Зносостійкі покриття на сьогоднішній день займають провідне місце в області захисту поверхонь деталей від зношування. Вони знаходять широкевикористання в найрізноманітніших галузях науки і техніки, від ядерної енергетики до гірничодобувної промисловості [1].

До зносостійких покриттів ставляться досить жорсткі вимоги [2], [3]. Вони повинні мати високу стійкість до руйнування при дії зовнішніх ударних та дотичних навантаженнях. Тому матеріали, з яких вони виготовляються, повинні мати високу енергію активації руху дислокацій, яка лежить в основі руйнування матеріалів. Одним із варіантів  вирішення цієї проблеми може бути уведення до складу таких матеріалів високо модульних складових. У цьому відношенні досить поширеними є матеріали з нерівноважною композиційною структурою, в яких в пластичній металевій матриці рівномірно розподілені тверді вкраплення [3], [4]. Особливо перспективними є матеріали із композицій самофлюсівний сплав (СФС) – плавлені тверді тугоплавкі сполуки [5]. Використання самофлюсівного сплаву як металевої зв’язки дозволяє значно спрощувати процес отримання виробів з композицій за його участю, так як у багатьох випадках немає необхідності використовувати захисне середовище при спіканні заготівок [6].

Плавлені тверді тугоплавкі сполуки [5], [6] мають більшу структурну однорідність, досконалість кристалічної гратки, мають більшу міцність та твердість, що значно підвищує кінцеві властивості зносостійкості матеріалів за їх участю.

Однією з галузей застосування згаданих вище матеріалів як зносостійких матеріалів в умовах абразивного зношування  є деталі обладнання машинобудівної та будівельної техніки. Тому в даній роботі вивчались умови отримання та формування структури і властивостей композиційних матеріалів із композицій СФС на основі нікелю – плавлений карбід вольфраму (РЕЛІТ). У зв’зку з тим, що властивості композиційних матеріалів є структурно чутливими, вивчався вплив розміру зерен складової з литого карбіду вольфраму на  структуру отримуваного матеріалу,  його твердість та стійкість проти абразивного зношування при сухому терті.

Матеріали в роботі отримували  методом просочування вільно насипаних гранул розплавом самофлюсівного сплаву за температурі 1250 °С з витримкою у 10 хв. на повітрі. При цьому, з метою вивчення впливу розміру зерен РЕЛІТ-у на властивості кінцевого матеріалу, використовували гранули з розміром 515 мкм, 357 мкм та 250 мкм.

Мікроструктуру отриманих матеріалів наведено на рис. 1, з якого видно, що вони мають гетерогенну структуру з практично стовідсотковою  щільністю в якій в матриці з СФС рівномірно розподілені зерна РЕЛІТу. При цьому має місце якісний контакт між фазовими складовими і часткова їх взаємодія.

Вивчення твердості матеріалів показало, що вона збільшується з 45…48 HRA до 74…76 HRА, зі збільшенням середнього розміру гранул від 250 мкм до 515 мкм. Останнє може бути зумовлено тим, що зі збільшенням розміру частинок твердої фази збільшується їх об’ємний вміст в матеріалі і, тим самим, збільшується його інтегральна твердість.

Дослідження процесу зношування композицій при сухому терті в парі з абразивним кругом з КЗ № 60  показало, що воно, при інших рівних умовах,  залежить від розміру гранул у матеріалі. Зношування збільшується зі зменшенням розміру гранул РЕЛІТу у матеріалі (рис. 2). Залежність зношування від часу зношування не однозначна. Для композицій, які вміщують гранули з розміром 250 мкм зношуваність з часом збільшується. При цьому інтенсивність зношування зменшується з часом (рис. 2, 1)  Для композитів з гранулами розміром 357 мкм та 515 мкм при зношуванні до 20 хв зношування незначно збільшується і у подальшому залишається практично постійною (рис. 2, 2,3).

Такий характер зношування можна пояснити наступним. Як видно з рис. 3 та табл. 1, при терті досліджуваних матеріалів в парі з закріпленим абразивом в основному  має місце зношування матеріалу за рахунок крихкого руйнування зерен РЕЛІТу,  в основному на межі поділу фаз.

Продукти руйнування частково виносяться з зони тертя а частково впроваджуються в більш пластичну матрицю з СФС. Про останнє свідчить, що нова фазова складова вміщує вольфрам (карбід вольфраму) та основні елементи, що входять до складу СФС (табл. 1, точка 1).

В той же час продукти зношування СФС адгезуються з поверхнею РЕЛІТу, заліковуючи  її дефекти – тріщини, дислокаційні утворення та інше (табл. 1, точки 2,3). В цих фазових складових поряд з вольфрамом (карбідом вольфраму) присутні елементи, які входять до складу СФС, особливо в точці 2. Всі ці процеси з часом стабілізуються і у подальшому швидкість зношування практично не змінюється.

Більш висока швидкість зношування матеріалів, які вміщують гранули з малим розміром, може бути зумовлена більшою міжфазовою поверхнею, на якій, як було зазначено вище, в основному відбувається руйнування твердої складової композиції. Але і у цьому випадку при більших термінах зношування слід чекати стабілізації швидкості зношування.

Рис. 3. Типові структури поверхні зношування

Таблиця 1. Вміст елементів у фазових складових поверхні тертя

Таким чином, унаслідок проведеної роботи було встановлено, що на структуру, твердість та швидкість зношування композиційних матеріалів із композицій СФС–РЕЛІТ впливає, при інших рівних умовах, розмір фазових складових та умови зношування. При збільшенні розміру вихідних гранул РЕЛІТ-у твердість збільшується а швидкість зношування зменшується, що зумовлено утворенням вторинних структур на поверхні матеріалу, які покращують характеристики зносостійкості.