218 / 397
Механики XXI веку. №16 2017 г.
218
УДК 621.793.71
Влияние добавки ниобия на структуру самофлюсующихся
плазменных покрытий
Гнидан К.А.
1a
, Тютюнькова М.К.
1b
, Безрукова В.А.
1c
1
Новосибирский государственный технический университет, пр. К. Маркса, 20, г. Новосибирск, Россия
a
g.k.a@inbox.ru, b mystery22@inbox.ru,
c vikabezrukova1995@mail.ruКлючевые слова:
плазменное напыление, оплавление, легирование, самофлюсующийся ма-
териал, Ni-Cr-Si-B
В данной работе исследована микроструктура покрытий, полученных воздушно-плазменным
напылением из смеси порошков на основе никеля марки ПР-Н77Х15С3Р2 (98 мас. % ПР-Н77Х15С3Р2
+ 2 мас. % Nb и 96 мас. % ПР-Н77Х15С3Р2 + 4 мас. % Nb) после оплавления плазменной струёй.
Проведен сравнительный анализ микроструктуры покрытия до и после легирования. Рассчитаны
значения энергии Гиббса основных фаз в покрытии при Т=1400 К, установлены наиболее вероятные
соединения, результаты подтверждены микроструктурными исследованиями. Изменения уровня
микротвердости не наблюдается: Средняя микротвердость исходных покрытий без легирования и
дополнительно легированных покрытий совпадает. Отмечено положительное влияние легирования и
оплавления на структуру полученных покрытий, замечено уменьшение размеров и объемной доли
хрупких фаз.
Введение.
Нефтяная и угольная промышленность, машиностроение, авиастроение,
судостроение, энергетика и многие другие отрасли промышленности нуждаются в материа-
лах, обладающих комплексом высоких свойств. Многие из существующих промышленных
материалов уже не могут удовлетворить этим требованиям. Чаще всего получение материала
с комплексом таких свойств, связано с высокими затратами и трудностью обработки поверх-
ности деталей, поэтому изготавливать делать целиком из такого материала нецелесообразно.
Одним из эффективных решений данной проблемы является формирование износостойких
покрытий на стальных изделиях. Известно, что сплавы системы Ni-Cr-Si-B, широко распро-
странены в технологиях напыления и характеризуются высокой твердостью и износостойко-
стью [1-5], а также коррозионной стойкостью [3, 5, 6].
Основными способами нанесения покрытий из самофлюсующихся сплавов являются
технологии напыления [1, 3, 4, 6, 8, 10-12] и наплавки [2, 7, 9]. Высокие скорости охлажде-
ния, свойственные этим способам, приводят к формированию значительных остаточных на-
пряжений в покрытиях, что, в свою очередь, способствует снижению трещиностойкости [5].
Кроме того, в работе [13] показано, что трещины зарождаются и легко распространяются по
грубым и хрупким включениям боридов и карбидов хрома (CrB, Cr
5
B
3
, Cr
7
C
3
), которые все-
гда присутствуют в покрытиях системы Ni-Cr-Si-B. К сожалению, решить проблему низкой
трещиностойкости, изменяя только технологические режимы, не удается. Наиболее эффек-
тивным способом, в данном случае, является изменение структуры самофлюсующихся по-
крытий за счет легирования, что позволит снизить количество хрупких фаз.
На сегодняшний день выполнено значительное количество работ по легированию по-
крытий из самофлюсующихся сплавов, полученных лазерной наплавкой. В работах [10, 11]
показано, что при легировании танталом формируется карбид тантала (ТаС), который спо-
собствует уменьшению количества C в расплаве и карбид хрома (Cr
7
C
3
) не выделяется. До-
бавка оксида ванадия (V
2
O
5
) позволяет сформировать бориды ванадия (VB, VB
2
, V
2
B
3
и
V
3
B
4
), вместо хрупких боридов хрома (CrB
2
и CrB) [5]. Кроме того, образование боридов ва-
надия является основной причиной измельчения микроструктуры, что снижает восприимчи-
вость к растрескиванию. В работе [12] показано, что измельчения частиц борида хрома CrB
при лазерной наплавке можно достичь легированием до 10 вес. % Nb.
Стоит отметить, что в литературе практически не встречается данных о легировании
покрытий выбранной системы, полученных плазменным напылением, таким образом, целью