Obrabotka Metallov 2010 No. 3

ªž°£®¦ž©¬ £¢£«¦£ — бидов матричным материалом, происходит раство- рение мелких частиц и рост крупных. Требование смачивания является основополагающим при про- изводстве таких композиционных материалов, как твердые сплавы. Следовательно, при формировании твердосплавных покрытий необходимо обеспечить одновременно несколько условий: – смачивание частиц карбида вольфрама матрич- ным материалом; – взаимодействие материала покрытия с основным металлом с целью формирования переходной зоны; – сохранение наноразмерных частиц карбида вольфрама, содержащихся в оплавляемой порошко- вой смеси. Эти условия находятся в противоречии и не могут быть обеспечены в рамках стационарных равновесных процессов. При равновесном процессе одновременно происходящего растворения частиц (условие, необходи- мое для обеспечения смачивания) и роста частиц за счет кристаллизации на их поверхности материала из рас- плава существует критический размер частиц, который определяет, какой из процессов будет доминировать. Критический размер частиц определяется свойствами частиц и металлического расплава, а также характером изменения уровня свободной энергии [6], который мо- жет быть оценен следующей зависимостью: Δ G = Δ G V + Δ G S , где Δ G V – изменение объёмной энергии, Δ G V = –4/3 π r 3 . ( Δ T П / T S )L ; Δ G S – изменение поверхностной энергии,Δ G S = 4π r 2 σ; Δ T П – температура переохлаждения, Δ T П = T S – T 1 ; T S – равновесная температура; T 1 – реальная темпе- ратура кристаллизации; r – радиус частицы, выпол- няющей роль центра кристаллизации; σ – величина поверхностного натяжения расплава на поверхности частицы; L – теплота кристаллизации. Представленная зависимость может быть каче- ственно отображена диаграммой (см. рисунок) [6]. Анализируя зависимость можно прийти к выво- ду, что при увеличении температуры переохлажде- ния, т. е. при использовании нагрева с использова- нием источников энергии высокой концентрации, обеспечивающих локальный нагрев до температур плавления матричного материала и охлаждение с вы- сокой скоростью, возможно уменьшить критический размер частиц карбида вольфрама. Но более суще- ственным направлением уменьшения критического размера зерна является изменение свойств расплава и изменение свойств частиц карбида. Свойства распла- ва определяются его химическим составом, варьиро- вание которым может обеспечить снижение поверх- ностного натяжения. Частицы карбида вольфрама размером менее 100 нм имеют развитую поверхность и, в зависимости от способа их получения, дефект- ную структуру. Дефектность структуры определяет уровень поверхностной энергии частиц, снижение которого может быть отдельной задачей. Предпола- гается, что предварительное плакирование нанораз- мерных частиц может обеспечить снижение поверх- ностной энергии в спекаемой порошковой смеси. Другой возможный путь снижения поверхностной энергии частиц – это снижение их дефектности. Если создавать порошки с частицами карбида вольфрама, представляющими собой монокристаллы, то их по- верхностная активность будет снижена. Однако, с другой стороны, не ясно, каким образом бездефект- ность структуры отдельных частиц скажется на по- верхностном натяжении расплава матричного мате- риала и соответственно на смачиваемости частиц. Заключение Показаны пути решения проблемы формирова- ния твердосплавных покрытий на стальных издели- ях. Проведен анализ возможности формирования по- крытий с наноразмерной упрочняющей фазой. Список литературы 1. Сравнительный анализ свойств наноструктурных и микроструктурных керметных детонационных покрытий / С.Б. Злобин , В. Ю. Ульяницкий, А.А. Штерцер // Упроч- няющие технологии и покрытия. – № 3. – 2009. – С. 3–11. 2. Буров В.Г., Батаев А.А., Тюрин А.Г. Влияние режи- мов предварительной химико-термической обработки на свойства стали, упрочненной покрытием на основе по- рошковой смеси WC-Co // Ползуновский вестник. – Бар- наул. – 2005. – № 2. – С. 4–9. 3. Буров В.Г., Батаев А.А ., Особенности формирова- ния твердосплавных покрытий в процессах жидкофазно- го спекания // Обработка металлов. – 2004. – № 4 (25) – С. 11–12. 4. Буров В.Г., Батаев А.А., Тюрин А.Г., Буров С.В . Структурообразование твердосплавных покрытий на стальной поверхности // Обработка металлов. – 2005. – № 1 (26). – С. 9–12. 5. Тюрин А.Г. Плотникова Н.В. Веселов С.В., Бу- ров В.Г., Головин Е.Д. Особенности усталостного разру- шения поверхностно-упрочненных материалов // Научный вестник НГТУ. – 2007. – № 4 (29). – С. 93–98. 6. Задиранов А.Н., Кац А.М. Теоретические основы кристаллизации металлов и сплавов: учеб. пособие. – М.: МГИУ, 2008. – 194 с. Качественная зависимость свободной энергии системы от размера частицы (зародыша кристаллизации) твердой фазы, r К – критический размер частицы твердой фазы