Создание коррозионно-износостойких покрытий методом синтеза интерметаллидного слоя из монометаллических порошков в процессе лазерно-термического воздействия для изделий машиностроения

Цель работы: Разработка научных основ и создание комплексной технологии получения износостойких и коррозионно-стойких интерметаллидных композиционных покрытий систем Fe-Al, Ni-Al, Ti-Al, Ti-Ni и объемных аддитивных материалов с управляемым составом и структурой с использованием холодного газодинамического напыления прекурсорного покрытия и последующей термической и лазерной обработкой. Теоретическая значимость и научная новизна исследования обоснована тем, что: 1. Разработаны теоретические положения и установлены режимы создания на конструкционной стали и титановых сплавах интерметаллидного слоя с высокой адгезионной прочностью и управляемым составом; 2. Впервые экспериментально установлены оптимальные режимы формирования прекурсорного покрытия составов Al, Al-Al2O3, Ni-Ti, Ni-Al на основе монометаллических порошков с гарантированной толщиной в три четверти высоты трека методом холодного газодинамического напыления; 3. Установлено, что коррозионно-стойкая защита от воздействия жидкого свинца осуществляется за счет интерметаллидного слоя Fe-Al толщиной 300 мкм без наличия трещин; 4. Экспериментально подтвержден подход к управлению составом синтезированного слоя, который заключается в варьировании толщины прекурсорного покрытия и скорости сканирования лазерного луча; 5. Разработаны принципы управления составом базового слоя Fe-Ni за счет введения в прекурсорное никелевое покрытие Cr, Co, Al, заключающиеся в варьировании толщины прекурсорного покрытия и глубины ванны расплава; 6. Впервые экспериментально показано, что введение в состав прекурсорного никелевого покрытия (дисперсных частиц WC, SiC, B4C), нанесенного на титан, при лазерной обработке сопровождается их полным или частичным разложением с образованием упрочняющей фазы TiC, что обеспечивает повышение микротвердости в 2 раза; 7. Экспериментально установлено, что использование лазерной обработки поверхности титана с предварительно нанесенным никелевым прекурсорным покрытием обеспечивает синтез интерметаллида системы Ni-Ti, что сопровождается повышением износостойкости; 8. Впервые экспериментально установлены условия формирования аддитивного композиционного материала интерметаллид-керамика методом холодного газодинамического напыления с последующей термической обработкой, обеспечивающие содержание керамической составляющей более 50 %. Разработана концепция синтеза интерметаллидных и композиционных (интерметаллид-керамических) покрытий на поверхности стали для повышения коррозионной стойкости, и на поверхности титанового сплава для повышения износостойкости и коррозионной стойкости за счет применения двухстадийной технологии, включающей нанесение прекурсорного покрытия методом холодного газодинамического напыления, и последующую лазерную или термическую обработку поверхности, отличающуюся тем, что для получения прекурсорного покрытия используются монометаллические порошки чистых металлов. Предложены новые подходы к созданию износостойких интерметаллидных покрытий на поверхности титановых сплавов при лазерной обработке прекурсорного покрытия, содержащего керамическую карбидную компоненту, за счет синтеза в ванне расплава композиционной структуры с интерметаллидной матрицей и образования нового керамического соединения на основе карбида титана. Установлены технологические параметры управления составом коррозионно-стойкого слоя на основе пластичной базовой системы Fe-Ni, которая дополнительно легируется Cr, Co, Al в заданном соотношении для достижения требуемого уровня свойств.