, Са, Li, Na), которые сегрегируют на границе раздела наполнитель-матрица, уменьшая ее энергию [1, ]. КМ являются конструкция установки для замешивания; режимы замешивания и затвердевания (температуры расплава и предварительного нагрева частиц, скорость вращения импеллера и скорость подачи частиц, длительность замешивания и выдержки композиционной смеси перед разливкой, скорость кристаллизации). Другими многообещающими и перспективными способами изготовления КМ являются технологии in-situ, привлекательные из-за их простоты, экономичности и гибкости [, ]. Одной из таких технологий является самопроизвольный высокотемпературный синтез (СВС). Данная технология имеет ряд ценных особенностей. Она требует меньше энергии, обладает низкой себестоимостью, высокой продуктивностью, создает продукты высокой чистоты []. Самопроизвольный высокотемпературный синтез осуществляют путем введения в матрицу реакционно-активных компонентов (СВС-шихты), взаимодействие которых с матрицей, либо между собой приводит к образованию упрочняющих фаз. Технологии in-situ, осуществляемые с участием матричных расплавов, получили название реакционного литья. Вариант изготовления КМ системы А1-ПС за счет реакции т-Бки изложен в работе []. Компонентами для протекания химической реакции служили сплав Л1-5мас. Т1-0,2мас. В и углерод в виде графита. После достижения Т=°С в расплав погружали ротор, выполненный из пористого графита. Скорость вращения ротора регулировали в пределах -0 об/мин. Поверхность расплава покрывали тонким слоем флюса для защиты расплава от окисления. Частицы 'ПС начинали образовываться сразу же после ввода графитового ротора в расплав в связи с удовлетворительной смачиваемостью углерода расплавом при указанной температуре. Фаза ТЮ формируется на поверхности ротора за счет химической реакции (1. Т1(Ж)+С(тв) = Т1С(ТВ) (1. Частицы ТЮ росли до критического размера, достигнув которого отрывались от поверхности ротора за счет центробежных сил и распределялись в объеме расплава. Полученные таким способом КМ характеризуются однородным распределением частиц армирующей фазы ТЮ, имеющих средний размер 3 мкм, и отсутствием карбидов АС3. При более длительной выдержке расплава при температуре Т=°С начинает образовываться нежелательная фаза АС3. В работе [] обсужден другой процесс изготовления КМ системы А1-ТЮ по технологии реакционного литья. Порошковую смесь из частиц П размером <0 мкм и частиц С размером < мкм, помещенную в оболочку из алюминиевой фольги, вводили в алюминиевый расплав, нагретый до температуры °С. Количество вводимой порошковой смеси соответствовало получению КМ состава А1-мас. ТЮ. Нагрев производили без флюса и с флюсами Ыа3А1Рб или К3А1Р6.