219 / 397
Материаловедение, динамика и прочность машин и механизмов
219
данной работы является исследование структурных особенностей плазменных покрытий
системы Ni-Cr-Si-B, дополнительно легированных ниобием.
Методика экспериментального исследования
. В качестве материала для нанесения
покрытий использовали самофлюсующийся порошок на основе никеля (мас. %, основа – Ni,
0,4C, 15Cr, 2Si, 2В, 3Fe), размерами 40…100 мкм и порошок ниобия (мас. %, 93,6Nb; 6,4Ta),
размерами 5…10 мкм.
Смеси порошков (98 мас. % ПР-Н77Х15С3Р2 + 2 мас. % Nb и 96 мас. % ПР-
Н77Х15С3Р2 + 4 мас. % Nb) получали перемешиванием исходных компонентов в стальном
стакане объёмом 250 мл в планетарной шаровой мельнице Fritsch Pulverisette 6. В качестве
мелющих тел использовали стальные шары диаметром 10 мм. Соотношение масс шаров и
порошковой смеси было равным 3:1.
Режимы перемешивания: время измельчения – 30 мин., частота вращения опорного
диска – 100 мин
-1
. Порошок указанного состава напыляли на трубы из низкоуглеродистой
стали 20 с внутренним диаметром 25 мм и толщиной стенки 3 мм. Напыление покрытий про-
водили в Институте прикладной и теоретической механики СО РАН на установке плазмен-
ного напыления порошковых материалов «Термоплазма 50-01» с кольцевым вводом порош-
ка. В качестве плазмообразующего и транспортирующего газа использовали воздух, в каче-
стве защитного – смесь воздуха и пропан-бутана. Режимы напыления: сила тока – 140 А, на-
пряжение – 265 В, дистанция напыления – 170 мм. Непосредственно перед напылением по-
верхность труб подвергали пескоструйной обработке.
Образцы с покрытиями оплавляли высококонцентрированным источником нагрева
(плазменная струя).
Для проведения металлографических исследований использовали оптический микро-
скоп Carl Zeiss AxioObserver A1m и растровый электронный микроскоп Carl Zeiss EVO 50
XVP с микроанализатором EDS X-Act. Образцами для структурных исследований выступали
поперечные микрошлифы, запрессованные в полимерную матрицу и подготовленные по
стандартной методике (шлифование абразивными бумагами и полирование суспензией, со-
держащей частицы оксида хрома). Для травления микроструктуры покрытий использовали
раствор, состоящий из 10 мл HCl, 0.1 мл HNO
3
и 10 г FeCl
3
. Микротвердость структурных
составляющих в покрытиях оценивали на приборе Wolpert Group 402MVD при нагрузке 25 г.
Результаты и обсуждение.
Структура плазменных покрытий до оплавления с добав-
кой ниобия была исследована ранее [14]. Покрытие до оплавления в основном состоит из
частиц самофлюсующегося порошка, которые были расплавлены в плазменной струе, а так-
же пластически деформированных и нерасплавленных (исходных) частиц. По границам са-
мофлюсующихся частиц наблюдаются темно-серые включения борида ниобия (NbB
2
) и
светло-серые вытянутые включения, обогащенные танталом. Согласно данным микрострук-
турного анализа, указанные включения неравномерно распределены по материалу покрытий.
Для получения более однородной структуры покрытий решено было провести последующее
оплавление покрытий.
Как было отмечено выше, материал покрытия представляет собой систему, состоя-
щую, как минимум, из шести химических элементов (Ni, Cr, Si, B, C, Nb). Согласно анализу
двойных и тройных диаграмм состояния указанных химических элементов, в покрытиях по-
сле оплавления возможно выделение большого количества различных химических соедине-
ний. Для уточнения наиболее вероятных соединений этой системы были проведены расчеты
энергий Гиббса.
Основной задачей, которая ставилась в настоящей работе, является измельчение
хрупких боридов хрома (CrB) и уменьшение его объемной доли. В работе [15] показано, что
эффективным решением этой задачи является добавка химического элемента, который имеет
более высокое сродство к бору или углероду, чем хром. Или, другими словами, энергия Гиб-
бса боридов или карбидов этого элемента должна быть более отрицательной, чем энергия
Гиббса CrB.