ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ ИЗ СМЕСЕЙ ПОРОШКОВ КАРБИДА ХРОМА С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ СВЯЗКОЙ ВЗРЫВНЫМ ПРЕССОВАНИЕМ

Представлены экспериментальные данные по взрывному компактированию смесей порошков карбида хрома (Cr3C2) с металлами (Ti, Ni, Cu), даны их теоретические объяснения и на этой основе сформированы научно-обоснованные принципы подбора состава и разработки технологии получения взрывом износостойких антифрикционных карбидохромовых твердых сплавов и покрытий. Прессование порошковых смесей взрывом осуществляли по схеме с использованием плоской, нормально падающей детонационной волны в широком диапазоне параметров нагружения (температуру разогрева порошка в ударных волнах изменяли в опытах от 200 до 1000 °С, а максимальное давление ударно-волнового сжатия – от 4 до 16 ГПа). Для анализа фазовых превращений проводили численное термодинамическое моделирование равновесия фаз с применением программного комплекса «Thermo-Calc». Микроструктуру, химический и фазовый составы исследовали с помощью оптического («Axiovert 40МАТ», Carl Zeiss, Германия), растровых («Versa 3D» и «Quanta 3D FEG» – компания FEI, США), просвечивающих (BS 540 (Tesla, Чехия), «Titan 80-300» и «Tecnai G2 20F» (FEI, США)) электронных микроскопов и атомно-силового микроскопа «Solver Pro» (ООО «НТ-МДТ», г. Зеленоград). Температурную устойчивость и стойкость к окислению при повышенных температурах полученных взрывом материалов изучали посредством термогравиметрического анализа на приборе «STA 449 F3 Jupiter» (NETZSCH, Германия) в среде синтетического воздуха при нагреве до1500 °C. Триботехнические испытания проводили на машине трения МИ-1M (МЭЗИМиВ, г. Москва) по схеме «штифт–кольцо» с врезанием в среде дистиллированной воды. Описаны механизмы уплотнения и формирования прочных границ между частицами порошковых материалов при взрывном прессовании. Показано, что твердые сплавы карбида хрома с титановой связкой, полученные взрывом, сохраняют неизменным свой фазовый состав и не окисляются до температуры 600 °С, а также имеют значительно лучшие антифрикционные свойства и износостойкость, чем применяющиеся до настоящего времени в парах трения, смазываемых водой, материалы СГП-0,5 и КХН-20.

1. Zum Gahr K.H. Microstructure and wear of materials. Vol. 10. Amsterdam: Elsevier, 1987.

2. Wang D.-Y., Weng K.-W., Chang C.-L., Ho W.-Y. Synthesis of Cr3C2 coatings for tribological applications // Surf. Coat. Technol. 1999. No. 120—121. P. 622—628.

3. Li J.-F., Huang J.-Q., Zhang Y.-F., Ding C.-X. Tribological properties of plasma-sprayed coatings under waterlubricated sliding // J. Inorg. Mater. 1998. No. 13. P. 519—520.

4. Krokhalev A.V., Kharlamov V.O., Lysak V.I., Kuz’min S.V. Friction and wear on hard alloy coatings of the Cr3C2—Ti system over silicified graphite in water // J. Mater. Sci. 2017. Vol. 52. Iss. 17. P. 10261—10272.

5. Groover M.P. Fundamentals of modern manufacturing: Materials, processes and systems. 4th ed. Danvers: John Wiley & Sons, Inc., 2010.

6. Альтшулер Л.В., Трунин Р.Ф., Урлин В.Д., Фортов В.Е., Фунтиков А.И. Развитие в России динамических методов исследований высоких давлений // Успехи физ. наук. 1999. Т. 169. No. 3. C. 323—344.

7. Рогозин В.Д. Взрывная обработка порошковых материалов. Волгоград: ВолгГТУ, 2002.

8. Pruemmer R.A., Balakrishna Blat T., Siva Kumar K., Hokamoto K. Explosive compaction of powders and composites. Science Publishers, 2006.

9. Лысак В.И., Крохалев А.В., Кузьмин С.В., Рогозин В.Д., Каунов А.М. Прессование порошков взрывом. М.: Машиностроение, 2015.

10. Meyers M. Shock waves: equations of state, in dynamic behavior of materials. N.Y.: John Wiley and Sons, Inc., 1994.

11. Lee S.H., Hokamoto K. WC/Co coating on a mild steel substrate through underwater shock compaction using a self combustible material layer // Mater. Trans. 2007. Vol. 48. No. 1. P. 80—83.

12. Яковлев И.В., Оголихин В.М., Шемелин С.Д. Взрывное изготовление металлокерамических защитных контейнеров // Вестн. Перм. нац. иссл. политехн. ун-та. Машиностроение, материаловедение. 2012. T. 14. C. 55—60.

13. Buzyurkin A.E., Kraus E.I., Lukyanov Ya.L. Explosive compaction of WC + Co mixture by axisymmetric scheme // J. Phys.: Conf. Ser. 2015. Vol. 653. No. 1. P. 012036.

14. Бондарь М.П., Нестеренко В.Ф. Деформации на контактах и критерии образования соединения при импульсных воздействиях // Физика горения и взрыва. 1991. Т. 27. No. 3. C. 103—117.

15. Staver А.М. Metallurgical effects under shock compression of powder materials // Shock waves and high-strain-rate phenomena in metals. Concepts and applications / Eds. M.A. Meyers, L.E. Murr. N.Y.; London: Plenum Press, 1981. Р. 865—880.

16. Бондарь М.П. Компактирование взрывом: тип микроструктуры контактных границ, созданный при образовании прочной связи // Физика горения и взрыва. 2004. Т. 40. No. 4. С. 131—140.

17. Бондарь М.П., Ободовский Е.С., Псахье С.Г. Изучение особенностей микроструктуры зоны контактного взаимодействия частиц порошков при динамическом прессовании // Физ. мезомеханика. 2004. Т. 7. No. 3. С. 17—23.

18. Лысак В.И., Кузьмин С.В. Сварка взрывом. М.: Машиностроение, 2005.

19. Каракозов Э.С. Соединение металлов в твердой фазе. М.: Металлургия, 1976.

20. Красулин Ю.Л., Назаров Г.3. Микросварка давлением. М.: Металлургия, 1976.

21. Крохалев А.В., Авдеюк О.А., Приходьков К.В., Савкин А.Н., Кузьмин С.В., Лысак В.И. Технология взрывного плакирования заготовок твердыми сплавами // Вестн. машиностроения. 2013. No. 11. C. 45—48.

22. Kaunov A.M., Bukin V.M. Explosive application of coatings // Sov. Powder Metall. Met. Ceram. 1984. Vol. 23. No. 1. P. 42—45.