close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15201

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.12.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 23C 28/00 (2006.01)
КОМПОЗИЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ
(21) Номер заявки: a 20100558
(22) 2010.04.14
(71) Заявитель: Государственное научное
учреждение "Физико-технический институт Национальной академии наук
Беларуси" (BY)
(72) Авторы: Белый Алексей Владимирович; Кузей Анатолий Михайлович;
Таран Игорь Иванович (BY)
BY 15201 C1 2011.12.30
BY (11) 15201
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Физико-технический институт Национальной академии наук Беларуси" (BY)
(56) RU 40941 U1, 2004.
RU 2195395 C2, 2002.
JP 04168276 A, 1992.
RU 2173241 C2, 2001.
JP 03260054 A, 1991.
JP 08209361 A, 1996.
RU 2214890 C1, 2003.
(57)
Композиционное покрытие, состоящее из двухслойной матрицы, один слой которой
выполнен из сплава никель-бор, и закрепленных в ней дисперсных частиц, отличающееся
тем, что поверхностный слой матрицы выполнен из сплава никель-бор-азот со следующим
соотношением компонентов, мас. %:
бор
0,1-9,0
азот
0,02-1,50
никель
остальное,
в качестве дисперсных частиц включает частицы нитрида бора при следующем соотношении компонентов в покрытии, мас. %:
частицы нитрида бора
0,04-16,0
двухслойная матрица
остальное.
Предлагаемое изобретение относится к области цветной металлургии, а именно к покрытиям, используемым в качестве защиты от износа, коррозии, а также и как абразивные.
Известно композиционное покрытие, состоящие из двухслойной матрицы, выполненной из слоя никеля и слоя железа, в которой расположены дисперсные частицы алмаза [1].
Недостатком известного композиционного покрытия является его низкая износостойкость. Частицы алмаза непрочно закреплены в матрице и в процессе шлифования под действием ударных и тепловых нагрузок выкрашиваются из матрицы, полностью не
изнашиваясь, что и приводит к низкой износостойкости покрытия.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является композиционное
покрытие, состоящее из двухслойной матрицы, первый слой которой выполнен из сплава
никель-бор, а второй - из железа - и закрепленных в ней дисперсных частиц алмаза.
Недостатком известного технического решения является его низкая абразивная способность. В процессе изнашивания (при шлифовании) алмазные зерна внедряются в матрицу и матрица контактирует с контртелом (обрабатываемым материалом). Фрикционное
BY 15201 C1 2011.12.30
взаимодействие железа с обрабатываемым материалом приводит к схватыванию матрицы
с обрабатываемым материалом, вырывом частиц матрицы и частиц алмаза, ростом температуры в зоне контакта, и частицы алмаза, непрочно закрепленные в матрице (из-за пластичного, непрочного слоя железа), полностью не изнашиваясь, выкрашиваются из нее.
Это приводит к снижению износостойкости композиционного покрытия.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение износостойкости
композиционного покрытия.
Задача решается тем, что в композиционном покрытии, состоящем из двухслойной
матрицы, один слой которой выполнен из сплава никель-бор, и закрепленных в ней дисперсных частиц, поверхностный слой матрицы выполнен из сплава никель-бор-азот со
следующим соотношением компонентов, мас. %:
бор
0,1-9,0
азот
0,02-1,50
никель
остальное,
в качестве дисперсных частиц покрытие включает частицы нитрида бора при следующем
соотношении компонентов, мас. %:
частицы нитрида бора
0,04-16,0
двухслойная матрица
остальное.
Применение вместо слоя железа слоя сплава никель-бор-азот позволяет повысить
прочность закрепления дисперсных частиц нитрида бора в покрытии и снизить тепловыделение при контактном взаимодействии матрицы с обрабатываемым материалом. Введение азота в сплав никель-бор снижает размеры зерен α-твердого раствора бора в никеле,
размеры частиц боридов, а повышает твердость сплава и стабильность твердого раствора
на основе бора и азота. Дисперсные частицы нитрида бора в меньшей степени, чем частицы алмаза, склонны к схватыванию с материалом контртела, что позволяет снизить фрикционные взаимодействия покрытия с материалом контртела (либо обрабатываемым
материалом). Помимо этого частицы нитрида бора более активно взаимодействуют с никелем, чем частицы алмаза, и в меньшей степени выкрашиваются из матрицы при воздействии ударных нагрузок, что повышает износостойкость покрытия.
В процессе трения о контртело (например, при шлифовании) контактное взаимодействие подавлено, что приводит к снижению числа микросхватываний в пятнах контакта и
интенсивности тепловыделения на границе раздела матрицы с контртелом (обрабатываемым материалом).
Присутствие в поверхностном слое матрицы (сплаве никель-бор-азот) множества наноразмерных частиц бора, двойных, тройных боридов, повышает прочность закрепления
дисперсных частиц нитрида бора в матрице и одновременно снижает контактное взаимодействие с обрабатываемым материалом. Это приводит к повышению износостойкости
матрицы и снижает долю дисперсных частиц нитрида бора, выкрашивающихся из матрицы.
Следствием этого является повышение износостойкости композиционного покрытия в целом.
Снижение концентрации частиц нитрида бора в композиционном покрытии менее
0,04 мас. % повышает интенсивность контактного взаимодействия матрицы с материалом
контртела, приводит к повышению температуры в зоне контакта и схватыванию матрицы
с контртелом в пятнах контакта. Следствием этого является повышенный износ композиционного покрытия. Повышение концентрации частиц нитрида бора в композиционном
покрытии более 16 мас. % разупрочняет матрицу вследствие снижения толщины прослоек
матрицы между частицами. При локальных динамических воздействиях в процессе скольжения по контртелу прослойки матрицы разрушаются, частицы нитрида бора выкрашиваются из покрытия, увеличивая степень его износа.
Снижение концентрации бора в слое сплава никель-бор-азот менее 0,1 мас. % приводит к увеличению размеров зерен, снижению твердости слоя. Следствием этого является
выкрашивание частиц нитрида бора из композиционного покрытия и снижение его износостойкости.
2
BY 15201 C1 2011.12.30
К подобному эффекту приводит и снижение концентрации азота в сплаве никель-боразот. Снижение концентрации азота менее 0,02 мас. % приводит к распаду твердого раствора бора в никеле, снижению твердости сплава, интенсификации контактного взаимодействия сплава никель-бор-азот с материалом контртела. Увеличение концентрации бора
в сплаве никель-бор-азот более 9 мас. % повышает хрупкость сплава, снижает его твердость. Результатом этого является разрушение слоя сплава никель-бор-азот и снижение
износостойкости композиционного покрытия.
Повышение концентрации азота в сплаве никель-бор-азот более 1,5 мас. % приводит к
распаду твердого раствора бора в никеле, снижению твердости сплава, снижению прочности закрепления частиц нитрида бора в матрице. Следствием этого является снижение износостойкости композиционного покрытия.
Пример.
Композиционные покрытия наносили комплексным электрохимическим методом на
поверхность сегментов из стали 45 (40×30 мм), которые наклеивали по периферии диска
диаметром 300 мм, и таким образом формировали рабочую зону шириной 40 мм инструмента формы 6А2. В качестве дисперсных порошков использовали порошки нитрида бора
фракции 1/0.
В таблице представлены эксплуатационные характеристики покрытий. В качестве
контртела использовали пластину из сплава ВК-8 диаметром 10 мм, которую перемещали
по поверхности рабочей зоны со скоростью 0,25 м/мин. Частота осцилляции пластины по
рабочей зоне - 0,05 с-1.
Влияние состава покрытия на его износостойкость
Состав композиционного покрытия, мас. %
Снижение массы
Двухслойная Частицы BN (ча- Состав сплава никель-бор-азот композиционного поматрица
стицы алмаза)
крытия, г/дм2⋅час
B
N
Ni
99,96
0,04
0,1
0,02
99,88
0,360
92
8
4,5
0,7
94,8
0,210
84
16
9
1,5
89,5
0,280
99,9
0,1
9
1,5
89,5
0,320
99,9
0,1
4,5
0,7
94,8
0,250
99,9
0,1
0,1
0,02
99,88
0,300
99,98
0,02
0,1
0,02
99,88
0,630
83
17
0,1
0,02
99,88
1,110
99,9
0,1
0,08
0,02
99
0,690
99,9
0,1
0,1
0,01
98,99
0,520
99,9
0,1
10
1,5
88,5
1,250
99,9
0,1
10
1,6
88,4
2,620
Прототип
0,720
Данные, приведенные в таблице, показывают, что предлагаемое покрытие обладает
большей износостойкостью, чем известное (прототип).
Таким образом, использование предлагаемого технического решения позволяет повысить износостойкость покрытия.
Источники информации:
1. Шепило В.Б., Звонарев Е.В., Кузей А.М. Получение, свойства и применение порошков алмаза и кубического нитрида бора. - Минск: Беларуская наука, 2003. - С. 335.
2. Патент РФ на полезную модель 40941, 2004.
Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
3
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
82 Кб
Теги
by15201, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа