Диссертация (1173110), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Оказалось, что при высоком содержании хрома (12-14%по массе), когда в структуре матрицы преобладает хрупкая эвтектика,покрытие растрескивается в процессе наплавления. Трещины проходят повсему покрытию от края до края и перпендикулярны направлению лазерногосканирования. Они не пересекаются, практически параллельны друг другу ирасположены с шагом чуть больше ширины наплавляемого валика. При21низком содержании хрома (6-8% по массе), когда в структуре матрицыпреобладает пластичная никелевая фаза, трещин не наблюдалось [26].
Такимобразом, при изготовлении композиционных материалов методом лазернойнаплавки важно получить пластичную матрицу, чтобы материал нерастрескался.В качестве упрочняющей фазы при лазерной наплавке широкоприменяется также карбид титана. Его плотность примерно в 4 раза меньше,чемукарбидавольфрама,чтосущественнодляпримененияваэрокосмической отрасли. Авторы работы [27] упрочняли карбидом титананизкоуглеродистую сталь и получили композиционные материалы ссодержанием до 10% по объёму карбида титана. В структуре материала быливыявлены первичные карбиды, не растворившиеся в расплаве частицыпорошка, вторичные карбиды, выпавшие при охлаждении расплава стали иэвтектика TiC-Fe.
Кандел с соавторами [28] получили композицию TiC-Ti ссодержанием карбида 30% и 60%. В структуре также наблюдались ипервичные и вторичные карбиды. Леунда с соавторами [29] добилисьхороших результатов, упрочняя сталь, карбидом ванадия, вводя его до 10%по массе лазерной наплавкой.Введение упрочняющей фазы в виде наноразмерных частиц можетсущественно улучшить механические свойства даже при малом еёсодержании. Так, Би с соавторами готовили порошок для лазерной наплавкипутём тщательного перемешивания нанопорошка карбида титана и порошканикелевого сплава с размером частиц несколько десятков микрон [30]. Приэтом содержание TiC составляло не более 1% по массе. Им удалось получитькомпозиционный материал с равномерным распределением наночастиц TiC вметаллической матрице и доказать, что это карбиды, представляющие собойне растворившиеся в расплаве исходные частицы нанопорошка. Отмечалось,что в присутствии нанопорошка TiC, зёрна никелевой матрицы значительноизмельчаются.
Механические испытания на разрыв показали, что с22увеличением содержаниянаночастицTiC прочность на растяжениеувеличивается, при этом увеличивается и относительное удлинение.Упрочнение связывается с измельчением зерна матрицы и с появлением вструктуре наночастиц, способных задерживать дислокации [30]. Увеличениепластичности связывается с измельчением зерна. Применение упрочняющейфазыввиденанопорошкаоказалосьгораздоэффективнее,чемиспользование микронного порошка TiC. Так, добавление 10-20 весовыхпроцентов микронного порошка увеличивало прочность на разрыв в меньшейстепени и при этом охрупчивало материал [30].
Объясняется это тем, чтомикронные включения не способствуют измельчению зерна матрицы и, ктому же, менее прочно связаны с ней.Сразу после появления технологии СЛП возник интерес к получению сеё помощью различных композиций с металлической матрицей. Например,Лауи с соавторами ещё в 1999 г. исследовали систему WC-Co [31], а Ли ссоавторами – систему TiC -инвар в 2000 г.[32]. В дальнейшем списокопробованных композиционных материалов для СЛП расширялся, хотя невсеполученныематериалыбылиудовлетворительногокачества.Шишковский с соавторами получил образцы из смеси порошков ZrO2 и Al[33] и композиции AlN-Al и TiN-Ti [34]. При этом не удалось исключитьостаточную пористость и отдельные трещины. Авторы работы [35] получилиматериал системы SiC-Ti без пор, но с трещинами.
В 2010 ВильгельмМайнерс в работе [36] с системой WC-Ni использовал CO2 при высокоймощности переплавляя и металлическую матрицу и упрочняющую фазукарбида вольфрама. Полученные образцы содержали поры и имелинеоднородное распределения WC в матрице, также высокая мощностьлазерного излучения подвергла коагуляции фракции WC.Время нахождения материала в расплаве составляет при СЛП, какправило, доли миллисекунды. Эксперименты показывают, что за это время неуспевает произойти перемешивание исходных порошковых компонентов в23масштабах ванны расплава (ширина обычно меньше 100 микрон).
Поэтомупервые попытки получить композиционные материалы с металлическойматрицей СЛП смеси порошков металла и твёрдой фазы с размером частиц внесколько десятков микрон приводили к образованию материала с сильнонеоднородным распределением крупных твёрдых частиц в матрице, которыйчасто был менее прочным, чем аналогичные композиционные материалы,полученные порошковой металлургией. Существенный прогресс былдостигнут в последнее время благодаря усилиям по приготовлениюспециальных порошковых смесей, в которых мелкозернистая твёрдая фазаравномерно распределена в металлической. Так, Гу с соавторами [37]получили композиции системы TiC-Ti, а Аттар с соавторами [38] – системыTiB-Ti методом СЛП. В обоих случаях порошковая смесь приготавливаласьмеханическим сплавлением компонентов в планетарной шаровой мельнице.1.3.3 Методы получения металлокерамических композиций дляСЛПИз-за короткого времени нахождения материала в жидкой фазе приСЛП, которое составляет обычно доли миллисекунды, что значительноменьше, чем, например, при лазерной наплавке, материал в ванне расплава неуспевает хорошо перемешаться [39].
Для устранения этого недостатка впоследнее время применяют механическое сплавление порошков. При этомберут, как правило, субмикронные или наноразмерные порошки твёрдойфазы и микронные или более крупные металлические порошки. Смесьпорошковобрабатываетсянапланетарнойшаровоймельнице,гдеразрушаются агломераты наночастиц, а затем наночастицы твёрдой фазывдалбливаются шарами в более мягкие металлические частицы.24Процесс механического сплавления TiC-Ti подробно описан Гу ссоавторами [40].
Они использовали исходные порошки TiC со среднимразмером частиц неправильной формы 1.5 мкм и Ti с частицами в формемногогранников со средним размером 45 мкм. Использовалась планетарнаяшаровая мельница Pulverisette 6 planetary mono-mill фирмы Fritsch GmbH(Германия). В стакан из хромистой стали полезной ёмкостью 125 млзагружали 15 г порошка TiC, 35 г порошка Ti и 500 г мелющих шаров изнержавеющей стали размером от 6 до 20 мм. Таким образом, весовоесодержание TiC в порошковой смеси составляло 30%, а массовое отношениепорошка к мелющим шарам – 1/10. Для предотвращения окислениямеханическое сплавление проводилось в атмосфере аргона при скоростивращения основного диска 250 оборотов в минуту.
Время обработкименялось от 5 до 30 часов. Чтобы избежать перегрева порошка, мельницуостанавливали на 10 минут через каждые 20 минут работы. Отмечено, чтовплоть до 10 часов помола шло измельчение частиц титана с внедрёнными вних частицами карбида. Через 10 часов средний размер частиц составлял 5мкм. Затем частицы начинали резко расти за счёт холодного сваривания идостигали среднего размера 70 мкм после 15 часов помола.
Примерно через25часовпомоласреднийразмерчастицмеханическогосплавастабилизировался за счёт равновесия между механическим раздроблением ихолодным свариванием и составил около 50 мкм. Было показано, что врезультатемеханическогосплавленияобразовалсякомпозиционныйматериал с наноразмерными частицами карбида, хорошо распределёнными вметаллической аморфной матрице. В следующей своей работе [41] авторыуспешно применили полученный порошок механического сплава для СЛП,причём брали его на стадии минимального размера частиц, то есть примернопосле 10 часов помола.Для приготовления механического сплава TiC-Ti с 15% карбида по весуте же авторы скорректировали методику и использовали порошок титана со25сферическими частицами средним диаметром 22.5 мкм и нанопорошоккарбида со средним размером частиц около 50 нм [37].
Помол производили спомощью шаровой планетарной мельницы Pulverisette 4 vario-planetary millфирмы Fritsch GmbH (Германия) в течение 4-х часов на скорости 200оборотов в минуту с весовым соотношением мелющих шаров к порошку 5/1.Этого времени было достаточно для равномерного распределения карбидов вматрице. Образовались сферические частицы механического сплава, поразмеру примерно соответствующие исходным частицам титана, то есть 22.5мкм.Гу с соавторами механически сплавляли титан с 23.8 весовымипроцентами карбида кремния в шаровой планетарной мельнице Pulverisette 6planetary mono-mill фирмы Fritsch GmbH (Германия) в течение 15 часов наскорости 300 оборотов в минуту с весовым соотношением мелющих шаров кпорошку 10/1[42].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
