Дослідження механічних властивостей і зносостійкості плазмових покриттів на основі інтерметаліду Fe-Al

Abstract

Наведено дослідження механічних характеристик та абразивної стійкості плазмових покриттів на основі інтерметаліду Fe-Al. Покриття отримували методом плазмового напилення з використанням порошків на основі алюмініду заліза систем Fe3Al, Fe-AlMg та Fe-TiAl, отриманих методом механохімічного синтезу. Механічні характеристики (твердість та модуль пружності) покриттів визначали методом мікроіндентування. Встановлено, що твердість покриттів лежить у межах 2,9…5,4 ГПа, модуль пружності — 80…100 ГПа. Показано, що газоабразивна стійкість всіх випробуваних покриттів за кімнатної температури перевищує в 1,4…4,3 раза зносостійкість сталі Ст3; при терті об нежорстко закріплені абразивні частинки стійкість покриттів перевищує стійкість сталі Ст3 у 2,1…3,8 раза. В умовах газоабразивного зношування за температури 550 °С стійкість покриттів Fe3Al, Fe-AlMg та Fe-TiAl перевищує стійкість сталі Ст3 у 2,2…3,1 раза; стійкість покриттів Fe3Al і Fe-TiAl за цих умов перевищує стій-кість теплостійких сталей в 1,2…1,5 раза. У всіх випадках найбільшу зносостійкість має покриття Fe3Al, що пов’язано з його низькою пористістю та малим вмістом крихких фаз у покритті. Оцінка взаємозв’язку механічних властивостей покриттів зі зносостійкістю показала, що зносостійкість покриттів підвищується зі збільшенням їх модуля пружності. На підставі проведених досліджень показано можливість використання покриттів на основі Fe-Al для захисту та зміцнення деталей та конструкцій, що працюють в умовах абразивного зношування за температур від 20 до 550 °С.

Studies of the mechanical characteristics and abrasive resistance of FeAl-based plasma sprayed coatings are present-ed. Coatings were obtained by plasma spraying method using iron aluminide powders of Fe3Al, Fe-AlMg and Fe-TiAl sys-tems. The powders were prepared by mechanochemical synthesis. The mechanical characteristics (hardness and elastic modulus) of the coatings were determined by microindentation method. It has been found that the hardness of the coatings is in the range of 2.9…5.4 GPa, the elastic modulus is in the range of 80…100 GPa. It is shown that the gas-abrasive resistance of all tested coatings at room temperature exceeds the wear resistance of St3 steel 1.4…4.3 times; when dry abrasive/rubber wheel testing the resistance of the coatings exceeds the resistance of St3 2.1…3.8 times. The resistance of Fe3Al, Fe-AlMg and Fe-TiAl coatings is higher 2.2…3.1 times than resistance of St3 steel under conditions of gas-abrasive wear at a temperature of 550 °C; the resistance of Fe3Al and Fe-TiAl coatings under the same conditions exceeds the resistance of heat-resistant steels 1.2…1.5 times. In all cases Fe3Al coating has the high-est wear resistance because of low porosity and low content of brittle phases in the coating. An assessment of the relationship between the mechanical properties of coatings and wear resistance showed that the wear resistance of coatings increases with an increasing of their elastic modulus. Based on the results of studies the possibility of using FeAl-based coatings for the protection and hardening of parts and constructions operating under conditions of abrasive wear at temperatures range from 20 to 550 °C is shown.