3 Износостойкость и фрикционные свойства покрытии

Применение для упрочнения деталей машин износостойких покрытий позволяет изготовлять детали машин и механизмов ответственного назначения из обычных конструкционных сталей.

Специфическая особенность напыленных покрытий, связанная с наличием пустот в промежутках между частицами, состоит в том, что при умеренной макротвердости покрытия отдельные частицы в его структуре обладают высокой твердостью. При напылении деталей, работающих в условиях периодического смазывания, пустоты покрытия, впитывающие в себя смазочный материал, выполняют ту же роль, что и поры в самосмазывающихся подшипниках из спеченных металлических порошков. Напыленные покрытия имеют обычно сложную структуру, в которой слои частиц напыленного материала чередуются с оксидными прослойками. Такой характер структуры составляет одну из причин высокой износостойкости напыленных покрытий.

При дуговой металлизации с использованием двух электродов из разнородных металлов получают покрытие в виде псевдосплава, состоящего из смеси двух материалов. В последнее время в связи с разработкой плакированных порошковых материалов различного состава открылась возможность более широкого применения композиционных покрытий, напыляемых разнородными материалами. Это обеспечивает расширение области применения технологии напыления промышленности.

Износостойкость напыленных покрытий. При напылении износостойких покрытий наиболее широко используют углеродистую и коррозионно-стойкую аустенитную стали, молибден, самофлюсующиеся сплавы и их смеси с порошками карбидов и_оксидов с высокой твердостью, керамические материалы, включая оксид алюминия и оксид хрома.

В зависимости от свойств основы и условий работы на трущиеся участки можно напылять также баббит, кермет, фосфористую и адмиралтейскую бронзу.

3.2. Cостав и физико-химические свойства покрытий системы Co - Ni- Сr- а1.

Данные по граничным системам Со-Сг-А1, Ni-Сг-А1, Со-Ni-Сr, Со-М-А1 достаточно хорошо представлены в литературе . Изучение четвертой системы было произведено по пяти лучам, направленным из алюминиевого угла на основание концентрационного тетраэдра.

Рис. 3. Схема расположения лучей, по которым расположены составы исследуемых сплавов в системе Со-Ni-Сr- А1 до 50% хрома и до 50% алюминия.

Сплавы готовились через 5 от. % А1. Основания лучей расположены в следующих точках концентрационного треугольника Со-Ni-Cr: представлены в таблиц Таблица 3.1 Концентрации элементов в точках концентрационного треугольника

В таблице 3.1

	Со (от. %)	Ni (от. %)	Cr (от. %)
А	37,5	37,5	25
В	63	21	16
С	51	17	32
Д	21	63	16
Е	17	51	32

В таблице 3.1 приведены составы исследованных сплавов. В таблице 3.5 приведены данные по результатам химического и рентгенофазового анализов. Химический состав определяли на высокоточном спектрометре, фазовый состав - на дифрактометре ДРОН — 3 в Со о излучении.

Область с высокой концентрацией алюминия характеризуется образованием интерметаллида (Со Ni) А1. При более высокой концентрации 945-50 ат.%) обнаружена фаза А1Сr₂, находящаяся в равновесии с (3 (Со Ni) А1. Область с концентрацией алюминия меньше 35% характеризуется равновесием у твердого раствора на базе кобальта и никеля, (3 (Со Ni) А1 фазы, фазы в у⁷ .

Сплавы с нулевой концентрацией А1 (система Cо — Ni — Сr) образуют непрерывный ряд твердых растворов. Полученный результат соответствует литературным данным по системе Со-Ni-Сr.

Увеличение концентрации А1 до 5 ат. % не оказывает влияние на фазовый состав сплавов. При 10 ат. % алюминия во всех исследуемых сплавах появляется Р (Со Ni) А1 также происходит расширение области а фазы, причем ее следы обнаружены до концентрации хрома 14 ат.%, но, по - видимому, это граница ее распада, так как при дальнейшем увеличении концентрации А1 а фаза по этому лучу исчезает. При 15 ат. % алюминия изменений фазового состава не происходит.

Таблица 3.2. Состав исследованных сплавов

Номер сплава	ат. %					мае. %
	Аl	Со	N1	Сr	Аl		Со	Ni	Сr
А.1	0	37,5	37,5	25	0		38,695	38,540	22,765
2	5	35,625	35,625	23,75	2,425		37,760	37,605	22,210
3	10	33,75	33,75	22,5	4,985		36,765	36,620	21,625
4	15	31,875	31,875	21,25	7,695		35,67	35,58	21,01
5	20	30	30	20	10,56		34,605	34,47	20,36
6	25	28,125	28,125	18,75	13,606		33,43	33,30	19,615
7	30	26,25	26,25	17,6	16,835		32,185	32,05	18,93
8	35	24,375	24,375	16,25	20,275		30,85	30,73	18,15
9	40	22,5	22,5	15	23,945		29,43	29,315	17,31
10	45	20,625	20,625	13,75	27,875		27,91	27,8	16,42
И	50	18,75	18,75	12,5	32,080		26,28	26,18	15,46
В. 1	0	63	21	16	0		64,26	21,335	14,4
2	5	59,85	19,95	15,2	2,4		62,72	20,825	14,055
3	10	56,7	18,9	14,4	4,93		61,05	20,285	13,69
4	15	53,65	17,85	13,6	7,615		59,37	19,715	33,305
5	20	50,4	16,8	12,8	10,455		57,55	19,1	12,895
6	25	47,25	15,75	12	13,47		55,6	18,45	12,465
7	30	44,1	14,7	11,2	11,675		53,545	17,78	12,0
8	35	40,95	13,65	10,4	20,9		51,35	17,05	11,51
9	40	37,8	12,6	9,6	23,74		49,005	16,27	10,985
10	45	34,85	11,55	8,8	27,64		46,5	15,44	10,42
11	50	31,5	10,5	8,0	31,83		43,805	14,545	9,82
С.1	0	51	17	32	0		53,03	17,61	29,36
2	5	48,45	16,15	30,4	2,445		51,735	17,18	28,645
3	10	45,9	15,3	28,8	5,025		50,365	16,725	27,885
4	15	43,35	14,45	27,2	7,75		48,92	16,245	27,085'
5	20	40,8	13,6	25,6	10,635		47,39	15,735	26,24
6	25	38,25	12,75	24,0	13,695		45,77	15,2	25,34
7	30	35,7	11,9	22,4	16,945		44,045	14,625	24,385
8	35	33,15	11,05	20,8	20,4		42,215	14,015	23,37
9	40	30,6	10,2	19,2	24,09-		40,255-	13,365	22,29
10	45	28,05	9,35	17,6	28,03		28,165	12,67	21,135
11	50	25,5	8,5	16,0	32,25		35,93	11,93	19,895

Таблица 3.3. Результаты химического и рентгенофазового анализов сплавов

	Номер сплава		Химический состав								Фазовый состав
			А1		Со		М		Сr
	А.1				38,1		38,6		23,4		У
	2		2,4		37,5		37,3		23		У
	3		5,2		36		36,5		22		У+Р
	4		8,0		35,7		35,2		20,8		у+Р
	5		11,0		35,0		34,0		20,1		у+Р+а
	6		15,4		32,0		32,9		19,1		Р+СУ
	7		19,9		29,8		30,7		18,4		Р+Ст
	8		17,5		31,6		32,1		18,8		р
	9		24,1		29,2		29,0		17,9		р
	10		27,7		28,1		27,5		16,5		р
11		33,7		26,2		26,1		15,8		ß
B.l				64,3		21,3		14,8		У
2		2,4		63,0		20,5		14,1		У
3		5,0		61,0		20,4		13,3		y+ß
4		7,8		58,8		19,2		34,0		У+ß
5		ид		57,1		19,0		12,4		у+Р
6		14,1		55,2		18,2		12,3		У+Р
7		18,0		53,0		17,3		11,5		У+Р
8		20,2		51,3		17,1		11,0		3
9		24,8		48,5		16,0		10,6		3
10		27,5		46,7		15,2		10,4		3
11		32,0		43,8		14,2		10,1		3
С.1				52,8		17,6		29,4		у +СТ
2		3,0		51,7		17,2		27,9		у +Р+СУ
3		5,1		50,4		16,5		27,9		У+Р+О
4		7,8		48,9		16,2		27,1		у+3+а
5		11,0		47,2		15,5		26,1		Р+ст
6		14,1		45,6		15,0		25,2		Р+С7
7		17,0		44,0		14,1		25,0		Р+ст
8		20,9		42,0		13,9		23,2		3
9		24,5		40,0		13,1		22,3		3
10		28,0		38,1		12,7		21,2		3
11		32,4		36,1		11,7		19,6		3

При 20 ат.% А1 существенно сокращается область у твердого раствора. Он исчезает при концентрации хрома от 20 до 25 ат.%. При дальнейшем увеличении концентрации алюминия до 25 ат. % область твердого раствора сокращается до 13-17 ат. % хрома. Причем, в данных пределах эта область стабильна до 30 ат.% А1. При 30 ат. % она исчезает и полностью фазовый переход в р фазу происходит в интервале концентраций алюминия от 30 до ат..%.

Данные, полученные на основе рентгено — фазового анализа, полностью соответствуют результатам металлографических исследований.

По полученным данным определяются области существования фаз. Для построения и проверки линий пересечения границ фазовых переходов изображаемой области использованы результаты

микрорентгеноспектрального анализа. В таблице 3.1дан состав фаз в указанных сплавах.

Все полученные образцы сплавов подвергались окислению при температуре 850°С. На образцах образовалась плотная окалина: Измерение микротвердости от края к центру показало, что кислород не проникает в сплав и окисление носит только поверхностный характер. Полученная окалина снималась алмазным надпилом. Во всех случаях проведен рентгенофазовый анализ.

Анализ полученных данных показал, что во всех случаях при содержании алюминия 10 ат.% и более образуется пленка - ос - Аl0₃. При содержании А1 - 5 ат.% в случае образцов, соответствующих лучам А, В, и С (высокая концентрация кобальта), образуется пленка - А1₂Оз и следы шпинелей типа СоАl₂. В случае, если концентрация никеля больше содержания кобальта, образуются шпинели на базе Сr₂Оз. В. случае; отсутствия алюминия образуются окалины Сr₂0₃ и шпинели на базе СrОз.

Таким образом, при окислении сплавов системы Со-Ni-Сr-Аl образуется окалина А1₂Оз в случае, если содержание алюминия равно или превышает 10 ат.%, а также при содержании алюминия более 5 ат.%, в случае, если содержание кобальта больше концентрации никеля. В остальных случаях образуются окалины на базе соединений хрома.

На основании исследований, проведенных на сплавах системы Со-Ni-Сr-А1 получены результаты показывающие характер фазовых равновесий в области < 50 oт.% Сr и 50 oт.% А1. Химический состав покрытий в походном состоянии и после изменений, проходящих в процессе работы (диффузия никеля в покрытии, кобальта в основу) находится в области равновесия фаз у *3 *ст. (Таблица 3.6). При низких концентрациях кобальта возможно образование У фазы. Проведенные исследования позволяют прогнозировать фазовые изменения в покрытии, а значит и саму работоспособность покрытия. Кроме того, при выборе составов слоев многослойных покрытий возможен подбор композиций CrCoNi заданного фазового состава и свойств.

Таблица 3.4- Химический состав фаз присутствующих в покрытиях

Номер	Фаза	Содержание компонентов /масс.%/ ат.%
образца		Со	Ni	Сr	А1
А4	У	39,1/36,0	30,1/28,3	26/27,2	4,1/8,5
	Р	18,5/15,1	56,1/45,5	5,6/5,1	19,3/4,0
А5	У	42,5/39,5	24,1/22,5	30,7/32,4	2,8/5,5
*	3	21,1/16,8	51,5/41,1	6,8/6,1	20,7/36,0
С5	У	58,0/54,0	9,2/8,6	30,6/32,5	2,0/5,0
	Р	42,0/33,5	26,5/21,5	11,0/10,5	20,0/35,0
	а	42,6/38,1	7,6/6,7	44,8/45,4	4,9/9,6
Д5	У	22,5/21,0	50/47,0	25,5/27,0	2,5/5,0
	Р	11,5/9,2	64,0/51,5	6,5/5,9	19,0/33,3
Дб	У	19,0/18,3	44,5/43,3	35,0/38,4	0/0»
	3	7,3/6,0	66,5/55,0	9,5/8,8	16,8/30,0
Е4	о	31,2/28,9	12,4/11,5	56,0/58,8	0,35/0,7
	Р	16,3/12,6	52,2/40,4	10,0/8,7	22,7/38,2