В Новосибирском государственном техническом университете НЭТИ совместно с Институтом ядерной физики имени Г.И. Будкера СО РАН создают защитные покрытия с использованием наплавки металлсодержащих порошковых смесей на стальные изделия пучком релятивистских электронов, выведенным в воздушную атмосферу. Работа проводится в рамках гранта Российского научного фонда и направлена на формирование композиций «сталь-покрытие», поверхностные слои которых обеспечивают высокие показатели как износостойкости, так и коррозионной стойкости (жаростойкости) материалов, используемых в машиностроении для изготовления изделий ответственного назначения.
Автор фото: Виктор Гуськов
«Условия работы современного оборудования в большинстве отраслей промышленности обусловливают повышенные требования к материалам, используемым для его изготовления. В процессе эксплуатации некоторые детали подвергаются одновременному воздействию агрессивной среды, например, кислот, высоких температур, водяного пара, а также различного типа абразивных частиц. Совместное воздействие этих негативных факторов вызывает интенсивное разрушение поверхностных слоев материалов, что в итоге приводит к преждевременному выходу оборудования из строя. Один из вариантов решения данной проблемы связан с формированием на поверхности деталей многофункциональных покрытий, уровень эксплуатационных свойств которых значительно превышает свойства основного материала изделия. В связи с этим основной задачей проекта является разработка приемлемого по стоимости покрытия, обеспечивающего кратное увеличение срока безаварийной эксплуатации изделий в нефтегазовой и химической промышленности», — рассказала доцент кафедры материаловедения в машиностроении НГТУ НЭТИ кандидат технических наук Екатерина Дробяз.
Для формирования многофункциональных покрытий использовали уникальный промышленный ускоритель электронов ЭЛВ-6, разработанный в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН. Высокая энергия электронов (до 2,5 МэВ) обеспечивает возможность проникновения электронного пучка, генерируемого ускорителем, в слой наплавляемого порошка с одновременным его расплавлением. Кроме того, запаса энергии хватает и на расплавление тонкого поверхностного слоя основного материала изделия. Активное перемешивание в жидком состоянии компонентов наплавочной смеси и основного материала приводит при последующем охлаждении к образованию покрытия толщиной до 5 мм. Широкая переходная зона между покрытием и основным материалом изделия обеспечивает высокие адгезионные свойства композиции «сталь-покрытие».
«Важнейшими факторами, определяющими эксплуатационные свойства покрытий, являются состав материалов, наносимых на поверхность заготовок, и структура, возникающая на стадии кристаллизации жидкой ванны. Наша задача как разработчиков заключалась в подборе составов наплавляемых порошковых композиций, а также отработке режимов формирования высококачественных многофункциональных покрытий. Высокий уровень износостойкости, как правило, обеспечивают высокопрочные дисперсные керамические частицы. При разработке наплавочных составов основной выбор пал на соединения бора. Бориды отличаются высокой твердостью, прочностью и химической стойкостью в агрессивных средах. Кроме того, в состав наплавочных смесей вошли микродобавки коррозионностойких и тугоплавких компонентов тантала и хрома. Их быстрая способность образовывать пассивирующую пленку при воздействии кислот приводит к повышению коррозионной стойкости разрабатываемых покрытий», — рассказала доцент кафедры материаловедения в машиностроении НГТУ НЭТИ кандидат технических наук Евдокия Бушуева.
При проведении экспериментальных исследований были оценены износостойкость материалов в различных условиях абразивного воздействия, коррозионная стойкость в азотной кислоте и жаростойкость разработанных материалов. Высокая твердость боридов, достигающая 25 ГПа, приводит к шестикратному повышению износостойкости разрабатываемых покрытий по сравнению с нержавеющими сталями. Наибольший вклад наплавочные порошковые композиции вносят в показатели жаростойкости. Максимальное повышение относительной жаростойкости при температуре 850 °C отмечается у наплавленных слоев состава Ta-Nb-CrB — в 6 раз выше стойкости нержавеющей стали. У отдельных типов покрытий отмечается высокая жаростойкость при температуре 950 °C.
Информация предоставлена Управлением информационной политики Новосибирского государственного технического университета
