Самораспространяющийся высокотемпературный синтез литых безвольфрамовых композиционных материалов на основе комплексных боридов и формирование защитных покрытий на их основе

Разработаны научные и технологические основы получения литых безвольфрамовых металломатричных композиционных материалов (MКМ) на основе комплексных боридов (Mo2NiB2-Ni, Mo2FeB2-Fe) методами СВС-металлургии. Для получения литых заготовок MКМ в качестве исходного сырья выбраны высокоэкзотермические смеси термитного типа, способные гореть, продуктами горения которых являются литые композиты. Этот подход позволяет проводить синтез ММК в режиме горения. Термодинамический анализ показал, что высокая температура горения термитных смесей (до 3500°С) приводит к образованию жидкофазных продуктов горения. В оптимальных условиях под действием центробежной силы происходит сепарация расплавов металлической и оксидной (шлаковой) фаз продуктов горения и формирования литых заготовок МКМ. Для управления процессом центробежного СВС-литья, химическим составом, структурой и свойствами литых МКМ эффективными приемами являются вариация состава смесей, величина перегрузки и введение функциональных добавок. Обнаружено формирование двухуровневой композиционной структуры литых материалов. Отработанные технологические приемы получения литых МКМ на основе комплексных боридов методами СВС-металлургии показали, что с ростом массы исходной смеси выход металлической фазы в слиток возрастает, потери массы за счет диспергирования при горении уменьшаются, в центральной части крупных металлических слитков отмечено образование усадочных. Исследована возможность введения легирующих добавок непосредственно в состав СВС-смеси. Для этого в базовые составы, рассчитанные на получение MMC, вводили оксиды металлов Cr, V и Mn (Cr2O3, V2O5, MnO2). Расчетная концентрации легирующих компонентов в составе MMCs не превышала 5% мас. Анализ полученных данных свидетельствует, что при введении всех трех легирующих компонентов наблюдается существенное изменение микроструктуры и морфологии структурных элементов. Следует отметить, что введение Cr и V не только сильно влияет на формирование микроструктуры композита, но и оказывает влияние на формирование типа структуры кристаллической решетки боридной фазы. Видно, что происходит смена типа решетки с отроромбической на тетрогональную, обеспечивая более высокую плотность упаковки атомов. На базе полученных результатов впервые осуществлена центробежная СВС-наплавка литого MКМ на основе комплексных боридов (Мо2NiB2, Мо2FeB2) на стальную и титановую (ВТ20) основу. Найдены оптимальные условия для формирования литых покрытий равномерно распределённых по поверхности основы с высотой слоя от 2 до 6 мм. Выявлено, что на границе покрытие/(Fe, Ti)-основа формируется переходная зона толщиной 0,2 - 0,25 мм, которая обеспечивает прочное сцепление покрытия с основой. Состав материала в переходной области формируется из целевых элементов исходной смеси и материала основы (Fe, Ti). Твердость синтезированных покрытий составляла 800 - 1200 HV. Выявлено, что значения твердости сильно зависят от высоты формируемого покрытия.