Plasma coatings based on self-fluxing NiCrBSi alloy with improved wear resistance properties

Abstract

The structure and properties of plasma coatings sprayed with a composite material based on a self-fluxing NiCrBSi alloy (PG-10N-01 alloy) modified with a composite material obtained by self-propagating high-temperature synthesis were studied. Titanium powders, carbon black, aluminum, iron oxide, PT-NA-01 thermosetting powder and PGOSA-0 refractory clay were used as the initial components of modified with a composite material. Mixing and mechanical activation of the initial powders was carried out in a BM-1 ball mill for 15 minutes at 130 rpm in a ratio of 1 to 40 of the mass of the charge to the mass of the falling bodies (steel balls with a diameter of 6 mm). Initiation of the self propagating high-temperature synthesis was carried out using a special device by introducing a heated nichrome spiral. The process of coatings spraying was performed on the MPN-004 microplasma spraying unit at a current of 45 A, a voltage of 30 V with a distance of 100 mm on samples made of 65G steel with a thickness of 3 mm. Argon was used as a plasmaforming and shielding gas. In order to substantiate the feasibility of the self-propagating high-temperature synthesis, a part of the samples was sprayed with a self-fluxing alloy PG-10N-01 with the addition of a mechanical mixture of starting powders. It was established that as a result of plasma spraying of the PG-10N-01 alloy and the composite material of the modified with a composite material + PG-10N-01 composition, coatings with a dense and multiphase structure are formed. The microstructure of the PG-10N-01 alloy coating consists of a solid solution based on nickel (γ-Ni) with inclusions of nickel borides Ni₃B and chromium carbides Cr₃C₂. When adding modified with a composite material in a nickelbased solid solution, in addition to the phases indicated above, borides of titanium TiB₂, carbides of titanium TiC and silicon SiC were detected. Their presence leads to an increase in the microhardness of such coatings and their greater wear resistance under conditions of abrasive wear in comparison with the spraying coating of the PG-10H-01 alloy.Досліджено структуру й властивості плазмових покриттів, напилених композиційним матеріалом на основі самофлюсівного сплаву NiCrBSi (сплаву марки ПГ-10Н-01), модифікованого композиційним матеріалом, одержаним самопоширюваним високотемпературним синтезом. Як вихідні компоненти модифікуючого композиційного матеріалу використані порошки титану, технічного вуглецю, алюмінію, оксиду заліза, термореагуючого порошку марки ПТ-НА-01 і вогнетривкої глини марки ПГОСА-0. Змішування й механічну активацію вихідних порошків проведено у кульовому млині КМ-1 протягом 15 хв при 130 об/хв у співвідношенні 1 до 40 маси шихти до маси падаючих тіл (сталевих куль діаметром 6 мм). Ініціювання самопоширюваного високотемпературного синтезу здійснено з використанням спеціального пристрою шляхом підведення розжареної ніхромової спіралі. Процес напилення покриттів виконано на установці мікроплазмового напилення МПН-004 при струмі 45 А, напрузі 30 В з дистанцією 100 мм на зразки зі сталі 65Г товщиною 3 мм. Як плазмоутворюючий та захисний газ використано аргон. Для обґрунтування доцільності проведення самопоширюваного високотемпературного синтезу частину зразків напилено самофлюсівним сплавом ПГ-10Н-01 з додаванням механічної суміші вихідних порошків. Встановлено, що в результаті плазмового напилення сплаву ПГ-10Н-01 та композиційного матеріалу складу модифікуючий композиційний матеріал + ПГ-10Н-01 формуються покриття зі щільною й багатофазною структурою. Мікроструктура покриття сплаву ПГ-10Н-01 складається з твердого розчину на основі нікелю (γ-Ni) з включеннями боридів нікелю Ni₃B та карбідів хрому Cr₃C₂. При додаванні модифікуючого композиційного матеріалу у твердому розчині на основі нікелю, крім вказаних вище фаз, виявлені бориди титану ТіВ₂, карбіди титану TiC і кремнію SiC, наявність яких призводить до підвищення мікротвердості таких покриттів та їх більшої зносостійкості в умовах абразивного зношування у порівнянні з напиленим покриттям сплаву ПГ-10Н-01.