Дослідження особливостей ініціювання процесу самопоширюваного високотемпературного синтезу модифікуючого композиційного матеріалу

Abstract

У роботі наведено результати теоретичних і експериментальних досліджень способів ініціювання самопоширюваного високотемпературного синтезу (СВС-процес), застосованого під час розроблення модифікуючого композиційного матеріалу. Ініціювання СВС-процесу розглянуто для шихти складу Ti – C – Al – SiO2 – Al2O3 – Fe2O3 – ПТ-НА-01. Попередньо шихту було механічно активовано в кульовому млині моделі КМ-1 протягом 15 хвилин, за 130 об/хв та співвідношення 1 до 40 маси шихти до маси сталевих куль діаметром 6 мм. Ініціювання СВС-процесу здійснювали трьома дослідними способами. У першому способі було застосовано термітну шашку марки ПА-16. У другому – процес ініційовано тепловою енергією зварювальної дуги від неплавкого графітового електрода. У третьому способі ініціювання процесу здійснено розжареною ніхромовою спіраллю від розробленого спеціального пристрою. Пристрій складався зі штатива, на якому окремо один від одного закріплено предметний столик для встановлення зразків, рухомого діелектричного затискача зі спіраллю розжарювання та силового трансформатора. Процеси, які відбувалися під час експериментів, досліджували за допомогою відеокамери, фіксування значень напруг здійснювали вольтметрами, підключеними до електричної спіралі та первинної обмотки силового трансформатора. На основі проведених досліджень було встановлено, що серед розглянутих способів ініціювання СВС-процесу найбільш ефективним для шихти складу Ti – C – Al – SiO2 – Al2O3 – Fe2O3 – ПТ-НА-01 є спосіб з використанням теплоти від розжарюваної спіралі. Таким способом можна в широких межах регулювати напругу первинної обмотки силового трансформатора, що дозволяє впливати на ступінь розжарення спіралі, здійснювати контрольований підігрів і фіксування показників ініціювання, а також проходження СВС-процесу. Одержаний модифікуючий композиційний матеріал застосовано для наплавлення та плазмового напилення деталей, які працюють в умовах абразивного середовища.

The study presents the results of theoretical and experimental investigations on the methods of initiating of selfpropagating high-temperature synthesis (SHS process) used in the development of a modifying composite material. The initiation of the SHS process was considered for the charge of the Ti – C – Al – SiO2 – Al2O3 – Fe2O3 – PT-NA-01 system. The charge was previously mechanically activated in a ball mill of the KM-1 model for 15 minutes at 130 rpm and a ratio of 1 to 40 of the charge mass to the mass of steel balls with a diameter of 6 mm. The initiation of the SHS process was carried out in three experimental ways. In the first method, a PA-16 thermite charge was used. The second method was initiated by the thermal energy of the welding arc from a non-consumable graphite electrode. In the latter, the process was initiated by a red-hot nichrome spiral from a specially developed device. The device consisted of a tripod on which a sample table was fixed separately from each other, a movable dielectric clamp with a glowing coil, and a power transformer. The processes that took place during the experiments were studied using a video camera, and the voltage values were determined by voltmeters connected to the electric coil and the primary winding of the power transformer. Based on the studies, it was found that among the investigated methods of initiating the SHS process, the most effective for the Ti – C – Al – SiO2 – Al2O3 – Fe2O3 – PT-NA-01 system charge is the method using heat from a glowing coil. With this method, it is possible to adjust the voltage of the primary winding of a power transformer within a wide range, which makes it possible to influence the degree of heating of the coil by performing controlled heating and recording the indicators of initiation and passage of the SHS process. The resulting modifying composite material is used for surfacing and plasma spraying technologies for parts sputtering in an abrasive environment.