Актуальною задачею сучасної науки і техніки є розробка матеріалів для  захисту елементів обладнання, яке працює в умовах інтенсивного абразивного зношування. У цьому відношенні перспективним є створення на робочих поверхнях композиційних покриттів, структурною особливістю яких є наявність в пластичній матриці рівномірно розподілені включення твердої фази. Як тверду фаз можна використовувати гранули з твердих тугоплавких сполук (ТТС), перш за все карбідів та боридів перехідних металів. Як металеву зв’язку доцільно використовувати самофлюсівні сплави на основі заліза (СФЗ)  та нікелю (СФН) [1].

На сьогоднішній час досить широкого застосування для створення зносостійких композиційних покриттів знайшов карбід вольфраму (РЕЛІТ) [2, 3]. Але у зв’язку з дефіцитністю вольфрамової сировини  у світі, і особливо в Україні, доцільним є розробка подібних матеріалів за участю інших твердих тугоплавких сполук. У цьому відношенні, як показано в роботах [4], перспективним є використання карбіду ніобію.

Тому в роботі досліджувались умови формування структури композиційних матеріалів за участю карбіду ніобію у порівнянні з композиційними матеріалами за участю карбіду вольфраму. Гранули з середнім розміром 500 (-063+04), 360 (-04+0315) та 260        (-315+02) мкм готували дробленням плавлених карбідів, які отримували за методикою викладеною в роботі [6]. Матеріали з вказаних композицій отримували просоченням гранул з карбідів у стані утруски розплавом самофлюсівних сплавів взятих у кількостях для забезпечення стовідсоткового просочення. Процес просочення проводили у печі опору на повітрі за температури 1300 ^оС на протязі 5 хвилин.

Вивчався вплив розміру гранул на структуру та твердість отриманих композицій.

Дослідження структури отриманих матеріалів свідчить (рис. 1), що вона є гетерогенною і складається з гранул (зерен) карбідів і матриці з самофлюсівного сплаву. При цьому має місце стовідсоткове просочення гранул з утворенням якісного контакту між складовими композицій.

а – реліт (-063+04) ; б – реліт (-04+0315); в – реліт (-0315+02); г – карбід ніобію (-063+04)

Рис. 1. Структура матеріалів з композицій РЕЛІТ – СФС та  NbC – СФС з різним розміром гранул (х400)

При умовах отримання композиційних матеріалів в нашій роботі також має місце взаємодія між карбідами та розплавом самофлюсівного сплаву (рис. 2). При цьому, при інших рівних умовах, вища ступінь взаємодії має місце в системі NbC – СФЗ,  про що свідчить структура на межі поділу фаз.

а – РЕЛІТ – СФС;  б – NbC – СФС

Рис. 2. Структура на межі поділу фаз (х400)

В роботі проводилось дослідження твердості  композицій. Отримані результати наведені на рис. 3. Аналіз отриманих результатів показує, що вона змінюється залежно від складу композиції і розміру гранул (рис. 3).

Найбільшу твердість мають матеріали з композицій реліт – СФС. При цьому найвищу твердість мають композиції РЕЛІТ – СФС (74 HRA) з розміром гранул (-063+04) (рис. 3, 1). Зі зменшенням розміру гранул твердість композицій зменшується. Така ж залежність спостерігається для композицій NbC – СФС. Абсолютні значення твердості для обох композицій з вмістом гранул одного розміру сумірні.

Рис. 3. Залежність твердості композиційних матеріалів від складу та розміру гранул твердої складової

Таким чином встановлено, що змінюючи якісний склад вихідних матеріалів, можна регулювати структуру і, як наслідок, властивості КМ. Карбід ніобію, поряд з карбідами вольфраму, є перспективним матеріалом для створення зносостійких матеріалів.

Література:

1. Степанчук А.М. Використання самофлюсівних сплавів при створенні  композиційних матеріалів та покриттів [Електор. ресурс] / А.М. Степанчук, О.А. Демиденко, Л.О. Бірюкович, М.Б.Шевчук // Матеріали міжнародної конференції “Спеціальна металургія: вчора, сьогодні, завтра”. – Київ: НТУУ”КПІ”, 2013. – С. 454–465.

2. Bao J. Wear-Resistant WC Composite Hard Coatings by Brazing / J. Bao, J.W. Newkirk, S. Bao // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2004. – 13, № 4. – Р. 385 – 388.

3. Aiguo L. Microstructures and wear resistance of large WC particles reinforced surface metal matrix composites produced by plasma melt injection / L. Aiguo, G. Mianhuan, Z. Minhai, W. Changbai // Surface & Coatings Technology. – 2007. – 201. – P. 7978 – 7982.

4. Woydt M. Potentials of niobium carbide (NbC) as cutting tools and for wear  protection / M. Woydt, S. Huang, J. Vleugels at al. // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2018. –  Vol. 72. – P. 380 – 387.

5. Степанчук А.М. Отримання та властивості гранул з тугоплавких сполук для створення композиційних матеріалів. / А.М. Степанчук, М.Б. Шевчук, С.В. Мазаев // Наукові вісті НТУУ ”КПІ”. – 2010. – №6. – С. 111 – 119.