Комплексные износостойкие борсодержащие термодиффузионные слои пониженной хрупкости

Перспективные НИОКР

Комплексные износостойкие борсодержащие термодиффузионные слои пониженной хрупкости

Область применения, аналоги, новизна и преимущества разработки: разработка относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке и может быть использована для изготовления диффузионно-упрочненных стальных деталей, имеющих повышенную долговечность при эксплуатации в условиях механического изнашивания.

Стадия разработки: мелкосерийное производство.

Риски инвестора, конкуренция на рынкфе: на сегодняшний день технология уникальна и не используется на рынке другими разработчиками. Для высокотемпературного роста кристаллов используются иридиевые тигли. Риски инвесторов сведены к минимуму, поскольку разработка прошла все необходимые испытания. Адаптация кристаллов к новым лазерным системам возможно в кратчайшие сроки.

Правовая защищенность объектов интеллектуальной собственности: патенты на изобретение BY 21805 от 2017.08.30 «Смесь для бороалитирования стальных деталей»; BY 21806 от 2017.08.30. «Смесь для бороалитирования стальных деталей»; EA 029930 от 2018.04.30. «Смесь для боросилицирования стальных деталей»

Научно-техническая значимость, описание: разработка направлена на снижение хрупкости борсодержащих термодиффузионных слоёв, повышения функциональных возможностей слоя за счет модификации слоя.

В рамках концепции снижения хрупкости предлагается реализация термодиффузионного двухкомпонентного насыщения из синтезированных (в том числе алюмотермическим способом) смесей, например реализация бороалитирования – процесса одновременного насыщения сталей бором и алюминием,а также реализация двухстадийной обработки, включающей предварительную подготовку поверхности и последующее термодиффузионное борирование.

Для бороалитирования представляется возможным получение диффузионных слоев  трех структурных типов:

– диффузионные слои близкие по структуре к алитированным;

– диффузионные слои близкие к однородным борированным;

– диффузионные слои, состоящие из конгломерата борированных и алитированных фаз.

Третий тип диффузионного слоя наиболее перспективен с точки зрения сохранения высокой твердости и снижения хрупкости. Общеизвестно, что при увеличении количества боридной составляющей в смеси структура стремится к борированной, следовательно, возрастает твердость и износостойкость, а при увеличении алитирующей – к алитированной, соответственно снижается хрупкость.

Преимущества рассматриваемого насыщения:

Введение алитирующей составляющей дополнительно обоснованно снижением окислительных процессов в смеси и на поверхности образца, особенно на первоначальном этапе, когда идет прогрев контейнера с насыщающей смесью. В этом случае идет интенсивное связывание алюминием кислорода в окислы, что благоприятно сказывается на кинетике насыщения и качестве диффузионных слоев.

Характерное резкое снижение хрупкости диффузионного слоя при бороалитировании, в сравнении с боридным, связано с формированием обособленных включений боридов в алюминидной матрице. В этом случае определяющим для избегания выкашивания боридов или хрупкого разрушения слоя является характеристика упругих свойств алюмининидов железа. Таким образом, с формированием конгломерата фаз предполагается частичное снижение и релаксация внутренних напряжений на межфазной границе и в структуре слоя при деформациях.

Общая структура слоя, полученная из разработанной  смеси состоит из нескольких зон ближе к поверхности это дисперсная смесь боридов и алюминидов железа, расслоившаяся фаза Fe₃Al, далее – твердый раствор B, Al в α-Fe. Микротвердость боридной фазы составляет  16 – 16,5 ГПа, твердых растворов 2,4 – 4,2 ГПа. 

Достигнуты результаты по  получению борсодержащих термодиффузионных слоев и их модификации за счет предварительной обработки,  в частности на полученной  предварительно медной подложки. В результате формируются дискретные термодиффузионные слои с нерегулярным рельефом.

Нетрадиционная структура слоя, кроме снижения хрупкости может способствовать, например, улучшению антифрикционных свойств диффузионного слоя. Такая структура достаточна перспективна для деталей работающих в парах трения, в этом случае включения меди могут частично выполнять роль смазки.

 Максимальное значение микротвердости у данных слоев достигается у поверхности образца и может составлять 18 ГПа, что свидетельствует о наличии фазы FeB. В структуре слоя имеются участки с микротвёрдостью 1,3 – 4,5 ГПа – участки основного металла и включений меди.

В результате исследований хрупкость рассматриваемых комплексных покрытий снижается, в частности хрупкость определенная по напряжению скола снижается 1,5..1,8 раза относительно традиционно борирования. Толщина слоя при этом образуется разная, однако, функционально, такие слои за счет снижения хрупкости показывают высокие  показатели износостойкости, что дает предпосылки считать данные варианты обработки перспективными в разрезе промышленного применения

Потребность в инвестициях. Инвестиционная привлекательность: стоимость проекта, а значит объем и график инвестиций, определяются техническим заданием Заказчика. Высокая добавленная стоимость изделий обеспечивает инвестиционную привлекательность проектов, использующих разработку.

Расположение фото:  Слева

Видео (файл): 

Связанные товары по фильтру:  []

Описание для анонса: 

Картинка для анонса: Array

Детальное описание: 

Область применения, аналоги, новизна и преимущества разработки: разработка относится к области металлургии, а именно к химико-термической обработке и может быть использована для изготовления диффузионно-упрочненных стальных деталей, имеющих повышенную долговечность при эксплуатации в условиях механического изнашивания.

Стадия разработки: мелкосерийное производство.

Риски инвестора, конкуренция на рынкфе: на сегодняшний день технология уникальна и не используется на рынке другими разработчиками. Для высокотемпературного роста кристаллов используются иридиевые тигли. Риски инвесторов сведены к минимуму, поскольку разработка прошла все необходимые испытания. Адаптация кристаллов к новым лазерным системам возможно в кратчайшие сроки.

Правовая защищенность объектов интеллектуальной собственности: патенты на изобретение BY 21805 от 2017.08.30 «Смесь для бороалитирования стальных деталей»; BY 21806 от 2017.08.30. «Смесь для бороалитирования стальных деталей»; EA 029930 от 2018.04.30. «Смесь для боросилицирования стальных деталей»

Научно-техническая значимость, описание: разработка направлена на снижение хрупкости борсодержащих термодиффузионных слоёв, повышения функциональных возможностей слоя за счет модификации слоя.

В рамках концепции снижения хрупкости предлагается реализация термодиффузионного двухкомпонентного насыщения из синтезированных (в том числе алюмотермическим способом) смесей, например реализация бороалитирования – процесса одновременного насыщения сталей бором и алюминием,а также реализация двухстадийной обработки, включающей предварительную подготовку поверхности и последующее термодиффузионное борирование.

Для бороалитирования представляется возможным получение диффузионных слоев  трех структурных типов:

– диффузионные слои близкие по структуре к алитированным;

– диффузионные слои близкие к однородным борированным;

– диффузионные слои, состоящие из конгломерата борированных и алитированных фаз.

Третий тип диффузионного слоя наиболее перспективен с точки зрения сохранения высокой твердости и снижения хрупкости. Общеизвестно, что при увеличении количества боридной составляющей в смеси структура стремится к борированной, следовательно, возрастает твердость и износостойкость, а при увеличении алитирующей – к алитированной, соответственно снижается хрупкость.

Преимущества рассматриваемого насыщения:

Введение алитирующей составляющей дополнительно обоснованно снижением окислительных процессов в смеси и на поверхности образца, особенно на первоначальном этапе, когда идет прогрев контейнера с насыщающей смесью. В этом случае идет интенсивное связывание алюминием кислорода в окислы, что благоприятно сказывается на кинетике насыщения и качестве диффузионных слоев.

Характерное резкое снижение хрупкости диффузионного слоя при бороалитировании, в сравнении с боридным, связано с формированием обособленных включений боридов в алюминидной матрице. В этом случае определяющим для избегания выкашивания боридов или хрупкого разрушения слоя является характеристика упругих свойств алюмининидов железа. Таким образом, с формированием конгломерата фаз предполагается частичное снижение и релаксация внутренних напряжений на межфазной границе и в структуре слоя при деформациях.

Общая структура слоя, полученная из разработанной  смеси состоит из нескольких зон ближе к поверхности это дисперсная смесь боридов и алюминидов железа, расслоившаяся фаза Fe₃Al, далее – твердый раствор B, Al в α-Fe. Микротвердость боридной фазы составляет  16 – 16,5 ГПа, твердых растворов 2,4 – 4,2 ГПа. 

Достигнуты результаты по  получению борсодержащих термодиффузионных слоев и их модификации за счет предварительной обработки,  в частности на полученной  предварительно медной подложки. В результате формируются дискретные термодиффузионные слои с нерегулярным рельефом.

Нетрадиционная структура слоя, кроме снижения хрупкости может способствовать, например, улучшению антифрикционных свойств диффузионного слоя. Такая структура достаточна перспективна для деталей работающих в парах трения, в этом случае включения меди могут частично выполнять роль смазки.

 Максимальное значение микротвердости у данных слоев достигается у поверхности образца и может составлять 18 ГПа, что свидетельствует о наличии фазы FeB. В структуре слоя имеются участки с микротвёрдостью 1,3 – 4,5 ГПа – участки основного металла и включений меди.

В результате исследований хрупкость рассматриваемых комплексных покрытий снижается, в частности хрупкость определенная по напряжению скола снижается 1,5..1,8 раза относительно традиционно борирования. Толщина слоя при этом образуется разная, однако, функционально, такие слои за счет снижения хрупкости показывают высокие  показатели износостойкости, что дает предпосылки считать данные варианты обработки перспективными в разрезе промышленного применения

Потребность в инвестициях. Инвестиционная привлекательность: стоимость проекта, а значит объем и график инвестиций, определяются техническим заданием Заказчика. Высокая добавленная стоимость изделий обеспечивает инвестиционную привлекательность проектов, использующих разработку.

Детальная картинка: