RU2659561C1 - Method of applying the wear-proof coatings based on titanium diboride, titanium and aluminum on stamp steel - Google Patents
Method of applying the wear-proof coatings based on titanium diboride, titanium and aluminum on stamp steel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2659561C1 RU2659561C1 RU2017124845A RU2017124845A RU2659561C1 RU 2659561 C1 RU2659561 C1 RU 2659561C1 RU 2017124845 A RU2017124845 A RU 2017124845A RU 2017124845 A RU2017124845 A RU 2017124845A RU 2659561 C1 RU2659561 C1 RU 2659561C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- titanium
- coating
- mass
- formation
- aluminum
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 65
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 30
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 30
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 28
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 28
- QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N B#[Ti]#B Chemical compound B#[Ti]#B QYEXBYZXHDUPRC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 22
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000004880 explosion Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910004349 Ti-Al Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 229910004692 Ti—Al Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 7
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 6
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 6
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 5
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N alumane;titanium Chemical compound [AlH3].[Ti] UQZIWOQVLUASCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000265 homogenisation Methods 0.000 description 2
- MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N trimethyl(1,1,2,2,2-pentafluoroethyl)silane Chemical compound C[Si](C)(C)C(F)(F)C(F)(F)F MTPVUVINMAGMJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/04—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the coating material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
- C23C14/32—Vacuum evaporation by explosion; by evaporation and subsequent ionisation of the vapours, e.g. ion-plating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
- C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии нанесения покрытий на металлические поверхности с использованием концентрированных потоков энергии, в частности, к технологии получения на поверхности штамповых сталей, работающих в тяжелых условиях штамповки, покрытий на основе диборида титана, титана и алюминия, которые могут быть использованы в штамповом производстве для штамповки в холодном состоянии с целью формирования поверхностей с высокой твердостью и износостойкостью.The invention relates to a technology for coating metal surfaces using concentrated energy flows, in particular, to a technology for producing stamped steels operating under severe stamping conditions, coatings based on titanium, titanium and aluminum diboride, which can be used in stamping for cold stamping in order to form surfaces with high hardness and wear resistance.
Известен способ [1] электровзрывного напыления композиционных износостойких покрытий системы TiC-Mo на поверхности трения, характеризующийся тем, что размещают порошковую навеску из карбида титана между двумя слоями молибденовой фольги, осуществляют электрический взрыв фольги с формированием импульсной многофазной плазменной струи, проводят оплавление ею поверхности трения при значении удельного потока энергии 3,5…4,5 ГВт/м2 и напыление на оплавленный слой компонентов плазменной струи с последующей самозакалкой и формированием композиционного покрытия, содержащего карбид титана и молибден.The known method [1] of electric explosive spraying of composite wear-resistant coatings of the TiC-Mo system on a friction surface, characterized in that a powder sample of titanium carbide is placed between two layers of molybdenum foil, an electric explosion of the foil is carried out with the formation of a pulsed multiphase plasma jet, it is melted by the friction surface at a value of specific energy flow of 3.5 ... 4.5 GW / m 2, and spraying the melted layer on components of the plasma jet, followed by self-hardening and the formation of composite ion coating comprising titanium carbide and molybdenum.
Недостатком способа является высокая шероховатость напыленных покрытий, а также низкая степень гомогенизации структуры, выраженная в неоднородности фазового и элементного состава покрытий. Это ограничивает возможность практического применения изделий с такими покрытиями. После электровзрывного напыления (ЭВН) на поверхности покрытий неравномерно распределены многочисленные деформированные закристаллизовавшиеся микрокапли меди. Это может стать причиной быстрого износа покрытия [2, 3].The disadvantage of this method is the high roughness of the sprayed coatings, as well as a low degree of homogenization of the structure, expressed in the heterogeneity of the phase and elemental composition of the coatings. This limits the possibility of practical use of products with such coatings. After electroexplosive deposition (EVN), numerous deformed crystallized microdroplets of copper are unevenly distributed on the surface of the coatings. This can cause rapid wear of the coating [2, 3].
Наиболее близким к заявляемому является способ [4] нанесения износостойких покрытий на основе диборида титана и молибдена на стальные поверхности, включающий электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской молибденовой оболочки массой 60-530 мг и сердечника в виде порошка диборида титана массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею стальной поверхности при поглощаемой плотности мощности 3,5-4,5 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва с формированием на ней композиционного покрытия системы TiB2-Mo и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30.Closest to the claimed is a method [4] applying wear-resistant coatings based on titanium diboride and molybdenum on steel surfaces, comprising an electric explosion of a composite electrically exploded conductor, consisting of a two-layer flat molybdenum shell weighing 60-530 mg and a core in the form of a powder of titanium diboride mass, equal to 0.5-2.0 mass of the shell, the formation of explosion products of a pulsed multiphase plasma jet, its fusion of a steel surface with an absorbed power density of 3.5-4.5 GW / m 2 , deposition of explosion products onto the surface with the formation of a composite coating of the TiB 2 -Mo system on it and subsequent pulse-periodic electron-beam treatment of the coating surface at an absorbed energy density of 40-60 J / cm 2 , pulse duration 150-200 μs and the number of pulses 10- thirty.
Недостатком способа является низкая адгезия покрытия системы TiB2-Мо со стальной подложкой. В случае применения этого покрытия для штамповки неизбежно произойдет отслаивание покрытия уже на первых циклах штамповки. Это может стать причиной быстрого выхода из строя штампов [2, 3].The disadvantage of this method is the low adhesion of the coating system TiB 2 -Mo with a steel substrate. If this coating is used for stamping, the coating will inevitably peel off already in the first stamping cycles. This can cause a quick failure of stamps [2, 3].
Задачей заявляемого изобретения является получение композиционных покрытий диборид титана - титан - алюминий с наполненной микрокристаллической структурой, обладающих высокой адгезией покрытия с подложкой из штамповой стали, а также высокой степенью гомогенизации структуры их поверхностного слоя, зеркальным блеском поверхности, высокой микротвердостью и износостойкостью.The objective of the invention is to obtain composite coatings of titanium diboride - titanium - aluminum with a filled microcrystalline structure, with high adhesion of the coating to the die steel substrate, as well as a high degree of homogenization of the structure of their surface layer, mirror surface gloss, high microhardness and wear resistance.
Поставленная задача реализуется способом нанесения износостойких покрытий на основе диборида титана, титана и алюминия на штамповые стали.The problem is realized by the method of applying wear-resistant coatings based on titanium diboride, titanium and aluminum on die steels.
Способ включает электрический взрыв композиционного электрически взрываемого проводника, состоящего из двухслойной плоской алюминиевой оболочки массой 60-530 мг и сердечника в виде смеси порошков диборида титана массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки и титана массой, равной 0,5-2,0 массы оболочки, формирование из продуктов взрыва импульсной многофазной плазменной струи, оплавление ею поверхности штамповой стали при поглощаемой плотности мощности 4,6-4,8 ГВт/м2, осаждение на поверхность продуктов взрыва и формирование на ней композиционного покрытия системы TiB2-Ti-Al и последующую импульсно-периодическую электронно-пучковую обработку поверхности покрытия при поглощаемой плотности энергии 40-60 Дж/см2, длительности импульсов 150-200 мкс и количестве импульсов 10-30 имп.The method includes an electric explosion of a composite electrically exploded conductor, consisting of a two-layer flat aluminum shell with a mass of 60-530 mg and a core in the form of a mixture of titanium diboride powders with a mass equal to 0.5-2.0 shell mass and titanium with a mass equal to 0.5-2 0 shell mass, formation of the explosion products polyphase pulse plasma jet, its melting steel die surface when the absorbed power density of 4.6-4.8 GW / m 2, the deposition on the surface of the explosion products and the formation thereon of composite pokr ment system TiB 2 -Ti-Al and subsequent periodic pulsed electron-beam treatment of the surface coating when the absorbed energy density of 40-60 J / cm 2, a pulse duration of 150-200 microseconds and the number of pulses of 10-30 cpm.
Продукты разрушения композиционного электрически взрываемого проводника образуют плазменную струю, служащую инструментом формирования на поверхности штамповой стали композиционного покрытия с наполненной структурой [5], образованного включениями диборида титана в титан-алюминиевой матрице. Последующая импульсно-периодическая электронно-пучковая обработка (ЭПО) покрытия сопровождается переплавлением его поверхностного слоя толщиной 20-40 мкм. Дефекты в виде микропор и микротрещин, выявляемые после ЭВН [2, 3], в нем не наблюдаются. Импульсно-периодическая ЭПО приводит к формированию в покрытии высокодисперсной и однородной структуры. Размеры включений диборида титана в титан-алюминиевой матрице уменьшаются в 2-50 раз по сравнению с их размерами сразу после ЭВН. Поверхность покрытия приобретает зеркальный блеск. Преимущество заявляемого способа по сравнению с прототипом заключается в формировании поверхностного слоя с высокой адгезией покрытия с подложкой из штамповой стали, низкой шероховатостью и гомогенизированной структурой, что увеличивает срок службы деталей, работающих в условиях штамповки, и расширяет область практического применения.The destruction products of a composite electrically exploded conductor form a plasma jet, which serves as an instrument for forming a composite coating with a filled structure [5] on the surface of die steel [5] formed by inclusions of titanium diboride in a titanium-aluminum matrix. The subsequent pulse-periodic electron-beam processing (EPO) of the coating is accompanied by remelting of its surface layer with a thickness of 20-40 microns. Defects in the form of micropores and microcracks detected after EI [2, 3] are not observed in it. Pulse-periodic EPO leads to the formation of a finely dispersed and uniform structure in the coating. The sizes of the inclusions of titanium diboride in the titanium-aluminum matrix are reduced by 2-50 times in comparison with their sizes immediately after the EMI. The surface of the coating acquires a mirror shine. The advantage of the proposed method compared with the prototype is the formation of a surface layer with high adhesion to the substrate with a stamped steel substrate, low roughness and a homogenized structure, which increases the service life of parts operating under stamping conditions and expands the field of practical application.
Способ поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структура поперечного сечения поверхностного слоя электровзрывного композиционного покрытия системы TiB2-Ti-Al без воздействия ЭПО, на фиг. 2 - структура поперечного сечения поверхностного слоя электровзрывного композиционного покрытия системы TiB2-Ti-Al после воздействия ЭПО.The method is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the cross-sectional structure of the surface layer of an electric explosive composite coating of a TiB 2 -Ti-Al system without exposure to EPO, FIG. 2 is a cross-sectional structure of a surface layer of an electric explosive composite coating of a TiB 2 -Ti-Al system after exposure to EPO.
Исследования методом сканирующей электронной микроскопии показали, что при ЭВН на стальных поверхностях, работающих в условиях штамповки, путем электрического взрыва композиционного электрически взрываемого проводника при поглощаемой плотности мощности 4,6-4,8 ГВт/м2 происходит формирование покрытия с композиционной наполненной структурой, когда в титан-алюминиевой матрице располагаются включения диборида титана с размерами от 1,0 до 5,0 мкм (фиг. 2). Если же использовать режим напыления, указанный в прототипе 3,5-4,5 ГВт/м2, то на границе покрытия со штамповой сталью образуются дефекты в виде пор. В покрытии наблюдаются дефекты в виде микропор и микротрещин. Указанный режим, при котором поглощаемая плотность мощности составляет 4,6-4,8 ГВт/м2, установлен эмпирически и является оптимальным, поскольку при интенсивности воздействия ниже 4,6 ГВт/м2 не происходит образование рельефа между покрытием и подложкой из штамповой стали, вследствие чего возможно отслаивание покрытия, а выше 4,8 ГВт/м2 происходит формирование развитого рельефа поверхности напыляемого покрытия. При значении массы алюминиевой фольги менее 60 мг становится невозможным изготовление из нее композиционного электрически взрываемого проводника. При значении массы алюминиевой фольги более 530 мг покрытие с композиционной наполненной структурой на поверхностях из штамповых сталей, работающих в условиях холодной штамповки, обладает большим количеством дефектов. При значении массы сердечника, состоящего из смеси порошков диборида титана массой менее 0,5 или более 2,0 массы оболочки и титана массой менее 0,5 или более 2,0 массы оболочки покрытие с композиционной наполненной структурой на поверхностях штамповых сталей, работающих в условиях холодной штамповки, также обладает дефектной структурой. Граница электровзрывного покрытия с подложкой не является ровной, что позволяет увеличить адгезию покрытия с подложкой.Scanning electron microscopy studies have shown that in case of ESP on steel surfaces operating under stamping conditions, by electric explosion of a composite electrically exploded conductor with an absorbed power density of 4.6-4.8 GW / m 2 , a coating with a filled structure is formed when in the titanium-aluminum matrix are inclusions of titanium diboride with sizes from 1.0 to 5.0 μm (Fig. 2). If you use the spraying mode specified in the prototype 3,5-4,5 GW / m 2 , then at the border of the coating with die steel formed defects in the form of pores. Defects in the form of micropores and microcracks are observed in the coating. The specified mode, in which the absorbed power density is 4.6-4.8 GW / m 2 , is established empirically and is optimal, since at an intensity of exposure below 4.6 GW / m 2 there is no relief formation between the coating and the stamped steel substrate as a result of which peeling of the coating is possible, and above 4.8 GW / m 2 , a developed relief of the surface of the sprayed coating is formed. When the mass value of aluminum foil is less than 60 mg, it becomes impossible to make a composite electrically exploded conductor from it. When the mass value of aluminum foil is more than 530 mg, a coating with a composite filled structure on the surfaces of die steels operating in cold stamping has a large number of defects. With a core weight value consisting of a mixture of titanium diboride powders weighing less than 0.5 or more than 2.0 shell masses and titanium weighing less than 0.5 or more than 2.0 shell masses, a coating with a composite filled structure on the surfaces of die steels operating under conditions cold stamping also has a defective structure. The boundary of the electroexplosive coating with the substrate is not even, which allows to increase the adhesion of the coating to the substrate.
Импульсно-периодическая ЭПО поверхности электровзрывного покрытия с поверхностной плотностью поглощаемой энергии 40-60 Дж/см2, длительностью импульсов 150-200 мкс, количеством импульсов 10-30 приводит к выглаживанию рельефа поверхности до образования зеркального блеска. Толщина модифицированных слоев после ЭПО изменяется в пределах от 20 до 40 мкм и незначительно увеличивается с ростом плотности энергии пучка электронов. Электронно-пучковая обработка, сопровождающаяся переплавлением слоя покрытия, приводит к формированию композиционной наполненной [5] структуры (фиг. 2). Дефекты в виде микропор и микротрещин в нем не наблюдаются. Размеры включений диборида титана в титан-алюминиевой матрице изменяются в пределах от 0,1 до 0,5 мкм. Импульсно-периодическая ЭПО поверхностного слоя приводит к формированию в нем более дисперсной и однородной структуры. Указанный режим является оптимальным, поскольку при поверхностной плотности энергии меньше 40 Дж/см2, длительности импульсов короче 150 мкс, количестве импульсов менее 10 имп. не происходит образования однородной структуры на основе диборида титана, титана, алюминия и диспергирования титана, алюминия и диборида титана в покрытии. При поверхностной плотности энергии больше 60 Дж/см2, длительности импульсов длиннее 200 мкс, количестве импульсов более 30 имп. происходит формирование рельефа поверхности.Pulse-periodic EPO of the surface of an electric explosive coating with a surface density of absorbed energy of 40-60 J / cm 2 , a pulse duration of 150-200 μs, and a number of pulses of 10-30 leads to smoothing of the surface relief until a mirror shine is formed. The thickness of the modified layers after EPO varies from 20 to 40 microns and slightly increases with increasing electron beam energy density. Electron-beam processing, accompanied by remelting of the coating layer, leads to the formation of a composite filled [5] structure (Fig. 2). Defects in the form of micropores and microcracks are not observed in it. The size of the inclusions of titanium diboride in the titanium-aluminum matrix varies from 0.1 to 0.5 microns. Pulse-periodic EPO of the surface layer leads to the formation of a more dispersed and uniform structure in it. The indicated mode is optimal, since at a surface energy density of less than 40 J / cm 2 , the pulse duration is shorter than 150 μs, the number of pulses is less than 10 pulses. there is no formation of a homogeneous structure based on titanium diboride, titanium, aluminum and dispersion of titanium, aluminum and titanium diboride in the coating. When the surface energy density is more than 60 J / cm 2 , the pulse duration is longer than 200 μs, the number of pulses is more than 30 pulses. surface relief is formed.
Трибологические свойства (износостойкость и коэффициент трения) покрытий изучали в геометрии диск-штифт с помощью трибометра (CSEM) при комнатной температуре и влажности. В качестве контртела использовали алмазную пирамидку, диаметр трека 3,9 мм, скорость вращения - 1,5 см/с, нагрузка - 8 Н, дистанция до остановки - 123 м. Критерием износостойкости являлся удельный объем трека износа материала, который определялся с помощью лазерного оптического профилометра MicroMeasure 3D Station и рассчитывался по формулеThe tribological properties (wear resistance and coefficient of friction) of coatings were studied in the geometry of a disk pin using a tribometer (CSEM) at room temperature and humidity. A diamond pyramid was used as a counterbody, the track diameter was 3.9 mm, the rotation speed was 1.5 cm / s, the load was 8 N, the distance to stop was 123 m. The wear resistance criterion was the specific volume of the material wear track, which was determined using a laser MicroMeasure 3D Station optical profilometer and calculated by the formula
где R - радиус трека, A - площадь поперечного сечения канавки износа, F - величина приложенной нагрузки, L - пройденная шариком дистанция.where R is the radius of the track, A is the cross-sectional area of the wear groove, F is the magnitude of the applied load, L is the distance traveled by the ball.
В результате проведенных испытаний установлено, что износостойкость покрытий на основе диборида титана, титана и алюминия повышается в 2 раза по сравнению со штамповыми сталями 5ХНМ и Х12МФ после изотермического отжига по режиму: нагрев 850-870°C, охлаждение со скоростью 40 град/ч до 700-720°C, выдержка 3-4 ч, охлаждение со скоростью 50 град/ч до 550°C, воздух. Значения коэффициента трения для покрытий на основе диборида титана, титана и алюминия составляют 0,5…0,6.As a result of the tests, it was found that the wear resistance of coatings based on titanium, titanium and aluminum diboride increases by 2 times compared to 5XHM and X12MF die steels after isothermal annealing according to the regime: heating 850-870 ° C, cooling at a speed of 40 deg / h to 700-720 ° C, holding 3-4 hours, cooling at a speed of 50 deg / h to 550 ° C, air. The values of the coefficient of friction for coatings based on titanium diboride, titanium and aluminum are 0.5 ... 0.6.
Микротвердость измеряли на микротвердомере HVS-1000A. Значения микротвердости сформированных покрытий находятся в интервале 24000-25000 МПа. Нанотвердость измеряли с использованием системы Agilent U9820A Nano Indenter G200. Значения нанотвердости сформированных покрытий составляет 24500 МПа.Microhardness was measured on an HVS-1000A microhardness meter. The microhardness values of the formed coatings are in the range of 24000-25000 MPa. Nanohardness was measured using an Agilent U9820A Nano Indenter G200 system. The values of the nanoc hardness of the formed coatings is 24500 MPa.
Примеры конкретного осуществления способа:Examples of specific implementation of the method:
Пример 1.Example 1
Обработке подвергали лист из штамповой стали 5ХНМ толщиной 25 мм площадью 4 см2. Использовали композиционный электрически взрываемый проводник, состоящий из оболочки и сердечника в виде порошков диборида титана и титана, при этом оболочка состояла из двух слоев электрически взрываемой плоской алюминиевой фольги массой 60 мг, а масса порошков диборида титана и титана в сердечнике составляла по 30 мг для каждого из порошков. Сформированной плазменной струей оплавляли поверхность листа штамповой стали 5ХНМ при поглощаемой плотности мощности 4,6 ГВт/м2 и формировали на ней композиционное электровзрывное покрытие системы TiB2-Ti-Al. После самозакалки покрытия при теплоотводе в объем стального листа осуществляли импульсно-периодическую ЭПО поверхности электровзрывного покрытия при поверхностной плотности энергии 40 Дж/см2, длительности импульсов - 150 мкс, количестве импульсов - 10 имп.The processing was subjected to a sheet of die steel 5XHM 25 mm thick with an area of 4 cm 2 . A composite electrically exploded conductor was used, consisting of a shell and a core in the form of titanium diboride and titanium diboride powders, while the shell consisted of two layers of 60 mg electrically exploded flat aluminum foil, and the mass of titanium diboride and titanium diboride powders in the core was 30 mg for each from powders. A formed plasma jet was used to melt the surface of a sheet of 5XHM die steel at an absorbed power density of 4.6 GW / m 2 and formed a composite electroexplosive coating of the TiB 2 -Ti-Al system on it. After self-hardening of the coating with heat removal into the volume of the steel sheet, a pulse-periodic EPO of the surface of the electric explosive coating was carried out at a surface energy density of 40 J / cm 2 , the pulse duration was 150 μs, and the number of pulses was 10 pulses.
Получили износостойкое покрытие на основе диборида титана, титана и алюминия с высокой адгезией покрытия с подложкой на уровне когезии. На ОАО «Вест-2002» штампы из стали 5ХНМ, упрочненные заявляемым способом, показали увеличенный ресурс работы в 1,2 раза по сравнению со штампами без покрытия на основе диборида титана, титана и алюминия.A wear-resistant coating based on titanium, titanium and aluminum diboride with a high adhesion of the coating to the substrate at the level of cohesion was obtained. At JSC "West-2002" dies made of steel 5XHM, hardened by the claimed method, showed an increased service life of 1.2 times compared with dies without coating based on titanium, titanium and aluminum diboride.
Пример 2.Example 2
Обработке подвергали лист из штамповой стали Х12МФ толщиной 25 мм площадью 15 см2. Использовали композиционный электрически взрываемый проводник, состоящий из оболочки и сердечника в виде смеси порошков диборида титана и титана, при этом оболочка состояла из двух слоев электрически взрываемой плоской алюминиевой фольги массой 530 мг, а масса порошков диборида титана и титана в сердечнике составляла по 1060 мг для каждого из порошков. Сформированной плазменной струей оплавляли поверхность листа из штамповой стали Х12МФ при поглощаемой плотности мощности 4,8 ГВт/м2 и формировали на ней композиционное электровзрывное покрытие системы TiB2-Ti-Al. После самозакалки покрытия при теплоотводе в объем основы стального листа осуществляли импульсно-периодическую ЭПО поверхности электровзрывного покрытия при поверхностной плотности энергии 60 Дж/см2, длительности импульсов - 200 мкс, количестве импульсов - 30 имп.The processing was subjected to a sheet of die steel X12MF with a thickness of 25 mm and an area of 15 cm 2 . A composite electrically exploded conductor was used, consisting of a shell and a core in the form of a mixture of powders of titanium diboride and titanium, while the shell consisted of two layers of electrically exploded flat aluminum foil weighing 530 mg, and the mass of powders of titanium diboride and titanium in the core was 1060 mg for each of the powders. A formed plasma jet was used to melt the surface of a sheet of X12MF die steel at an absorbed power density of 4.8 GW / m 2 and to form a composite electroexplosive coating of the TiB 2 -Ti-Al system on it. After self-hardening of the coating with heat removal into the bulk of the steel sheet, a pulse-periodic EPO of the surface of the electric explosion coating was carried out at a surface energy density of 60 J / cm 2 , pulse duration 200 μs, and the number of pulses 30 imp.
Получили износостойкое покрытие на основе диборида титана, титана и алюминия с высокой адгезией покрытия с подложкой на уровне когезии. На ОАО «Вест-2002» штампы из стали Х12МФ, упрочненные заявляемым способом, показали увеличенный ресурс работы в 1,2 раза по сравнению со штампами без покрытия на основе диборида титана, титана и алюминия.A wear-resistant coating based on titanium, titanium and aluminum diboride with a high adhesion of the coating to the substrate at the level of cohesion was obtained. At JSC "West-2002" dies made of steel X12MF, hardened by the claimed method, showed an increased service life of 1.2 times compared with dies without coating based on titanium, titanium and aluminum diboride.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №2518037 на изобретение «Способ электровзрывного напыления композиционных износостойких покрытий системы TiB2-Al на поверхности трения» / Романов Д.А., Олесюк О.В., Будовских Е.А., Громов В.Е.; заявл. 25.03.2013; опубл. 10.06.2014, Бюл. №16. 8 с.1. RF patent No. 2518037 for the invention “Method of electric explosive spraying of composite wear-resistant coatings of the TiB2-Al system on the friction surface” / Romanov D.A., Olesyuk O.V., Budovskikh E.A., Gromov V.E .; declared 03/25/2013; publ. 06/10/2014, Bull. No. 16. 8 sec
2. Романов Д.А., Будовских Е.А., Громов В.Е. Электровзрывное напыление электроэрозионно стойких покрытий: формирование структуры, фазового состава и свойств электроэрозионно стойких покрытий методом электровзрывного напыления. - Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2012. - 170 c.2. Romanov D.A., Budovsky E.A., Gromov V.E. Electro-explosive spraying of electroerosion-resistant coatings: the formation of the structure, phase composition and properties of electroerosion-resistant coatings by the method of electric explosive spraying. - Saarbrucken: LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2012 .-- 170 c.
3. Электровзрывное напыление износо- и электроэрозионно стойких покрытий / Д.А. Романов, Е.А. Будовских, В.Е. Громов, Ю.Ф. Иванов. - Новокузнецк: Изд-во ООО «Полиграфист», 2014. - 203 с.3. Electroexplosive spraying of wear- and electroerosion-resistant coatings / D.A. Romanov, E.A. Budovsky, V.E. Gromov, Yu.F. Ivanov. - Novokuznetsk: Publishing house LLC "Polygraphist", 2014. - 203 p.
4. Патент РФ №2583227 изобретение «Способ нанесения износостойких покрытий на основе диборида титана и алюминия на стальные поверхности» / Романов Д.А., Будовских Е.А., Гончарова Е.Н., Громов В.Е.; заявл. 15.12.2014; опубл. 10.05.2016, Бюл. №13. 7 с.4. RF patent No. 2583227 invention "A method for applying wear-resistant coatings based on titanium and aluminum diboride to steel surfaces" / Romanov D.A., Budovskikh E.A., Goncharova E.N., Gromov V.E .; declared 12/15/2014; publ. 05/10/2016, Bull. No. 13. 7 sec
5. Мэттьюз М., Ролингс Р. Композиционные материалы. Механика и технология. - М.: Техносфера, 2004. - 408 с.5. Matthews M., Rawlings R. Composite materials. Mechanics and technology. - M .: Technosphere, 2004 .-- 408 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124845A RU2659561C1 (en) | 2017-07-11 | 2017-07-11 | Method of applying the wear-proof coatings based on titanium diboride, titanium and aluminum on stamp steel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017124845A RU2659561C1 (en) | 2017-07-11 | 2017-07-11 | Method of applying the wear-proof coatings based on titanium diboride, titanium and aluminum on stamp steel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2659561C1 true RU2659561C1 (en) | 2018-07-02 |
Family
ID=62815791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017124845A RU2659561C1 (en) | 2017-07-11 | 2017-07-11 | Method of applying the wear-proof coatings based on titanium diboride, titanium and aluminum on stamp steel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2659561C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2791259C1 (en) * | 2021-12-14 | 2023-03-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | METHOD FOR GAS-THERMAL SPRAYING OF WEAR-RESISTANT COATINGS BASED ON Ti/TiB2 SYSTEM |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1801248A2 (en) * | 2005-12-22 | 2007-06-27 | Momentive Performance Materials Inc. | Wear resistant low friction coating composition, coated components, and method for coating thereof |
| RU2583228C1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Method for application of wear-resistant coatings based on titanium diboride and nickel on steel surface |
| RU2583237C2 (en) * | 2014-08-12 | 2016-05-10 | Андрей Яковлевич Коган | Domestic device for water disinfection |
| US20170030204A1 (en) * | 2010-05-28 | 2017-02-02 | Vladimir Gorokhovsky | Erosion And Corrosion Resistant Protective Coatings For Turbomachinery |
-
2017
- 2017-07-11 RU RU2017124845A patent/RU2659561C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1801248A2 (en) * | 2005-12-22 | 2007-06-27 | Momentive Performance Materials Inc. | Wear resistant low friction coating composition, coated components, and method for coating thereof |
| US20170030204A1 (en) * | 2010-05-28 | 2017-02-02 | Vladimir Gorokhovsky | Erosion And Corrosion Resistant Protective Coatings For Turbomachinery |
| RU2583237C2 (en) * | 2014-08-12 | 2016-05-10 | Андрей Яковлевич Коган | Domestic device for water disinfection |
| RU2583228C1 (en) * | 2014-12-15 | 2016-05-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный индустриальный университет" | Method for application of wear-resistant coatings based on titanium diboride and nickel on steel surface |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2791259C1 (en) * | 2021-12-14 | 2023-03-06 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт конструкционных материалов "Прометей" имени И.В. Горынина Национального исследовательского центра "Курчатовский институт" (НИЦ "Курчатовский институт" - ЦНИИ КМ "Прометей") | METHOD FOR GAS-THERMAL SPRAYING OF WEAR-RESISTANT COATINGS BASED ON Ti/TiB2 SYSTEM |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nouri et al. | Powder morphology in thermal spraying | |
| Yandouzi et al. | Aircraft skin restoration and evaluation | |
| Ernst et al. | Effect of substrate temperature on cold-gas-sprayed coatings on ceramic substrates | |
| EP1877598B1 (en) | Magnesium repair and build up | |
| Sharma et al. | Effect of surface preparation on the microstructure, adhesion, and tensile properties of cold-sprayed aluminum coatings on AA2024 substrates | |
| Kulmala et al. | Influence of process conditions in laser-assisted low-pressure cold spraying | |
| Mordyuk et al. | Enhanced resistance of Ti6Al4V alloy to high-temperature oxidation and corrosion by forming alumina composite coating | |
| RU2583227C1 (en) | Method for application of wear-resistant coatings based on titanium diboride and molybdenum on steel surface | |
| CN104593712B (en) | Composite metal alloy material | |
| Blochet et al. | Effect of the cold-sprayed aluminum coating-substrate interface morphology on bond strength for aircraft repair application | |
| Li et al. | Effect of ball milling of feedstock powder on microstructure and properties of TiN particle-reinforced Al alloy-based composites fabricated by cold spraying | |
| Romankov et al. | Fabrication of TiN coatings using mechanical milling techniques | |
| Thirumalaikumarasamy et al. | Corrosion performance of atmospheric plasma sprayed alumina coatings on AZ31B magnesium alloy under immersion environment | |
| RU2583228C1 (en) | Method for application of wear-resistant coatings based on titanium diboride and nickel on steel surface | |
| Wang et al. | Review on recent research and development of cold spray technologies | |
| RU2518037C1 (en) | METHOD OF ELECTROEXPLOSIVE SPUTTERING OF COMPOSITE WEAR-RESISTANT COATINGS OF SYSTEM TiC-Mo ON FRICTION SURFACE | |
| RU2653395C1 (en) | METHOD FOR APPLICATION OF WEAR-RESISTANT SHELL BASED ON TITANIUM CARBIDE, Cr3C2 AND ALUMINUM ON DIE STEEL | |
| RU2655408C1 (en) | Method for application of wear-resistant coatings based on titanium carbide, nickel and molybdenum on die steels | |
| RU2659561C1 (en) | Method of applying the wear-proof coatings based on titanium diboride, titanium and aluminum on stamp steel | |
| RU2547974C2 (en) | METHOD FOR ELECTROBLASTING SPUTTERING OF COMPOSITE WEAR-RESISTANT COATINGS OF TiB2-MO SYSTEM ON FRICTION SURFACE | |
| Kumar et al. | Microstructural and tribological properties of laser-treated cold-sprayed titanium/baghdadite deposits | |
| RU2661296C1 (en) | Method of applying the wear-proof coatings based on titanium carbide, titanium and aluminum on stamp steel | |
| RU2659554C1 (en) | Method of applying the wear-proof coatings based on titanium carbide, nickel and aluminum on stamp steel | |
| RU2659560C1 (en) | Method of application of wear-resistant coatings based on titanium and nickel carbide on stamps | |
| Gu et al. | Microstructures and properties of high Cr content coatings on inner surfaces of carbon steel tubular components prepared by a novel mechanical alloying method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200712 |