Завантажити повну версію статті (в PDF форматі)

О. М. Берднікова, Ю. М. Тюрін, О. В. Колісніченко, О. С. Кушнарьова, Є. В. Половецький, Є. П. Тітков, Л. Т. Єремеєва
«Нанорозмірні структури детонаційних металокерамічних покриттів системи Ni–Cr–Fe–B–Si»
0097–0109 (2022)

PACS numbers: 61.72.Lk, 61.72.Qq, 62.20.mt, 62.23.Pq, 81.05.Je, 81.15.Rs, 81.65.Lp

Композиційні металокерамічні покриття широко використовуються для підвищення надійности та довговічности виробів, експлуатаційні характеристики яких визначаються властивостями їхніх робочих поверхонь і уможливлюють використовувати їх для роботи в екстремальних умовах (високі температура та тиск, інтенсивний знос, знакозмінні навантаження тощо). Перспективним способом підвищення експлуатаційних властивостей і довговічности виробів є нанесення на їхні поверхні функціональних покриттів методою багатокамерного детонаційного напорошення, технологію й обладнання для якого розроблено в Інституті електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України. Характерною особливістю структури, що формується при високошвидкісних режимах детонаційного напорошення на різні матеріяли (криця, мідь, алюміній, титан) композиційних покриттів різних систем (Al₂O₃–Al/Ti, ZrSiO₄, WC–Co–Cr, Cr₃C₂–NiCr, Cr₃C₂–TaC–NiCr) є наявність фраґментованої субструктури та наночастинок зміцнювальних фаз. Утворення наноструктурного стану сприяє підвищенню міцности, в’язкости руйнування та тріщиностійкости таких покриттів. Поширеним напрямом застосування детонаційної методи одержання функціональних покриттів є напорошення стопів на основі системи Ni–Cr для підвищення стійкости проти зносу виробів, що працюють в умовах високих температур і хемічно активних середовищ. Метою роботи є встановлення закономірностей формування структурно-фазового складу та його впливу на міцність і тріщиностійкість детонаційних металокерамічних покриттів системи Ni–Cr–Fe–B–Si. Дослідження структурно-фазового стану покриттів проводили із застосуванням методичного підходу, що включає світлову, сканувальну та трансмісійну електронні мікроскопії, рентґеноструктурну фазову аналізу. Вихідний порошок складається з твердого розчину на основі ніклю та хрому, що містить боридні, силіцидні та карбідні фази в чистому вигляді, а також інтерметаліди та карбобориди в невеликих кількостях. Значних відмінностей фазового складу між покриттями, напорошеними на різних режимах, не виявлено. Виявлено наявність фаз твердого розчину на основі Ni–Cr, боридів ніклю та хрому, в невеликій кількості силіциду ніклю та карбіду хрому. Встановлено, що збільшення тепловкладення та фракції порошку забезпечує формування найбільшого за товщиною покриття з максимальною часткою лямелей із збільшенням мікротвердости та з мінімальною пористістю, формування дисперсної за розмірами субструктури із рівномірним розподілом наночастинок фаз і безґрадієнтним рівнем густини дислокацій. З’ясовано взаємозв’язок структури з властивостями міцности, рівнем локальних внутрішніх напружень і локалізованої деформації, що формуються у покриттях. Встановлено, що високий рівень міцности та тріщиностійкість покриттів забезпечуються за рахунок дрібнозернистої зеренної та субзеренної структур за рівномірного розподілу зміцнювальних фаз і дислокаційної густини. Показано, що високі швидкості детонаційного напорошення зумовлюють утворення наноструктурного стану у покриттях, що підвищує їхню міцність і тріщиностійкість. Формування субструктури та наночастинок фаз з рівномірним розподілом їх у матриці покриттів сприяє підвищенню субструктурного та дисперсійного зміцнення. Безґрадієнтний розподіл густини дислокацій із формуванням подрібненої структури запобігає утворенню концентраторів локальних внутрішніх напружень і зон локалізації деформації в одержаних покриттях.

Keywords: металокерамічні покриття, детонаційне напорошення, мікроструктура, наночастинки фаз, густина дислокацій, міцність, тріщиностійкість.