10 Порошкові матеріали для наплавлення

Порошкові матеріали – найбільш перспективні при нанесенні зносостійких покрить наплавленням, припіканням, газополуменевим напиленням.

Для отримання зносостійких покрить можуть використовувати наступні групи порошків:

1. порошки із сплавів, що самофлюсуються на нікелевій, нікель-хромовій і кобальтовій основі;

2. порошки з металевих сплавів;

3. порошки з карбідів і оксидів металів;

4. механічні суміші порошків.

Порошки із сплавів, що самофлюсуються широко застосовуються для газополуменевого напилення з наступним оплавленням покриття.

Такі порошки після напилення надають поверхні деталі комплекс цінних експлуатаційних властивостей: зносостійкість, ерозійну та корозійну стійкість, здатність задовільно протистояти високотемпературному окисленню.

Основними недоліками порошків із сплавів, що самофлюсуються є їх висока вартість і дефіцит основних компонентів сплавів.

Приклади порошків із сплавів, що самофлюсуються (система легування: нікель-хром-бор-кремній, завод виготовлювач “Тула чормет”):

• ПН-77Х15С3Р2 (35-45 НRC)

• ПН-73Х16С3Р3 (45-55 НRC)

• ПН-70Х17С3Р4 ( ≥ 55 НRC)

• ПН-65Х25С3Р3 (50-55 НRC)

Область використання: відновлення і зміцнення деталей, які працюють в умовах ударних навантажень, дії абразиву та агресивних середовищ.

Серед порошків з металевих сплавів широке використання отримали алюмініди, ніхром, сплави Ni з Ті, корозійностійкі сталі і сплави на залізній і мідній основах:

• ПН-851-015 (Ni-Al 40 HRC): відновлення посадочних місць валів;

• ПН-55Т45 (Ni-Ті 55-60 HRC): відновлення поверхонь деталей які труться при навантаженні без ударів;

• ПН-10Г10Т11Р5 (Fe-Ti-Mn-B-C 55HRC): нанесення зносостійких і корозійностійких покрить.

Порошки з металевих сплавів виготовляють методами порошкової металургії шляхом розпилення струменю рідкого металу або методом грануляції. По цій причині у їх складі можлива присутність підвищеного вмісту неметалевих включень, які можуть бути видалені за допомогою відновлювального відпалу.

Порошки з карбідів і оксидів металів застосовуються в основному з використанням підшарів з металевих порошків. Тільки детонаційне напилення дозволяє наносити робочі шари тугоплавких шарів без підшарів

Приклади порошків тугоплавких сполук:

• оксид алюмінію (білий електрокорунд (40-55 HRC): захист від зношування при невисоких температурах абразивними частинками і твердими поверхнями;

• оксид AlTi (50-70 HRC): захист від зношування абразивом, при ерозійному зношуванні, для виготовлення твердих підшипникових покрить;

• оксид Cr (97-99 % Cr2O3 , 65-72 HRC);

• карбід Cr (Cr₃С₂ , 37-40 HRC): захист від зношування при підвищених температурах;

• карбід Ті ( ≈ 19 % Cr₂₃С₆ + С): захист від зношування при низьких температурах;

• карбід вольфраму (3,8-4,2 %С) ): захист від зношування при низьких температурах.

Механічні суміші на основі всіх вище перерахованих груп порошків застосовуються для газополуменевого напилення завдяки простоті і невисокій вартості їх приготування.

Основний недолік механічних сумішей: важкість досягнення повної однорідності розподілу компонентів при змішуванні, транспортуванні з дозуючих пристроїв, а також у процесі напилення. Сегрегація компонентів сумішей приводить до нерівномірності структури покриття, збільшення пористості, зниження міцності і погіршення експлуатаційних характеристик покриття.

Механічні суміші важко піддаються стандартизації, тому їх сплави у кожному конкретному випадку підбирають дослідним шляхом. Особливих способів приготування не потребують і можуть перемішуватись на обладнанні підприємств порошкової металургії або спікатись з наступним подрібненням.

Механічні суміші порошків можуть використовуватись для одержання сплавів, а також для нанесення композиційних покрить (таблиця 10.1).

Таблиця 10.1 – Механічні суміші порошків для одержання композиційних покрить

Матеріал	Марки	Склад	Завод виробник
Нікелевий самофлюсуючий сплав + карбід вольфраму	ВСНГН-35, ВСНГН-80, ПС-10НВК-01, ПС-12НВК-01	35-80 % WС	ТЗНТС
Ніхром + карбід хрому	ПС-85КХ + 15Х20Н80	85 % Сr3С2 + 15 % ніхрому	“Тула-чермет”
	ПС-75КХ + 25Х20Н80	75 % Сr3С2 + 25 % ніхрому
	ПС-65КХ+ 35Х20Н80	65 % Сr3С2 + 35 % ніхрому
Нікель-алюмінієвий порошок + карбід хрому	ПС-85КХ+ 15Ю5Н	85 %Сr3С2 + 15 %(Ni-А1)	“Тула-чермет”
	ПС-70КХ+ 30Ю5Н	70 %Сr3С2 + 30 %(Ni-А1)
Кобальт + карбід вольфраму	ВК-25	75 %WС + 25 % Co	ТЗНТС

До порошкоподібних механічних сумішей для наплавлення належать також:

1. сталініт;

2. вокар;

3. шихти БХ, КБХ, ФБХ, ВИСХОМ-9 та інші.

Шихта покращеного сталініту містить 37,7 % ферохрому; 10,8 % феромарганцю; 47, 1% чавунного порошоку і 4,4 % нафтового коксу.

Вокар являє собою механічна суміш вольфраму з вуглецем В наплавленому металі знаходяться складні карбіди вольфраму, включені у твердий розчин. Хімічний склад наплавленого металу особливо першого шару, твердість якого складає 56-58 HRC) змінюється в досить широких межах. У середньому в ньому міститься 9-10 % вуглецю, до 3 % кремнію, 85-87 вольфраму і до 2% заліза. Матеріал наплавлений вокаром має вищу твердість і зносостійкість, ніж матеріал наплавлений сталінітом.

Боридна суміш БХ є механічною сумішшю 50 % бориду хрому і 50 % залізного порошку. Борид хрому містить 0,85 % С, 80-85 % Сr, 18,3 % бору. В середньому наплавлений метал містить 10 % вуглецю, 25 % хрому, 7,5 % бору і 57,5 % заліза. Зносостійкість наплавленого матеріалу в 2- 3 рази вища, ніж при наплавленні сталінітом.

Суміш для наплавлення КБХ містить 60 % ферохрому, 30 % залізного порошку, 5 % бориду хрому, 5 % карбіду хрому. По зносостійкості наплавленого металу в 1,5 рази випереджає суміш покращеного сталініту.

Суміш для наплавлення ФБХ містить: 4-5 % С, 2-4 % марганцю, 1,5-2,8 % кремнію, 35-44 Сr, решта Fе.

Шихта ВИСХОМ- 9 складається із подрібненої стружки, що містить 74 % сірого чавуну, 15% феромарганцю, 5 % ферохрому і 6 % сріблястого графіту, зв’язаних між собою розчином рідкого скла з водою. Твердість металу наплавленого такою шихтою складає 55-58 HRC. Зносостійкість в 1,6 рази вища, ніж металу наплавленого сталінітом.

Всі перераховані порошкові матеріали у залежності від гранулометричного складу відносяться до наступних класів:

1. крупні (К) : розміри частинок 1,25-0,8 мм;

2. середні (С) : 0,8-0,4 мм;

3. дрібні (М) : 0,4-0,16 мм;

4. дуже дрібні (ОМ) : < 0,16 мм.

Основними характеристиками, що визначають якість порошку для газотермічного напилення є плинність, мінімальний і максимальний розміри частинок, їх форма і схильність до взаємної адгезії (злипання), стабільність гранулометричного і хімічного складів.