Development of the composite material and coatings based on niobium carbide
| Autor: | Lubomyr Borushchak, Pavlo Prysyazhnyuk, Viktor Aulin, Lyubomyr Lutsak, Dmytro Lutsak, Liubomyr Shlapak, Thaer Shihab |
|---|---|
| Rok vydání: | 2018 |
| Předmět: |
UDC 669.018.95
Materials science electric-spark doping керамико-металлические материалы матрично-армированная структура триботехнические характеристики электроискровое легирование антифрикционные покрытия 020209 energy Composite number 0211 other engineering and technologies Energy Engineering and Power Technology 02 engineering and technology engineering.material Indentation hardness Industrial and Manufacturing Engineering Carbide ceramic-metallic materials chemistry.chemical_compound Fracture toughness Coating Management of Technology and Innovation lcsh:Technology (General) 021105 building & construction 0202 electrical engineering electronic engineering information engineering lcsh:Industry Electrical and Electronic Engineering Composite material кераміко-металічні матеріали матрично-армована структура триботехнічні характеристики електроіскрове легування антифрикційні покриття Applied Mathematics Mechanical Engineering matrix-reinforced structure Microstructure tribotechnical characteristics anti-friction coatings Computer Science Applications chemistry Control and Systems Engineering engineering lcsh:T1-995 Niobium carbide lcsh:HD2321-4730.9 Wetting |
| Zdroj: | Eastern-European Journal of Enterprise Technologies; Том 6, № 12 (96) (2018): Materials Science; 43-49 Восточно-Европейский журнал передовых технологий; Том 6, № 12 (96) (2018): Материаловедение; 43-49 Східно-Європейський журнал передових технологій; Том 6, № 12 (96) (2018): Матеріалознавство; 43-49 Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol 6, Iss 12 (96), Pp 43-49 (2018) |
| ISSN: | 1729-4061 1729-3774 |
| Popis: | We investigated the structure of composites based on the system NbC with a copper bond, obtained by impregnating the porous carbide skeletons with a metallic melt in a vacuum. In order to receive a porous skeleton, the powder of NbC, the average size of ~1 μm, was mixed on a 5 % solution of rubber in gasoline. After drying, the mixture was ground at a sieve into granules, which were pressed into briquettes of dimensions 55×30×10 mm. To ensure the intensification of the process, as well as wetting, impregnation was carried out at a temperature of 1,400 °C. The result was the obtained material with a fine-grained two-phase structure.The microstructure was investigated using a method of scanning electron microscopy (SEM), the chemical composition ‒ applying a method for energy dispersion analysis (EDS).The hardness was measured by Rockwell (scale C), the fracture toughness ‒ by the indirect Evans-Charles method.The composite's structure consists of rounded grains of NbC, which form a continuous skeleton, and the layers of copper bonding. The average size of grains and the intragrain layers of bonding is 1.8 μm and 1.1 µm, respectively.An analysis of the interaction zone between NbC and Cu via EDS method revealed the presence of a 0.5 μm thick zone of diffusion, resulting from the redistribution of Nb and Cu by limited solubility. The presence of the diffusion zone makes it possible to provide a solid interphase bonding and, accordingly, the high level of mechanical properties. The hardness and fracture toughness of the obtained material are 40 HRC and 24 MPa×м1/2, respectively.Given the phase composition and properties of the developed composite, it is recommended to apply it as an alternative for composites of the system WC‒Cu in the form of a monolithic material or coatings. A coating was applied using the method of electric-spark doping, using the manual installation MP-EL2. The coating's thickness is 30 μm, microhardness is ~500 MPa, and the friction coefficient against steel without lubrication is 0.04.The designed materials are recommended for use in friction pairs in the form of a monolithic material, or anti-friction coatings Исследована структура композитов на основе системы NbC с медной связкой, полученных путем пропитывания металлическим расплавом пористых карбидных каркасов в вакууме. С целью получения пористого каркаса порошок NbC со средними размером ~ 1 мкм замешивали на 5% -ном растворе каучука в бензине. После сушки смесь перетирали на сите в гранулы, которые прессовали в брикеты размерами 55×30×10 мм. Для обеспечения интенсификации процесса и смачиваемости пропитка проводилась при температуре 1400 °C. В результате был получен материал с мелкозернистой двухфазного структурой.Исследование микроструктуры проводили методом сканирующей электронной микроскопии (SEM), химического состава – методом энергодисперсионного анализа (EDS).Твердость измеряли по Роквеллу (шкала С), трещиностойкость непрямым методом Эванса-Чарльза.Структура композита состоит из округлых зерен NbC, которые образуют непрерывный скелет и прослоек медной связки. Средний размер зерен и межзеренных прослоек связки составляет 1,8 мкм и 1,1 мкм соответственно.Анализ зоны взаимодействия между NbC и Cu методом EDS позволил установить присутствие диффузионной зоны толщиной 0,5 мкм, полученной в результате перераспределения Nb и Cu путем ограниченной растворимости. Наличие диффузионной зоны позволяет обеспечить прочную межфазную связь и, соответственно, высокий уровень механических свойств. Твердость и трещиностойкость полученного материала составляют 40 HRC и 24 МПа×м1/2, соответственно.Учитывая фазовый состав и свойства разработанного композита, его рекомендуется применять как альтернативный для композитов системы WC–Cu в виде монолитного материала или покрытий. Покрытие наносили методом электроискрового легирования с использованием ручной установки МП-ЭЛ2. Толщина покрытия составляет 30 мкм, микротвердость ~ 500 МПа, а коэффициент трения по стали без смазки 0,04.Разработанные материалы рекомендуются для применения в парах трения в виде монолитного материала или покрытий антифрикционного назначения Досліджено структуру композитів на основі системи NbC з мідною зв’язкою, отриманих шляхом просочування металевим розплавом пористих NbC карбідних каркасів у вакуумі. З метою отримання пористого каркасу порошок NbC із середніми розміром ~ 1 мкм замішували на 5 %-ному розчині каучуку в бензині. Після сушіння суміш перетирали на ситі у гранули, які пресували у брикети розмірами 55×30×10 мм. Для забезпечення інтенсифікації процесу та змочуваності просочування проводилось за температури 1400 °C. У результаті було отримано матеріал із дрібнозернистою двофазовою структурою.Дослідження мікроструктури проводили методом скануючої електронної мікроскопії (SEM), хімічного складу – методом енергодисперсійного аналізу (EDS).Твердість вимірювали за Роквеллом(шкалаС), тріщиностійкість за непрямим методом Еванса-Чарльза. Структура композиту складається із округлих зерен NbC, які утворюють неперервний скелет та прошарків мідної зв’язки. Середній розмір зерен та міжзернових прошарків зв’язки становить 1,8 мкм та 1,1 мкм, відповідно. Аналіз зони взаємодії між NbC та Cu методом EDS дозволив встановити присутність дифузійної зони товщиною 0,5 мкм, яка утворюється внаслідок перерозподілу Nb та Cu шляхом обмеженої розчинності. Наявність дифузійної зони дозволяє забезпечити міцний зв'язок між фазами та, відповідно, високий рівень механічних властивостей. Твердість та тріщиностійкість отриманого матеріалу становлять 40 HRC та 24 МПа×м1/2,відповідно.Враховуючи фазовий склад та властивості розробленого композиту, його рекомендується застосовувати як альтернативний до композитів системи WC-Cu у вигляді монолітного матеріалу або покриттів. Покриття наносили методом електроіскрового легування із використанням ручної установки МП-ЭЛ2. Товщина покриття становить 30 мкм, мікротвердість ~ 500 МПа, а коефіцієнт тертя по сталі без змащування0,04.Розроблені матеріали рекомендуються для застосування в парах тертя у вигляді монолітного матеріалу або покриттів антифрикційного призначення |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|