Composite material for surfacing, obtained by self-propagating high-temperature synthesis

Abstract

This paper presents the results of theoretical and experimental studies of the development of a composite material obtained by self-propagating high-temperature synthesis (SHS), which is used to modify a deposited alloy of the NiCrBSi system (self-flxing alloy PG-10N-01). The source components of the composite material are powders of titanium Ti, technical carbon C, aluminum powder Al, iron oxide Fe₂O₃, thermosetting powder PT-NA-01, and refractory clay PGOSA-0. The mechanical activation of the charge was performed in a ball mill for 15 minutes at 130 rpm and the ratio of the mass of the charge to the mass of the grinding media was 1:40. The SHS process was initiated by heating a nichrome spiral with a diameter of 0.8 mm in an argon Ar environment. As a result of deposition, the layers with a dense and multiphase structure are formed. The deposited layer of PG-10N-01 alloy consists of a solid solution of nickel (γ-Ni), boride phase Ni₃B and inclusions of chromium carbide Cr3C₂ and boron carbide B₄C. When the synthesized composite material was added to the PG-10N-01 alloy, titanium carbide TiC and silicon carbide SiC were additionally detected in the deposited layer, which lead to an increase in the layer microhardness. The phase composition of the layer deposited from a mechanical mixture of 10 % (Ti-C-Al-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-PT-NA-01) + 90 % PG-10N-01 is a solid solution of γ-Ni nickel, nickel boride Ni₃B, titanium nitride TiN, chromium silicate CrSi, and intermetallic FeAl. The microhardness of this layer is 20 % lower than that of the PG-10N-01 alloy layer.В роботі наведено результати теоретичних та експериментальних досліджень розробки композиційного матеріалу, одержаного самопоширюваним високотемпературним синтезом (СВС), який використовується для модифікування наплавленого сплаву системи Ni-Cr-BSi (самофлюсівного сплаву ПГ-10Н-01). В якості вихідних компонентів композиційного матеріалу використано порошки титану Ti, технічного вуглецю C, алюмінієвої пудри Al, оксиду заліза Fe₂O₃, термореагуючого порошку ПТ-НА-01 та вогнетривкої глини ПГОСА-0. Механічна активація шихти виконувалося у кульовому млині протягом 15 хв, при 130 об/хв та співвідношенні як 1 до 40 маси шихти до маси тіл подрібнення. Ініціювання СВС-процесу здійснювалося теплотою нагрітої ніхромової спіралі діаметром 0,8 мм, в середовищі аргону Ar. В результаті наплавлення формуються шари, які мають щільну та багатофазну структуру. Наплавлений шар сплаву ПГ-10Н-01 складається з твердого розчину нікелю (γ-Ni), боридної фази Ni₃B, включень карбідів хрому Cr3C₂ та бору B₄C. При додаванні до сплаву ПГ-10Н-01 синтезованого композиційного матеріалу в наплавленому шарі додатково виявлені карбіди титану TiC та кремнію SiC, які призводять до підвищення мікротвердості шару. Фазовий склад шару, наплавленого механічною сумішшю складу 10 % (Ti-C-Al-SiO₂-Al₂O₃-Fe₂O₃-PT-NA-01) + 90 % ПГ-10Н-01, є твердим розчином нікелю γ-Ni, боридів нікелю Ni₃B, нітридів титану TiN, силіцидів хрому CrSi та інтерметалідів FeAl. Мікротвердість цього шару у порівнянні з шаром зі сплаву ПГ-10Н-01 на 20 % нижче.