Эффективным способом продления срока службы деталей  за счет снижения образования   поверхностных   дефектов является защита рабочей поверхности    композиционным слоем, получаемым в процессе  их  литья.

С целью повышения износостойкости рабочего слоя отливки и выбора оптимального наноматериала в составе покрытия, наносимого на внутреннюю  поверхность литейной формы, поочередно вводили в различном соотношении нанодисперсные порошки карбонитрида титана (TiCN), карбида  хрома (Cr3C2) и карбида  вольфрама (WC) с размером частиц 50…100 нм, полученные методом плазмохимического синтеза. Наноматериалы  обладают уникальными физико-химическими свойствами, существенно отличающимися   от свойств таких же материалов в массивном состоянии, причем  эти свойства могут  в определенной степени передаваться получаемым  из них или с их  участием отливаемым изделиям. После заливки расплава чугуном и охлаждения формы на наружной рабочей поверхности отливки образовывался насыщенный твердыми частицами композиционный слой.

В результате выполненных исследований установлено, что из исследованных нанодисперсных соединений наилучшие результаты по воздействию на макро- и микроструктуру чугуна оказывает нанодисперсный порошок карбонитрида титана (TiCN), имеющий наиболее высокую микротвердость (32000 МПа) из известных тугоплавких соединений. При использовании   этого компонента происходит формирование металлокерамического слоя отливки на глубину  до 15…20 мм.

Исследование макро- и микроструктуры образцов, вырезанных  из поверхностного слоя  отливок,  показало,  что структура  слоя, полученного пропиткой нанопорошка, имеет тонкодисперсное  строение и состоит из нановключений карбонитрида титана и  титано-карбидной эвтектики.  В переходной зоне структура состоит из карбонитридов титана, графитных включений и перлита. При удалении от композиционного слоя количество карбидов уменьшается  при увеличении количества перлита до соответствующего матричному чугуну.

Опытные образцы испытывали на износостойкость по потере массы образца при сравнении с образцами из  отбеленного хромоникелевого (0,5% Cr,    1,5% Ni) чугуна, износостойкость которого приняли за 1. Результаты испытаний показали, что наиболее высокую износостойкость имеют сплавы, в которых упрочняющая фаза не растворяется в металле-связке. Коэффициент износостойкости образцов из композиционого слоя на основе TiCN составляет 2,5…3,2.

Механизм взаимодействия  расплава чугуна со слоем  порошка нанодисперсного соединения  включает следующие процессы: нагрев слоя порошка (или пасты) за счет физического тепла расплава; фильтрация расплава в поры порошка и дальнейший его разогрев; распределение частиц нанопорошка в жидкой фазе в момент фильтрации расплава; дальнейшие распределение частиц нанопорошка в жидкой  фазе после заполнения межзеренного  пространства;  диффузионные процессы при охлаждении пропитанного металла в твердом состоянии.

Таким образом, полученные результаты по использованию нанопорошков для получения износостойкого композиционного  слоя позволяют сделать вывод о возможности  их использования для повышения механических свойств рабочего слоя отливок.