Obrabotka Metallov 2015 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (67) 2015 40 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ менном напылении композиций и последующем воздействии на них высококонцентрированны- ми потоками энергии [6–8]. Успешные пред- варительные эксперименты по синтезу компо- зиционных порошков показывают, что имеется принципиальная возможность получения таких порошков при соответствующей отработке тех- нологии СВС [9–11]. Наиболее широкое приме- нение для нанесения керамических покрытий, в том числе из материалов на основе оксида алю- миния-оксида титана, получил метод плазмен- ного напыления. Покрытия на основе оксида алюминия-оксида титана с добавками твердых смазок отличаются от покрытий из чистых окси- дов лучшей пластичностью и повышенной стой- костью по отношению к ударным нагрузкам, а также обладают меньшими значениями пори- стости, равномерностью структуры и изотроп- ностью свойств [12–15]. Снижение пористости покрытий системы объясняется тем, что при вве- дении в высокотемпературную газовую струю композиционного материала в первую очередь плавится твердая смазка и обволакивает зерна оксида. Так как температура плавления твердых смазок меньше температуры плавления оксидов, то такое распределение компонентов в частице способствует лучшему «заплавлению» пор меж- ду частицами оксидов в покрытии, вследствие чего пористость покрытий уменьшается. Фи- зико-механические свойства оксидных двух- и более компонентных покрытий существенно за- висят от распределения компонентов в исходном порошке и формы частиц порошка. Цель исследований – оптимизация процесса получения материала на основе оксидной кера- мики с включениями твердой смазки для газо- термического напыления методом агломериро- вания мелкодисперсной шихты с последующим высокотемпературным спеканием и методом са- мораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Методика получения композиционного материала Для проверки возможности получения СВС- порошков с компонентами твердой смазки осу- ществлен синтез композиций, содержащих MoS 2 , CaF 2 . Проведены исследования порошков сле- дующего состава: Al 2 O 3 +30%TiO 2 +12,5% MoS 2 ; Al 2 O 3 +30%TiO 2 +12,5% CaF 2. Для получения указанных композиций использовались следую- щие дисперсные материалы: титан марки ПТМ, оксид алюминия марки ЭБМ-40, дисульфид молибдена MoS 2 или фтористый кальций CaF 2 , взятые в соотношении 57,5 : 30 : 12,5. Смеши- вание исходных компонентов выполнялось в шаровой мельнице при соотношении шаров и шихты 25 : 1 и времени мехактивации в течение 2–4 часов. Синтез композиций осуществлялся в реакторе в режиме самораспространения без подвода энергии от внешнего источника, в азот- но-кислородной среде при содержании кислоро- да от 10 до 25 мас.% и давлении 0,1…0,9 МПа, которая необходима для проведения реакции окисления порошка титана. Реактор оснащен токоподводами с вольфрамовой спиралью для инициирования процесса. Использование при синтезе азотно-кислородной среды при содер- жании кислорода от 10 до 25 мас.% необходи- мо для проведения реакции окисления порош- ка титана. При содержании кислорода менее 10 мас.% и давлении менее 0,1 МПа не проис- ходит полное окисление порошка и достаточное проникновение газа – реагента в слой шихты. При содержании кислорода более 25 мас.% и давлении более 0,9 МПа температура горения поднимается настолько, что происходит плав- ление частиц с образованием барьерного слоя, препятствующего проникновению газа реагента в слой шихты. Измельчение продуктов синтеза производили в щековой дробилке до получения фракции 0,050…0,063 мм, обеспечивающей на- пыление покрытий из оксидной керамики с мак- симальным коэффициентом использования ма- териала. Операцию термохимической обработки в воздушной среде при температуре 500…800 ºС в течение 4–6 часов проводят с целью доокис- ления частиц композиционного порошка. При температуре термохимической обработки менее 500 ºС и времени менее четырех часов полного доокисления частиц не происходит, а проведе- ние операции при температуре более 800 ºС и времени более пяти часов приводит к увеличе- нию энергозатрат и частичному спеканию ча- стиц между собой [9, 10]. Для сфероидизации частицы полученного композиционного порош- ка вводили в плазменную струю и производили их распыление в стальной цилиндр, длиной 1 м, заполненный аргоном. Степень сфероидиза-