Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 121 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФЦП и структура; нет информации о том, насколько раз- личаются по фазовому составу покрытие и исходное вещество; не определено, существует ли адгезия между сформировавшимся покрытием и деталью. В настоящей работе была поставлена задача по- лучить с помощью шаровой мельницы на поверх- ности стальных образцов металлокерамическое по- крытие, исследовать его фазовый состав, структуру и адгезию между покрытием и стальной основой. Материалы и методы и исследования В работе использовался ГМТ, полученный путем механического помола серпентина с последующей магнитной сепарацией и отсевом фракции с разме- ром частиц меньше 5...10 мкм. Серпентины относят- ся к группе триоктаэдрических слоистых гидроси- ликатов, описываемых формулой Mg 3 [Si 2 O 5 ][OH] 4 . Кристаллическая структура серпентина двухслойна и образована триоктаэдрическими сетками катио- нов [Mg(OH) 2 ] и тетраэдрическими сетками анио- нов [Si 2 O 5 ], сочлененных через общие вершины. На контакте каждого слоистого пакета со следующим с одной стороны располагается гидроксильная группа, а с другой ионы кислорода следующего тетраэдри- ческого слоя. Каждый пакет имеет нулевой суммар- ный заряд, он скреплен с соседними пакетами слабо, лишь остаточными ван-дер-ваальсовыми связями, что определяет его механические свойства – низкую твердость, но высокое сопротивление на разрыв [2]. Порошок серпентина был вручную смешан с по- рошком технически чистого железа ПЖВ3 (размер частиц 40...50 мкм) в соотношении 50 об. % серпен- тина и 50 об. % железа. Зерновой состав порошков и их морфология определялись с помощью стереоско- пического микроскопа МБС-10. Для получения покрытия был выбран технически простой способ – создание металлокерамического покрытия на поверхности шариков при смешивании исследуемых порошков со стальными шариками в шаровой мельнице, размещенной в смесителе «пья- ная бочка». Для смешивания использовался стакан из нейлона емкостью 0.25 л и шарики из стали ШХ15 диаметром 2, 3 и 5 мм. Время смешивания составля- ло 336 ч, скорость вращения стакана – 50 об/мин. Для оценки влияния состояния поверхности шариков на формирование металлокерамического покрытия в эксперименте использовали шарики с обычной поли- рованной поверхностью и с поверхностью, активи- рованной струйно-абразивной обработкой (САО). Металлографический анализ покрытий прово- дили на поперечных шлифах с использованием ми- кроскопа Carl Zeiss Axio Observer. Фазовый анализ порошков и покрытий (РФА) проводился на рентге- новском дифрактометре ARL X’TRA. Принцип рабо- ты прибора с перемещающейся рентгеновской труб- кой и неподвижным столиком позволил провести съемку без предварительной подготовки порошков. Результаты исследования и их обсуждение Насыпка смеси порошка серпентина и железа по- казана на рис. 1, а . Основной объем порошка пред- ставляет равномерно распределенную смесь частиц серпентина и железа, в которой расположены круп- ные агломераты слипшихся частиц серпентина, не смешавшиеся с порошком железа. Рентгенофазовый анализ показал, что используе- мый порошок серпентина не загрязнен примесью со- путствующих минералов и представлен рядом син- гоний, описываемых формулами Mg 3 [Si 2 O 5 ][OH] 4 , Mg 6 [Si 4 O 10 ][OH] 8 , Mg 3 [OH] 2 Si 4 O 10 . Железный поро- шок состоит из α-Fe. Смесь порошков имеет фазовый состав, соответствующий совокупности фаз, входя- щих в ее состав составляющих: серпентина и железа. Оптическое изображение смеси показывает, что она состоит из частиц серпентина двух типов (круп- ных частиц размером от 20 до 50 мкм и мелких частиц микронного размера, представляющих собой облом- ки тончайших спиралевидных волокон серпентина толщиной до 0,1 мкм) и частиц железа неправильной формы, близкой к овальной. В смеси частицы железа и серпентина не связаны между собой (рис. 2, а ). После 336-часового смешивания в шаровой мель- нице из исходной смеси образуется механическая смесь порошка железа и серпентина иной морфоло- гии (рис. 1, б ). Образуются окатыши размером от 50 до 150 мкм. Мелкие частицы серпентина наблюда- ются как отдельные элементы смеси. Частицы желе- за находятся внутри окатышей и не видны за слоем светлых частиц серпентина (рис. 2, б ). По результатам РФА определено, что в процес- се механического перемешивания в шаровой мель- Рис. 1 . Фотография смеси порошка железа и серпентина в исходном состоянии ( а ), после 336 ч смешивания в шаровой мельнице ( б ) и шариков с покрытием ( в )