Печать

2017 №09 (03) DOI of Article
10.15407/as2017.09.04 		2017 №09 (05)

Автоматическая сварка 2017 №09


Журнал «Автоматическая сварка» , № 9, с. 23-32

Особенности структуры плазменно-дуговых покрытий, полученных при использовании порошковых проволок со стальной оболочкой и наполнителем из В4С и нанопорошка ZrO2

Г. М. Григоренко, Л. И. Адеева, А. Ю. Туник, В. Н. Коржик, Л. М. Капитанчук


ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
Исследованы особенности структуры покрытий, полученных высокоскоростным плазменно-дуговым напылением из проволоки со стальной оболочкой и порошковым наполнением B4C с добавкой наноразмерного порошка ZrO2. На стальной подложке из низкоуглеродистой стали были получены покрытия с низкой пористостью (около 1 %), ламелярной структурой и высокой твердостью. Проанализированы процессы взаимодействия, происходящие при плазменно-дуговом напылении между оболочкой, которая составляет 90 мас. % проволоки, и наполнителем. Ферритная матрица покрытия легирована бором и углеродом, содержит аморфную фазу. Она упрочнена дисперсными карбидными, борокарбидными и оксидными частицами. Добавка 0,5 % нанопорошка ZrO2 способствует измельчению структуры покрытий с образованием дисперсных борокарбидов Fe3(B,С), Fe(B,С)2, оксидов железа FeO, и бора B3O5. Микротвердость покрытий достигает 6,86 ГПа, что в 4 раза больше микротвердости ферритной оболочки. Покрытия данного класса могут применяться как износостойкие для защиты от газоабразивного износа оборудования в химическом машиностроении, при производстве деталей насосов, компрессоров и других изделий, а также восстановления изношенных деталей. Библиогр. 22, табл. 7, рис. 7.
Ключевые слова: плазменно-дуговое напыление, порошковая проволока, карбидный наполнитель, нанопорошок, фазовые превращения, ламелярная структура, дисперсное упрочнение покрытий, борокарбид железа, микротвердость
Поступила в редакцию 07.04.2017
Список литературы
  1. Хромов В. Н., Верцов В. Г., Коровин А. Я. и др. (2001) От дозвукового к сверхзвуковому напылению покрытий при восстановлении и упрочнении деталей машин (Обзор). Сварочное производство, 2, 39–47.
  2. Харламов Ю. А. (2000) Газотермическое напыление покрытий и экологичность производства, эксплуатации и ремонта машин. Тяжелое машиностроение, 2, 10–13.
  3. Вилаге Б., Руппрехт К., Похмурская А. (2011) Особенности газотермического напыления покрытий порошковыми проволоками (Обзор). Автоматическая сварка, 10, 26–30.
  4. Харламов М. Ю., Кривцун И. В., Коржик В. Н. и др. (2007) Математическая модель дуговой плазмы, генерируемой плазмотроном с проволокой-анодом. Там же, 12, 15–20.
  5. Харламов М. Ю., Кривцун И. В., Коржик В. Н., Петров С. В. (2011) Нагрев и плавление проволоки-анода при плазменно-дуговом напылении. Там же, 5, 5–11.
  6. Wielage B., Rupperechf C., Bruhl M. et al. (2008) Thermisches Spritzen – Potentiale, Entwicklungen, Maerkte. Thermal Spray Bulletin, 1, DVS Verlag, 30–
  7. Петров С. В., Карп И. Н. (1993) Плазменное газовоздушное напыление. Киев, Наукова думка.
  8. Кудинов В. В., Бобров Г. В. (1992) Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование. Москва, Металлургия.
  9. Харламов М. Ю., Кривцун И. В., Коржик В. Н., Петров С. В. (2011) Формирование пленки жидкого металла на торце проволочного анода при плазменно-дуговом напылении. Автоматическая сварка, 12, 3–8.
  10. Борисов Ю. С., Козьяков И. А., Коржик В. Н. (1996) Структура и свойства газотермических покрытий, полученных с использованием порошковых проволок системы Fe–Cr–B, Fe–Cr–B–C. Там же, 5, 21–24.
  11. Похмурский В. И., Студент М. М., Гвоздецкий В. М., Похмурская А. В. (2011) Порошковые проволоки серии ФМИ для электродугового напыления покрытий (Обзор). Там же, 9, 52–57.
  12. Коротаев А. Д., Мошков В. Ю., Овчинников С. В. и др. (2005) Наноструктурные и нанокомпозитные сверхтвердые покрытия. Физическая мезомеханика, 8, 5, 103–116.
  13. Витязь П. А., Илющенко А. Ф., Хейфец М. Л. (2011) Технологии конструкционных наноструктурных материалов и покрытий. Витязь П. А., Солнцев К. А. (ред.), Минск, Беларус. навука.
  14. Макаренко Г. Н., Маррей Э. В. (1975) Твердые материалы на основе карбида бора. Высокотемпературные карбиды. Киев, Наукова думка, 133–136.
  15. Панасюк А. Д., Фоменко В. С., Глебова Г. Г. (1986) Стойкость неметаллических материалов в расплавах. Справочник. Киев, Наукова думка.
  16. Серебрякова В. И., Неронов В. А., Пешев П. Д. (1991) Высокотемпературные бориды. Москва, Металлургия.
  17. Григоренко Г. М., Борисова А. Л., Борисов Ю. С. и др. (2003) Исследование межфазного взаимодействия ферротитана с карбидом бора в порошковых смесях для нанесения газотермических покрытий. Современная электрометаллургия, 1, 28–31.
  18. Ткаченко В. Ф., Коган Ю. И. (1978) Особенности структуры и механических свойств спеченных материалов Fe–В4 Порошковая металлургия, 5, 69–71.
  19. Невар Н. Ф., Фасевич Ю. Н., Сеньков В. М., Павлович Г. В. (2005) Борсодержащий сплав, его свойства и промышленное применение. Ч. 2. Литье и металлургия, 2-2, 174–178.
  20. Коржик В. Н., Короб М. Ф. (2012) Механизированная линия PLAZER 30PL-W для плазменно-дугового прово лочного напыления покрытий. Сварщик, 4(86), 13–16.
  21. Григоренко Г. М., Коржик В. Н., Адеева Л. И., Туник А. Ю. (2016) Особенности металлургических процессов при плазменно-дуговом напылении покрытий, полученных из порошковой проволоки со стальной оболочкой и наполнителями В4С и B4C+ZrO2. Вісник приазовського державного технічного університету. Сер. Технічні науки, 32, 125–138.
  22. Chien C. L., Musser D., Gyorgy E. M. et al. (1979) Magnetic Properties of Amorphous FexB100-x(72 ? x ? 86) and Crystalline Fe3B. Phys. Rev. (Condens. Matter), 20(1), 283–295.

Читати реферат українською

Г. М. Григоренко, Л. І. Адєєва, А. Ю. Тунік, В. М. Коржик, Л. М. Капітанчук
ІЕЗ ім. Є. О. Патона НАН України. 03680, м. Київ-150, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Особливості структури плазмово-дугових покриттів, отриманих при використанні порошкових дротів зі сталевою оболонкою і наповнювачем із В4С та нанопорошків ZrO2
 
Досліджено особливості структури покриттів, отриманих високошвидкісним плазмово-дуговим напиленням з дроту зі сталевою оболонкою та порошковим наповненням B4C з добавкою нанорозмірного порошку ZrO2. На сталевій підкладці із низьковуглецевої сталі були отримані покриття з низькою пористістю (близько 1 %), ламелярною структурою та високою твердістю. Проаналізовано процеси взаємодії, що відбуваються при плазмово-дуговому напиленні між оболонкою, яка становить 90 мас. % дроту, і наповнювачем. Феритна матриця покриття легована бором і вуглецем, містить аморфну фазу. Вона зміцнена дисперсними карбідними, борокарбідними та оксидними частинками. Добавка 0,5 % нанопорошку ZrO2 сприяє подрібненню структури покриттів з утворенням дисперсних борокарбідів Fe3 (B, С), Fe (B, С)2, оксидів заліза FeO, і бору B3O5. Мікротвердість покриттів досягає 6,86 ГПа, що в 4 рази більше мікротвердості феритної оболонки. Покриття даного класу можуть застосовуватися як зносостійкі для захисту від газоабразивного зношування обладнання в хімічному машинобудуванні, при виробництві деталей насосів, компресорів та інших виробів, а також відновлення зношених деталей. Бібліогр. 22, табл. 7, рис. 7.
 
Ключові слова: плазмово-дугове напилення, порошковий дріт, карбідний наповнювач, нанопорошок, фазові перетворення, ламелярна структура, дисперсне зміцнення покриттів, борокарбід заліза, мікротвердість

Read abstract and references in English

G.M. Grigorenko, L.I. Adeeva, A.Yu. Tunik, V.I. Korzhik, L.M. Kapitanchuk
E.O.Paton Electric Welding Institute of NAS of Ukraine. 11 Kazimir Malevich Str., 03680, Kiev, Ukraine. E-mail: office@paton.kiev.ua
 
Features of the structure of plasma-arc coatings produced at application of flux-cored wires with a steel sheath and filler from B4C and ZrO2 nanopowder
 
Features of the structure of coatings made by high-speed plasma-arc spraying of wire with a steel sheath and B4C powder filler with addition of nanosized ZrO2 powder were studied. Coatings with low porosity (about 1%), lamellar structure and high hardness were produced on a low-carbon steel substrate. Processes of interaction, running in plasma-arc spraying between the sheath, making up 90 wt.% of the wire, and the filler, were analyzed. Ferrite matrix of the coating is alloyed with boron and carbon, and contains an amorphous phase. It is strengthened by dispersed carbide, borocarbide and oxide particles. Addition of 0.5% of ZrO2 nanopowder promotes refinement of the coating structure with formation of dispersed borocarbides Fe3(B,C), Fe(B,C)2, and oxides of iron FeO and boron B3O5. Coating microhardness reaches 6.86 GPa that is 4 times greater than that of the ferrite sheath. Coatings of this class can be applied as wear-resistant ones for protection of equipment from gas-abrasive wear in chemical engineering, in manufacturing parts of pumps, compressors and other items, as well as reconditioning worn parts. 22 Ref., 7 Tabl., 7 Fig.
 
Keywords: plasma-arc spaying, flux-cored wire, carbide filler, nanopowders, phase transformation, lamellar structure, dispersed strengthening of coatings, iron borocarbide, microhardness.
References
  1. Khromov V.N., Vertsov V.G., Korovin A.Ya. et al. (2001) From subsonic to supersonic spraying of coatings in restoration and strengthening of machine parts (Review). Svarochn. Proizvodstvo, 2, 39-47 [in Russian].
  2. Kharlamov Yu.A. (2000) Thermal spraying of coatings and ecological compatibility of production, service and repair of machines. Tyazholoe Mashinostroenie, 2, 10-13 [in Russian].
  3. Wielage B., Rupprecht C., Pokhmurska H. (2011) Peculiarities of thermal spraying of coatings using flux-cored wire (Review). The Paton Welding J., 10, 21-25.
  4. Kharlamov M.Yu., Krivtsun I.V., Korzhik V.N. et al. (2007) Mathematical model of arc plasma generated by plasmatron with anode wire. Ibid., 12, 9-14.
  5. Kharlamov M.Yu., Krivtsun I.V., Korzhik V.N. et al. (2011) Heating and melting of anode wire in plasma arc spraying. Ibid., 5, 2-7.
  6. Wielage B., Rupprecht C., Bruhl M. et al. (2008) Thermisches Spritzen – Potentiale, Entwicklungen, Maerkte. Thermal Spray Bulletin, 1, DVS-Verlag, 30-36.
  7. Petrov S.V., Karp I.N. (1993) Plasma air-gas spraying. Kiev, Naukova Dumka [in Russian].
  8. Kudinov V.V., Bobrov, G.V. (1992) Spraying deposition of coatings. Theory, technology and equipment. Moscow, Metallurgiya [in Russian].
  9. Kharlamov M.Yu., Krivtsun I.V., Korzhik V.N. et al. (2011) Formation of liquid metal film at the tip of wire-anode in plasma-arc spraying. The Paton Welding J., 12, 2-6.
  10. Borisov Yu.S., Koziakov I.A., Korzhik V.N. (1996) Structure and properties of thermal coatings produced using flux-cored wires of Fe-Cr-B, Fe-Cr-B-C system. Svarka, 5, 21-24.
  11. Pokhmursky V.I., Student M.M., Gvozdetsky V.M. et al. (2011) Flux-cored wires of FMI series for coating deposition by electric arc spraying (Review). Ibid., 9, 44-48.
  12. Korotaev A.D., Borisov D.P., Moshkov V.Yu. et al. (2005) Nanostructured and nanocomposite superhard coatings. Mesomech., 8(5-6), 93-104 [in Russian].
  13. Vityaz P.A., Ilyushchenko A.F., Khejfets M.L. (2011) Technologies of structural nanostructured materials and coatings. Vityaz P.A., Solntsev K.A. (ed), Minsk, Belarus. Navuka [in Russian].
  14. Makarenko G.N., Marrej E.V. (1975) Hard materials based on boron carbide. High-temperature carbides. Kiev, Naukova Dumka, 133-136 [in Russian].
  15. Panasyuk A.D., Fomenko V.S., Glebova G.G. (1986) Resistance of nonmetallic materials in melts. In: Refer. book. Kiev, Naukova Dumka [in Russian].
  16. Serebryakova V.I., Neronov V.A., Peshev P.D. (1991) High-temperature borides. Moscow, Metallurgiya [in Russian].
  17. Grigorenko G.M., Borisova A.L., Borisov Yu.S. et al. (2003) Investigation of interphase interaction of ferrotitanium with boron carbide in powder mixtures for thermal coating deposition. Elektrometall., 1, 28-31.
  18. Tkachenko V.F., Kogan Yu.I. (1978) Peculiarities of structure and mechanical properties of sintered materials Fe-B4 Poroshk. Metallurgiya, 5, 69-71 [in Russian].
  19. Nevar N.F., Fasevich Yu.N., Senkov V.M., Pavlovich G.V. (2005) Boron-containing alloy, its characteristics and industrial application. Litiyo i Metallurgiya, 2-2, 174-178 [in Russian].
  20. Korzhik V.N., Korob M.F. (2012) Mechanized line PLAZER 30PL-W for plasma-arc wire spraying of coatings. Svarshchik, 4(86), 13-16 [in Russian].
  21. Grigorenko G.M., Korzhik V.N., Adeeva L.I. et al. (2016) Specifics of metallurgical processes in plasma-arc spraying of coatings produced from flux-cored wire with steel sheath and fillers B4C and B4C + ZrO2. Visnyk PDTU. Ser. Tekhnichni nauky, 32, 125-138 [in Russian].
  22. Chien C.L., Musser D., Gyorgy E.M. et al. (1979) Magnetic properties of amorphous FexB100-x(72?x?86) and crystalline Fe3 Phys. Rev. (Condens. Matter), 20(1), 283-295.