Electrometallurgy Today, 2013, №02



2013 №02 (05)

2013 №02 (07)

---

Современная электрометаллургия,
 

СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В КОМПОЗИЦИОННЫХ ЧАСТИЦАХ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ПЛАЗМЕННОМ НАПЫЛЕНИИ

А. Ю. Туник

Институт электросварки им. Е.О. Патона НАН Украины
03680, г. Киев-150, ул. Боженко, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Реферат
Представлены результаты исследования композиционных порошков, полученных способом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, содержащих металлический компонент (Ni, NiAl, NiCrBSi) и включения тугоплавких соединений (карбидов титана, хрома, силицида титана, а также оксида алюминия). В состав порошков на основе TiSi₂—Al₂O₃ вводили никель (для повышения пластичности покрытия); NiAl (для повышения жаростойкости); NiCrBSi и TiC (для повышения стойкости против изнашивания при значении температуры 600 °С); Cr₃C₂(для повышения стойкости против износа при значениях температуры до 800… 900 °С). Для исследования процессов, происходящих в композиционных частицах, в период их нагрева и движения в высокотемпературном газовом потоке применен способ жидкостной закалки порошка из газовой фазы. Зафиксированы химический и фазовый состав частиц материала, близкий к имеющемуся в плазменной струе. Установлено, что в результате прохождения частиц через высокотемпературный плазменный поток происходит изменение их формы и фазового состава. Во всех исследуемых порошках под воздействием высоких температур происходит аллотропическое превращение &alfa;-Al₂O₃в γ-Al₂O₃, приводящее к дополнительному увеличению количества γ-фазы. В порошках, содержащих TiSi₂—Al₂O₃и более легкоплавкие составляющие (Ni, NiAl или NiCrBSi), компоненты исходных композиций разделяются на две группы: первая – TiSi₂—Al₂O₃ с локальным плавлением TiSi₂; вторая – c никельсодержащими компонентами, достигающими полного расплавления и сфероидизации. Дисилицид титана в результате окисления с образованием SiО₂ и частичной потерей кремния превращается в нижние силициды TiSi и Ti₅Si₃. В композициях, содержащих NiCr или сплав NiCrBSi, в процессе окисления образуется NiCr₂О₄. При окислении карбида хрома Cr₃C₂ в результате выгорания углерода в порошке увеличивается количество низших карбидов хрома Cr₇C₃ и Cr₂₃C₆. Процессы межфазного взаимодействия между компонентами порошка способствуют образованию новых фаз и их последующему окислению с образованием Ti₂Cr₂О₇, Ni₃Ti₂Si и Ni₁₆Ti₆Si₇. Библиогр. 16, табл. 2, ил. 5.
 
Given are the results of investigation of composite powders produced by the method of self-propagating high-temperature synthesis (SHS), containing a metallic component (Ni, NiAl, NiCrBSi) and inclusions of refractory compounds (carbides of titanium, chromium, silicide of titanium, and also aluminium oxide). The composition of powders on TiSi₂—Al₂O₃ base was added by: nickel (to increase the coating ductility); NiAl (to increase heat resistance), NiCrBSi and TiC (to increase the resistance against wear at temperature values up to 600 °C), Cr₃C₂ (to increase resistance against wear at temperature values of up to 800...900 °C).To investigate the processes, proceeding in composite particles during the period of their heating and motion in high-temperature gas flow, the method of liquid hardening of powder from gas phase was applied. Chemical and phase composition of material particles was fixed, close to that available in plasma jet. It was found that as a result of particles passing through a high-temperature plasma flow the change in their shape and phase composition is occurred. In all the investigated powders the allotropic transformation of &alfa;-Al₂O₃ into γ-Al₂O₃ is occurred under the effect of high temperature, leading to additional increase in amount of γ-phase. In powders containing TiSi₂—Al₂O₃ and more fusible components (Ni, NiAl or NiCrBSi), components of initial compositions are divided into two groups: first – TiSi₂—Al₂O₃ with local melting of TiSi₂, second – with nickel-containing elements, reaching the complete melting and spheroidization. Titanium disilicide of titanium is transformed as a result of oxidation with formation of SiO₂ and partial loss of silicon into lower silicides TiSi and Ti₅Si₃. In compositions, containing NiCr of alloy NiCrBSi, NiCr₂O₄ is formed in the process of oxidation. During oxidation of chromium carbide Cr₃C₂ the amount of lower carbides of chromium Cr₇C₃ and Cr₂₃C₆ is increased as a result of carbon burn-out. The processes of interphase interaction between the powder components promote the formation of new phases and their subsequent oxidation with formation of Ti₂Cr₂O₇, Ni₃Ti₂Si and Ni₁₆Ti₆Si₇. Ref. 16, Tables 2, Figs. 5.
 
Ключевые слова: композиционные порошки; самораспространяющийся высокотемпературный синтез; плазменная струя; закалка; морфология; структура; фазовый состав; аллотропическое превращение
 
Key words: composite powders; self-propagating high-temperature synthesis; plasma jet; hardening, morphology; structure; phase composition; allotropic transformation
 
Поступила 25.02.2013
Опубликовано 23.05.2013
 
1. Смирнов И.И., Бендерская Л.А. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез. – Красноярск, 1990. – 80 с.
2. Боровинская И.П. Химические основы технологии СВС-продуктов // Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: Сб. тр. – Томск, 1991. – С. 33—55.
3. Мержанов А.Г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез: двадцать лет поисков и находок. – Черноголовка: ОИХФ АН СССР, 1989. – 93 с.
4. Итин И.И., Найбороденко Ю.С. Высокотемпературный синтез интерметаллических соединений. – Томск, 1989. – 214 с.
5. Шаривкер С.Ю., Мержанов А.Г. СВС-порошки и их технологическая переработка. – Черноголовка: ОИХФ АН СССР, 2000. – 123 с.
6. Веприк Б.А., Курылев М.В., Коренков В.А. Структура покрытий из СВС композита – Cr—Al²O³ // Сверхтвердые и композиционные материалы и покрытия, их применение. – 1991. – № 1. – С. 57—59.
7. Евстигнеев В.В., Вольпе Б.М., Милюкова И.В. Интегральные технологии распространяющегося высокотемпературного синтеза. – М.: Высш. шк., 1996. – 284 с.
8. Юхвид В.И. СВС-металлургия: литье и наплавка // Технология. Сер. Оборудование, материалы, процессы. – М.: Металлургия, 1988. – С. 57—64.
9. Borisov Yu., Borisova A., Shvedova L. Transition Metal –Nonmetallic Refractory Compound Composite Powders for Thermal Spraying // Proc. of ITSC—86 (Montreal, Canada, Sept. 8—12, 1986). – Montreal, 1986. – P. 323—330.
10. Self propagating high temperature synthesis (SHS) of thermal spray powders / R. W. Smith, M. Mohanty, E. Shtessel, A. Verstak // Proc. of ITSC—95 (Kobe, Japan, May 22—26, 1995). – Kobe, 1995. – P. 1121—1126.
11. Борисов Ю.С., Борисова А.Л. Плазменные порошкове покрытия. – Киев: Техника, 1986. – 221 с.
12. Titanium carbide in wear resistant coatings / P. Vitiaz,A. Verstak, T. Azarova et. al. // Proc. of NTSC—96 (Cincinnatti, USA, Oct. 7—11, 1996). – Cincinnatti, 1996. – P. 169—176.
13. Газотермическое напыление композиционных порошков / А.Я. Кулик, Ю.С. Борисов, А.С. Мунухин, М.Д. Никитин. – Л.: Машиностроение, 1985. – 197 с.
14. Нагрів та плавлення частинок порошку в плазмовому струмені / А.Ю. Андрейцев, І.В. Смирнов, А.В. Чорний та ін. // Математичне та комп’ютерне моделювання. Сер. Технічні науки, 2011. – Вип. 5. – С. 3—10.
15. Энциклопедия неорганических материалов. – В 2 т. – Киев: Укр. сов. энциклопедия, 1977. – 813 с.
16. Федорченко И.М., Пугина М.И. Композиционные спеченные антифрикционные материалы. – Киев: Наук. думка, 1980. – 404 с.