Разработка научных и технологических основ проектирования многофункциональных покрытий с использованием технологии наплавки мощным электронным пучком, выведенным в воздушную атмосферу

За отчетный период выполнения проекта были проведены технологические эксперименты по формированию методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки покрытий, химический состав которых соответствует высоколегированным коррозионностойким (жаростойким) сплавам. В состав наплавляемой порошковой смеси входили основные компоненты Ni, Cr, Mo, Nb(Cu) и Ti. Концентрационные пределы которых выбирались таким образом, чтобы обеспечить максимальный пассивирующий эффект у разрабатываемого материала при его эксплуатации в условиях воздействия агрессивных сред как при комнатной температуре, так и в условиях нагрева. С целью создания высокопрочных поверхностных слоев, наплавляемые порошковые композиции легировали аморфным бором в количестве 10, 20 и 30 %. В процессе наплавки формировались одно и двухслойные покрытия. Структура и фазовый состав полученных покрытий были исследованы с использованием методов оптической и растровой электронной микроскопии, а также рентгенофазового анализа. Установлено, что одо- и двухслойные покрытия, полученные при наплавки композиций Ni-Cr-Mo-Nb(Cu)-Ti обладают дендритным строение. Рентгеноструктурный анализ свидетельствует о наличии 􀀀-твердого раствора, полученного в результате взаимодействия компонентов наплавочной порошковой смеси. Легирование поверхностных слоев 10 % аморфного бора приводит к образованию боридов Cr5B3, и (Fe, Cr)2B. Увеличение концентрации бора приводит к формированию первичных боридов Fe2B, Cr2B, концентрация которых достигае 95 %. Данные структурные превращения оказывают непосредственное влияние на физико-механические свойства покрытий. Наплавка порошковых смесей Ni-Cr-Mo-Nb(Cu)-Ti приводит к повышению микротвердости до 650 HV, что в два раза превышает микротвердость хромоникелевой аустениной стали. Микротвердость борированных слоев достигает 2100 HV. При испытании исследуемых покрытий на ударную вязкость установлено снижение ударной вязкости композиции «основной материал-покрытие» в два раза. Максимальный уровень ударной вязкости наблюдается в однослойных покрытиях (160 Дж/см2). Поверхность разрушения данных материалов характеризуется «чашечной» морфологией. Микрообъемы аустенитной матрицы разрушаются с образованием мелких ямок, слияние которых происходит в процессе разрушения. Армирование поверхностного слоя боридными частицами приводит к снижению уровня ударной вязкости до 105 Дж/см2. Анализ прочностных характеристик наплавленных слоев показал, что значения временного сопротивления при растяжении таких покрытий достигает 􀀀 780 МПа, в то время как прочность стали 12Х18Н9Т составляет 550 МПа. Положительный эффект от электронно-лучевого способа формирования слоев на конструкционных сталях наблюдается при испытании материалов на коррозионную стойкость. Вневакуумная электронно-лучевая наплавка борсодержащих материалов позволяет сохранить и повысить уровень коррозионной стойкости исходных материалов в растворах азотной кислоты. Экспериментальные исследования свидетельсвуют о четырехкратном увеличении коррозионной стойкости разрабатываемых материалов по сравнению с хромоникелевой аустенитной сталью 12Х18Н9Т.