Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАТЕРІАЛОЗНАВСТВА ім. І.М. Францевича

Автореферат

Розробка композиційних матеріалів систем TiCrC і TiCrB₂ з металевими зв'язками для нанесення зносостійких покриттів

Коновал Володимир Павлович

Київ - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті проблем матеріалознавства

ім. І.М. Францевича НАН України.

Науковий керівник: доктор технічних наук

Уманський Олександр Павлович,

Інститут проблем матеріалознавства

ім. І.М. Францевича НАН України, м. Київ,

провідний науковий співробітник.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук

Спиридонова Ірина Михайлівна

Дніпропетровський національний університет,

професор кафедри металофізики;

доктор технічних наук

Волкогон Володимир Михайлович

Інститут проблем матеріалознавства

ім. І.М. Францевича НАН України, м. Київ,

завідувач відділу інструментального

матеріалознавства.

ЗАГАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ РОБОТИ

Актуальність теми. Важливим завданням сучасного матеріалознавства є створення нових матеріалів з високим рівнем фізико-механічних і експлуатаційних властивостей. Використання композиційних матеріалів (КМ) на основі тугоплавких сполук в різноманітних галузях промисловості дозволяє значно підвищити ефективність роботи техніки. Маючи високу твердість, міцність, зносо- і корозійну стійкість та низьку щільність перспективними є матеріали на основі карбіду і дибориду титану-хрому. Але поряд з високими міцністними характеристиками ці матеріали мають високу крихкість, а тому їх ефективне використання можливе в комплексі з металевими зв'язками. В якості металевих зв'язок перспективними є сплави на основі заліза, оскільки мають невисоку вартість, недефіцитність, а також дозволяють більш ефективно використовувати матеріали на основі тугоплавких сполук для нанесення газотермічних та електроіскрових покриттів на стальні деталі. Використання матеріалів даного класу у вигляді покриттів забезпечує значну економію дорогих матеріалів і при цьому ефективно захищає робочі поверхні деталей від зношування.

Основними проблемами, які знижують ефективність застосування матеріалів на основі тугоплавких сполук для нанесення газотермічних покриттів, є складність реалізації матеріалу в покритті внаслідок протікання дифузійних процесів між компонентами матеріалу покриття і основи, і як наслідок, низька адгезійна міцність, висока крихкість.

Для створення конкурентноспроможних композиційних матеріалів необхідне вивчення закономірностей структуроутворення, визначення складу, оптимального співвідношення структурних складових і технології отримання з послідуючим випробуванням розроблених матеріалів, як в компактному виді, так і у вигляді покриттів в різноманітних умовах. Виходячи з вищесказаного, була висунута гіпотеза про доцільність розробки композиційних матеріалів на основі подвійного карбіду і дибориду титану-хрому із металевими зв'язками на основі заліза для нанесення покриттів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась у відповідності з державними планами і програмами Інституту проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України: 1.“Закономірності структуроутворення та фазових взаємодій в композитах на основі безкисневих тугоплавких сполук бору, алюмінію, кремнію і структурна чутливість їх до контактної міцності та опору абразивному зношуванню” (шифр теми 1.6.2.5-03, № держреєстрації 0103U003760); 2.“Структурні і фазові перетворення при консолідації і термомеханічних впливах у високотемпературних корозійностійких матеріалах і покриттях на основі безкисневих тугоплавких сполук (шифр теми ІІІ-3-06, № держреєстрації 0106U004138); 3.“Функціонально-градієнтні та шаруваті структури на основі тугоплавких сполук кремнію, бору, алюмінію” (шифр теми Ц/9-02, № держреєстрації 0102U001261); 4.“Розробка фізико-хімічних принципів поверхневої структурної інженерії нових композиційних матеріалів і формування з них високостійких покриттів з оптимальною зеренною та гетерофазною структурою” (шифр теми Ц/16-02, № держреєстрації 0102U001253).

Мета і задачі дослідження. Метою даної роботи є розробка композиційних матеріалів і покриттів з підвищеною зносостійкістю на основі карбіду і дибориду титану-хрому із зв'язкою на основі сплавів заліза шляхом фізико-хімічного дослідження адгезійної взаємодії, структуроутворення та вивчення особливостей трибологічної поведінки плазмових і електроіскрових покриттів. композиційний матеріал зносостійкість покриття

Для досягнення поставленої мети в роботі вирішуються наступні задачі:

1. Вивчення кінетики змочування та механізму контактної взаємодії в системах TiCrC (TiCrB₂) - (Fe-Cr(Ni)), вибір оптимального складу та технологічних параметрів виготовлення композиційних матеріалів у вигляді гранульованих порошків та компактних електродів.

2. Вивчення складу, структури, фізико-механічних, фізико-хімічних та триботехнічних властивостей розроблених матеріалів.

3. Визначення структури, складу, особливостей формування плазмових та електроіскрових покриттів на сталях і титанових сплавах.

4. Вивчення трибологічної поведінки розроблених покриттів в умовах тертя-ковзання без змащування і фреттінг-корозії з урахуванням режимів тертя, способів нанесення і матеріалу покриття.

5. Видача практичних рекомендацій.

Об'єкт дослідження: контактна взаємодія в системах «TiCrC (TiCrB₂)-(Fe-Cr(Ni))», композиційні матеріали і покриття на основі подвійного карбіду (дибориду) титану-хрому.

Предмет дослідження: кінетика контактних кутів змочування металевим сплавом тугоплавкої сполуки, визначення оптимальних складів металевих зв'язок композиційних матеріалів, підвищення зносо- і корозійної стійкості, експлуатаційних властивостей композиційних матеріалів і покриттів на їх основі. Процес формування плазмових і електроіскрових покриттів із розроблених КМ; склад, структура, фізико-механічні і триботехнічні властивості розроблених матеріалів і покриттів на їх основі.

Методи дослідження: змочування і контактна взаємодія тугоплавких сполук рідкими сплавами досліджувалося на вакуумній установці методом “лежачої” каплі. Достовірність результатів забезпечується з одного боку, статистичною обробкою одержаних даних, а з другого - застосуванням комплексу сучасних експериментальних та аналітичних методів, які взаємно доповнюються: рентгенофазовим аналізом (РФА), електронною мікроскопією, мікрорентгеноспектральним аналізом (МРСА), вимірюванням фізико-механічних та фізико-хімічних властивостей. Вивчення триботехнічних властивостей проводилось в умовах сухого тертя за схемами «вал-вкладиш», «диск-палець», а також при фреттінг-корозії і абразивному зносі.

Наукова новизна отриманих результатів:

1. Вперше проведено системне дослідження процесів змочування і вивчення механізму контактної взаємодії карбіду і дибориду титану-хрому з металевими сплавами на основі заліза (Fe-Cr, Fe-Ni). Встановлено, що дані системи характеризуються інтенсивним змочуванням (значення контактних кутів И << 90^о) з утворенням взаємних обмежених твердих розчинів, які забезпечують високий адгезійний зв'язок між металевим сплавом і тугоплавкою складовою. На основі виявлених особливостей міжфазної взаємодії вибрані оптимальні склади нових композиційних матеріалів з заданою структурою.

2. Розроблено нові композиційні матеріали системи TiCrC-(Fe-Cr) і TiCrB₂-(Fe-Cr), які мають гетерофазну дрібнодисперсну структуру, фізико-механічні властивості близькі до властивостей стандартних твердих сплавів. Показано, що наявність в матеріалі Fe-Cr зв'язки підвищує його корозійну та зносостійкість і знижує коефіцієнти тертя.

3. Встановлено основні закономірності формування плазмових і електроіскрових покриттів із розроблених композиційних матеріалів на сталі 30ХГСА і титановому сплаві ВТ3-1. Електроіскрове легування характеризується коефіцієнтом масопереносу до 53 %, наявністю якісного адгезійного контакту між покриттям і основою та відмінністю складу покриття від складу легуючого електроду. Плазмові покриття мають гетерофазну градієнтну структуру із рівномірним розподілом фаз і склад, близький до вихідного матеріалу.

4. Встановлено особливості трибологічної поведінки розроблених електроіскрових і плазмових покриттів на сталях (30ХГСА, ХВГ) і титановому сплаві (ВТ3-1) в умовах фреттінг-корозії, абразивного зносу, тертя-ковзання без змащування за схемою «диск-палець» в співставленні з традиційними покриттями із металевих (ВКНА) і твердих сплавів (ВК): розроблені покриття суттєво переважають по зносостійкості покриття із металевих сплавів та зразки без покриття і знаходяться на рівні покриттів із стандартних твердих сплавів; при випробуваннях в парі “покриття - покриття” знос менший ніж в парі “покриття - сталь”.

Практичне значення отриманих результатів. На основі проведених досліджень по змочуванню і контактній взаємодії тугоплавких сполук TiCrС і TiCrВ₂ із сплавами на основі заліза розроблено нові композиційні матеріали з високим рівнем властивостей. Дано рекомендації по використанню розроблених матеріалів для нанесення електроіскрових і плазмових покриттів на деталі поліграфічної, паперової, текстильної промисловості, авіаційної, автомобільної та сільськогосподарської техніки. Показано, що плазмові і електроіскрові покриття із розроблених матеріалів можуть суттєво підвищити зносостійкість деталей, які працюють в умовах інтенсивного зносу: при фреттінг-корозії зносостійкість збільшується в 6-10 раз, в умовах абразивного зносу - в 7-9 раз. Електроіскрове легування розробленими КМ сопла струменевоабразивної установки збільшувало термін його експлуатації в 3,3…3,7 рази, деталей транспортерів поліграфічних верстатів - збільшує ресурс їхньої роботи в 2...2,5 рази у порівнянні з деталями із плазмовими покриттями (ПГ-СР3, ВК15). Стендові випробування деталей шасі авіаційної техніки, зміцнених плазмовими покриттями із розробленого на основі TiCrB₂ КМ збільшувало термін їх експлуатації в 2,5…3 рази у порівнянні з традиційно використовуваними молібденовими покриттями.

Особистий внесок здобувача. Здобувачем досліджено механізм контактної взаємодії в системах «TiCrC (TiCrB₂) - (Fe-Cr(Ni))», вивчено склад і структуру зони взаємодії. Методом спікання і гарячого пресування отримані композиційні матеріали у вигляді компактних зразків, електродів для ЕІЛ та композиційних порошків для газотермічного напилення. Визначено склад, структура, фізико-механічні, фізико-хімічні, триботехнічні властивості матеріалу. Нанесено електроіскрові і плазмові покриття на зразки із сталі і титанового сплаву. Визначено параметри масопереносу при ЕІЛ, триботехнічні характеристики, склад і структура електроіскрових і плазмових покриттів.

Аналіз складу і структури зон взаємодії при змочуванні та вибір оптимального складу КМ зроблений спільно з А.Д. Панасюк, вивчення корозійних властивостей проведено з В.О. Лавренко. Вивчення особливостей формування електроіскрових і плазмових покриттів із розроблених матеріалів та обґрунтування впливу вторинних структур, які утворюються в процесі трибоокиснення, на характер тертя і зношування покриттів проведено спільно з І.О. Підчерняєвою і А.Д. Панасюк. Триботехнічні випробування проводили О.Д. Костенко, В.О. Краля (НАУ), О.М.Маковкін (ХНУ), результати мікрорентгеноспектрального аналізу отримані В.П. Смірновим.

Апробація результатів дисертації. Роботу виконано в інституті проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України. Основні наукові положення дисертації були предметом обговорення на міжнародних конференціях “Современное материаловедение: достижения и проблемы” (26-30 вересня 2005р, Київ, Україна); “Принципы и процессы создания неорганических материалов” (III Самсоновские чтения), (12-15 квітня 2006 р, Хабаровськ, Росія); “Новые материалы и технологии: порошковая металургия, композиционные материалы, защитные покрытия” (16-17 травня 2006 р, Мінськ, Білорусія); “Инженерия поверхности и реновация изделий” (30 травня - 1 червня 2006 р, Ялта, Україна); “СIMTEC 2006” (4-9 червня 2006 р, Ачіреале, Сіцілія, Італія); “Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследование, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий” (18-22 вересня 2006 р, Жуковка, Україна); “HighMatTech 2007” (15-19 жовтня 2007 р, Київ, Україна).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 16 робіт, з них 7 - у фахових журналах, 7 тез доповідей на конференціях, а також 2 патенти України.

Структура і об'єм дисертації. Дисертація складається з вступу, 6 розділів, висновків, списку використаної літератури. Роботу викладено на 180 сторінках, вона містить 80 рисунків і 21 таблицю. Список використаних літературних джерел налічує 166 найменувань.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі викладено актуальність теми дослідження, сформульовано мету та завдання дисертації, розкрито наукову новизну і практичну цінність отриманих результатів.

У першому розділі представлено літературні дані стосовно будови, способів отримання, фізико-хімічних, фізико-механічних властивостей карбідів та боридів титану і хрому. Показано, що вони є перспективними складовими для створення зносо- і корозійностійких композиційних матеріалів.

Представлено дані по контактній взаємодії в системах «карбід, борид титану і хрому - металевий сплав». Існує досить багато даних по змочуванню тугоплавких сполук даного класу сплавами на основі нікелю, молібдену, міді, тоді як по змочуванню сплавами на основі заліза даних практично немає.

Розглянуто склад, властивості та галузі застосування карбідів, боридів титану і хрому. В чистому вигляді розглянуті тугоплавкі сполуки, внаслідок високої крихкості, мають обмежені галузі застосування. Досить широко в інструментальному виробництві застосовуються композиційні матеріали на основі карбідів, боридів титану і хрому із Ni, Ni-Mo, Ni-Cr, Ni-P зв'язками.

Представлено матеріали на основі тугоплавких сполук, які найчастіше використовуються для напилення та розглянуті способи отримання покриттів із тугоплавких сполук. Перспективними методами отримання покриттів із тугоплавких сполук є плазмове напилення, яке дозволяє отримувати покриття товщиною до 1 мм з міцністю зчеплення до 80 МПа, пористістю 2-15 % при продуктивності до 25 кг/год, і електроіскрове легування, яке характеризується низькою енергоємністю, простотою процесу і обладнання у поєднанні з високою ефективністю збільшення рівня фізико-механічних властивостей поверхні. Для газотермічного напилення широко використовуються металеві сплави (FeCr, NiCr, NiCrAl) та матеріали на основі тугоплавких сполук (Al₂O₃; Cr₃C₂-NiCr; WC-Co, Ni). Покриття на основі металевих сплавів мають відносно низьку зносостійкість, тоді як покриття із вольфрамових твердих сплавів мають невисоку стійкість до високотемпературної корозії, високу щільність, вартість і дефіцитність.

Для електроіскрового легування використовують електроди із чистих металів (Мо, Cr), сплавів (FeCr, FeC, NiCr, NiMo) і твердих сплавів (ВК3, ВК6, ВК8, Т5К10, Т15К6, Т30К4 та ін.). При використанні металевих електродів не вдається отримати покриття з необхідними високими експлуатаційними характеристиками. Тверді сплави внаслідок високої ерозійної стійкості мають досить низький коефіцієнт масопереносу. Окремі тугоплавкі сполуки, в порівнянні з твердими сплавами конкурентноспроможні по твердості отримуваних покриттів, але поступаються їм по товщині і зносостійкості внаслідок високої крихкості.

Тому створення нових зносо- і корозійностійких, високотехнологічних, відносно недорогих і недефіцитних матеріалів, які могли б ефективно використовуватись для нанесення плазмових і електроіскрових покриттів, є актуальною задачею і перспективним напрямком роботи.

У другому розділі викладені методики дослідження, представлені характеристики вихідних матеріалів. Вихідні зразки TiCrC і TiCrB₂ для змочування були отримані методом гарячого пресування. Тугоплавку основу змочували залізом та сплавами Fe-Cr, Fe-Ni, які отримано вакуумним переплавом в печі СШВ. Кінетика змочування вивчалась методом “лежачої” каплі. Дослідження продуктів взаємодії в зоні контакту “тверда - рідка” фази проводилось мікроренгеноспектральним аналізом.

Компактні зразки розроблених КМ ТХКФ-30 (TiCrC - 30 % (Fe-15 % Cr)) і ТХБФ-30 (TiCrB₂-30 % (Fe-15 % Cr)) та електроди для електроіскрового легування (ЕІЛ) були отримані методом гарячого пресування в графітових прес-формах на установці з індукційним нагрівом. На отриманих зразках композитів вивчались структура, склад, фізико-механічні, корозійні та триботехнічні властивості. Порошки для плазмового напилення отримували методом спікання з наступним подрібненням та просівом, що забезпечує гранулометричний склад 40…60 мкм.

ЕІЛ здійснювали на установці “Елітрон-21”. Кінетику масопереносу вивчали гравіметричним методом з точністю 10^-4 г, вимірюючи питомий (?к) та сумарний (??к) приріст маси катоду, питому (?а) та сумарну (??а) ерозію аноду через кожну хвилину обробки 1 см² поверхні. Плазмові покриття наносили на установках УПУ-3Д і УПУ-8М.

Для вивчення складу та структури покриттів використовували металографічний, рентгено-фазовий, мікрорентгеноспектральний аналізи. Триботехнічні властивості вивчали в умовах фреттінг-корозії, абразивного зносу, сухого тертя за схемою “диск - палець”. Міцність зчеплення плазмових покриттів з основою визначали штифтовим методом.

Фазовий аналіз проводили на дифрактометрі ДРОН-2, дослідження мікроструктури - на оптичному мікроскопі МІМ-8, мікроаналізаторах “Camebax SX-50” і “Superprobe-750”. Мікротвердість вимірювали на приладі ПМТ-3, стійкість матеріалів до високотемпературного окиснення вивчали на дериватографі ОД-103. Електрохімічну корозію зразків вивчали в 3 % розчині NaCl при 20 ^оС в електролітичній комірці з анодом із досліджуваного матеріалу і платиновим катодом за допомогою потенціодинамічного методу поляризаційних кривих з використанням потенціостатів ПИ50-1 і П5848. Механічні властивості оцінювали за стандартними методиками. Триботехнічні характеристики (коефіцієнт тертя f і інтенсивність зношування І) досліджено на машинах тертя МТ-68 (вал-вкладиш), МФК-1 (фреттінг-корозія), модернізованій машині УМТ-2168 (диск - палець).

В третьому розділі методом «лежачої» каплі вивчено кінетику змочування та механізм контактної взаємодії тугоплавких сполук титану (TiCrC, TiCrB₂) з залізом та сплавами Fe-Cr, Fe-Ni. Досліджено мікроструктуру вихідних компонентів і продуктів їхньої взаємодії, а також проведено кількісний і якісний аналіз фаз, що утворюються в результаті взаємодії.

При змочуванні подвійного карбіду титану-хрому чистим залізом на його поверхні утворюється контактний кут 11⁰. Мікроструктура зони взаємодії характеризується утворенням в каплі твердих розчинів Fe-C та евтектики (рис. 1), що підвищує крихкість металевої фази і робить недоцільним використання чистого заліза в якості металевої зв'язки.

Введення в залізо добавок хрому в концентраційному інтервалі 2-30 % приводить до зменшення значень контактних кутів (табл. 1). Зона взаємодії має гетерофазну структуру на основі зерен TiCrC, між якими знаходяться прошарки сплаву Fe-Cr (рис. 2). При взаємодії відбувається незначна дифузія хрому з тугоплавкої фази в металевий сплав, інтенсивність якої зменшується із збільшенням вмісту хрому в сплаві.

Введення в залізо добавок нікелю також приводить до зниження значень контактного кута змочування (табл. 1). Для системи TiCrC-(Fe-Ni) характерна хімічна взаємодія, яка приводить до утворення в зоні контакту обмежених твердих розчинів (до 1 % заліза в TiCrC і хрому в сплаві Fe-Ni).

При змочуванні дибориду титану-хрому залізом контактний кут змочування становить 100^о. Мікроструктура контактної зони взаємодії і каплі гетерофазна з виділеннями боридів заліза та евтектики. Невеликі добавки хрому (2 %) сприяють зниженню контактного кута змочування до 10^о. Із збільшенням вмісту хрому (область концентрацій 13-17 %) спостерігалося зменшення контактного кута до ~0^о (табл. 2). При вмісті в сплаві 2-10 % хрому під час взаємодії зі складним диборидом відбувається часткове розчинення хрому із боридної фази в сплаві з утворенням тонкого бар'єрного шару, який складається із TiВ₂. Для сплавів із вмістом хрому більше 13 % явище дифузії хрому із боридної фази в сплав не спостерігається. Зона взаємодії представляє собою гетерофазну структуру, яка складається із зерен TiCrВ₂ і прошарків сплаву Fe-Cr (рис. 3а, б).

При введенні в залізо добавок нікелю відбувається зниження величини контактних кутів змочування (табл. 2). При взаємодії сплавів Fe-Ni з складним диборидом відбувається часткове розчинення хрому із боридної фази в сплаві з утворенням бар'єрного шару TiВ₂. Із збільшенням вмісту нікелю в сплаві інтенсивність дифузії хрому з боридної фази в сплав зменшується. Також зменшується ширина бар'єрного шару, і при вмісті нікелю в сплаві ?27 % він практично відсутній (рис. 3 в). Зона взаємодії досліджених систем має гетерофазну дрібнозернисту структуру, яка складається із зерен боридної фази і прошарків сплаву Fe-Ni легованого хромом.

Таблиця 1

Енергетичні параметри змочування подвійного карбіду титану-хрому залізом та сплавами Fe-Cr, Fe-Ni (вакуум 1,33 мПа, Т = 1550^оC).

Таблиця 2

Енергетичні параметри змочування дибориду титану-хрому залізом та сплавами Fe-Cr, Fe-Ni (вакуум 1,33 мПа, Т = 1550^оС)

Досліджені системи характеризуються інтенсивним змочуванням (значення контактних кутів И << 90^о) з утворенням взаємних обмежених твердих розчинів, які забезпечують високий адгезійний зв'язок металевих сплавів із тугоплавкою складовою. Встановлено, що змінюючи склад сплаву можна регулювати інтенсивність дифузії хрому із тугоплавкої сполуки в металевий сплав. Мінімальна дифузія хрому і практично повне збереження вихідного складу тугоплавкої складової і металевого сплаву, близькі до нульових контактні кути змочування та високий адгезійний зв'язок каплі і підкладки спостерігається при використанні сплавів на основі заліза з вмістом 15-20 % хрому або 20-25 % нікелю, які є оптимальними для використання в якості металевих зв'язок.

Четвертий розділ присвячений дослідженню складу, структури, механічних (табл. 3), триботехнічних (рис. 4) та корозійних властивостей розроблених композиційних матеріалів. Розроблені матеріали мають гетерофазну дрібнозернисту структуру, в якій овальні зерна тугоплавкої фази зв'язані між собою тонкими прошарками металевого сплаву (рис. 5). Механічні і триботехнічні властивості розроблених композиційних матеріалів знаходяться на рівні властивостей стандартних твердих сплавів (табл. 3).

В умовах тертя-ковзання без змащування для сполук TiCrC і TiCrB₂ та композиційних матеріалів на їх основі характерне зниження коефіцієнтів тертя і відносної зносостійкості зі збільшенням швидкості тертя і навантаження. Розроблені композиційні матеріали, у порівнянні з чистими тугоплавкими сполуками, мають нижчі значення зносу і коефіцієнтів тертя (рис. 4) При випробуваннях на довготривалий знос, після припрацювання, відносна зносостійкість розроблених матеріалів має постійне значення 1-2 мкм/км .

Таблиця 3

Механічні та триботехнічні властивості розроблених композиційних матеріалів і стандартних твердих сплавів

В роботі були досліджені особливості корозії в морській воді карбідів і боридів титану і хрому, а також розроблених КМ, які в морській воді мають порівняно високу корозійну стійкість завдяки утворенню на їх поверхні стійких оксидних шарів CrO, Cr₂O₃, TiO, TiO₂. При нагріві на повітрі до 1000 ^оС розроблені матеріали в компактному вигляді практично не окиснюються, а утворення на їх поверхні оксидів титану і хрому повинно захищати матеріал від окиснення при подальшому нагріві. В цілому розроблені КМ характеризуються високим рівнем властивостей і можуть використовуватись для виготовлення деталей, але в теперішній час більш ефективним і економічно обґрунтованим є використання розроблених матеріалів для нанесення покриттів.

У п'ятому розділі вивчались особливості формування плазмових і електроіскрових покриттів із розроблених КМ на сталі і титановому сплаві, а також їх склад, структура, механічні та триботехнічні властивості.

Плазмові покриття із розроблених матеріалів, отримували на зразках із сталі 30ХГСА і титанового сплаву ВТ3-1. Отримані покриття мають товщину 150-700мкм, гетерофазну структуру із достатньо рівномірним розподілом фаз. Основна фаза - карбід або диборид титану-хрому, між зернами якого знаходиться сплав Fe-Cr.

Середня мікротвердість по товщині покриттів характеризується поступовим зниженням у напрямку до основи, що свідчить про градієнтний розподіл фаз по товщині . Мікротвердість покриття в зовнішньому шарі близька до Н розроблених композиційних матеріалів, а на границі розділу “покриття-основа”- середня між мікротвердістю розроблених КМ і металевої основи. Це означає, що на початковому етапі формування покриття на поверхні основи закріплюються переважно частинки металевої зв'язки, що обумовлено нижчою температурою плавлення і вищою пластичністю металевої фази у порівнянні з тугоплавкою складовою.

При випробуваннях на фреттінг-корозію плазмові покриття із розроблених композиційних матеріалів мають на порядок вищу зносостійкість у порівнянні з покриттями із нікель-алюмінієвого сплаву ВКНА. Зносостійкість покриттів із матеріалу на основі карбіду хрому значно вища у порівнянні з ВКНА, але залишається нижчою ніж зносостійкість розроблених покриттів (табл. 4). Коефіцієнти тертя випробовуваних покриттів лежать в діапазоні 0,12-0,21 і мають подібний характер зміни в залежності від кількості циклів випробувань.

Випробування плазмових покриттів із розроблених КМ отриманих на сталі 30ХГСА в умовах тертя-ковзання без змащування за схемою «диск - палець» показало, що із збільшенням навантаження (Р=6-13 МПа) коефіцієнти тертя (f=0,23-0,2) і відносна зносостійкість (І=5-16 мкм/км) знижуються.

Таблиця 4

Значення зносу плазмових покриттів після 100000 циклів випробування на фреттінг-коррозію

Електроіскрові покриття матеріалами ТХКФ-30 і ТХБФ-30 наносили на зразки із сталі 30ХГСА і титанового сплаву ВТ3-1. Отримані кінетичні залежності параметрів масопереносу (рис. 9) мають загальний характер для обох легуючих електродів, який проявляється у наявності трьох стадій процесу масопереносу при формуванні покриття. На І етапі (t ? 1 хв/см²) формування покриття відбувається у відсутності вторинної структури на поверхні електроду і залишкових напружень в легованому шарі на катоді; на ІІ етапі (1 < t ? 3 хв/см²) відбувається утворення вторинної структури і накопичення залишкових напружень в легованому шарі на катоді, що приводить до зниження швидкості росту ерозії електроду і обмеження приросту маси катоду; на ІІІ етапі (t>3хв/см²) процес масопереносу протікає в умовах сформованої вторинної структури на аноді, яка є істинним об'єктом електроерозії.

Оптимальний час електроіскрового легування, з точки зору коефіцієнту масопереносу, становить 1,5-2 хв/см² для обох композитів. При цьому матеріал ТХБФ-30 забезпечує вищу ефективність процесу ЕІЛ сплаву ВТ3-1 у порівнянні з ТХКФ-30 і близькі значення коефіцієнта масопереносу при ЕІЛ сталі 30ХГСА. Електроіскрові покриття із розроблених матеріалів, як на сталі, так і на титановому сплаві, мають товщину h=30-60 мкм.

Електроіскрові покриття випробовувались на фреттінг-корозію в парі з контртілом із сталі 45 і ЕІЛ-покриттями з такого ж матеріалу, що і випробовуване покриття. В парі тертя «покриття - покриття» знос покриття і контртіла менший ніж в парі «покриття - сталь 45» (рис. 10).

Оскільки теплопровідність металокерамічних покриттів нижча, ніж сталі, а відповідно і гірший тепловідвід, в зоні тертя в парі «покриття - покриття» температури вищі. Це сприяє утворенню вторинних структур в зоні тертя, які виконують роль твердого мастила, знижуючи коефіцієнти тертя і запобігаючи масопереносу і схоплюванню. При випробуваннях в умовах тертя-ковзання без змащування в режимі V = 2 м/с, Р = 6,3 МПа відносна зносостійкість розроблених покриттів становить 4-8 мкм/км, а коефіцієнти тертя - 0,21-0,23.

Аналізуючи дані триботехнічних випробувань можна сказати, що зносостійкість покриттів визначається кількістю і складом зміцнюючих фаз в покритті, які перешкоджають схоплюванню і руйнуванню поверхні покриття в результаті пластичної деформації. При наявності в покритті тугоплавких сполук титану і хрому, по даних РФА, в зоні тертя відбувається утворення оксидних фаз систем Ti-Cr-O, які покращують триботехнічні характеристики покриттів.

Шостий розділ присвячений вивченню триботехнічних властивостей інструментальної сталі ХВГ зміцненої електроіскровими (ЕІЛ), плазмовими (ПН) та комбінованими (ЕІЛ+ПН) покриттями. Покриття наносились на зразки із сталі ХВГ з сферичною поверхнею (рис. 11) і випробовувались в умовах сухого тертя за схемою «диск-палець» при різних швидкостях (V=40 і 80 м/хв) і навантаженнях (N=20 і 60 Н). Дослідження зносостійкості проводились на модернізованій універсальній машині тертя УМТ 2168 з фіксацією і записом даних (лінійне зношування, коефіцієнти тертя) в автоматичному режимі без зупинки процесу тертя.

При N=20 Н і V = 40 м/хв зносостійкість покриттів в залежності від матеріалу покриття збільшується в ряді: ВК3>ТХКФ-30>ТХБФ-30. По способу напилення перевагу мають комбіновані покриття. Із збільшенням швидкості тертя до 80 м/хв спостерігається перевага електроіскрових покриттів із матеріалу ТХБФ-30 .

Нижчі значення зносу і коефіцієнтів тертя зі збільшенням швидкості можуть свідчити про інтенсивніше утворення в зоні тертя вторинних структур. Мікроструктура поверхонь тертя зразків характеризується достатньо рівномірним розподілом білої фази (рис. 13), яка ймовірніше всього є дисперсним оксидом титану, що підтверджується даними РФА та наявністю піків титану на розподілі елементів.

При N=60 Н і V=40 м/хв зразки з електроіскровими і комбінованими покриттями з різних матеріалів мають дуже близькі значення зносу. Випробування при N=60 Н і V=80 м/хв є найбільш жорсткими, і саме в цих умовах виявляється найбільша перевага по зносостійкості зразків із розробленими покриттями (рис. 14), особливо електроіскровими і комбінованими, коли сталь Р6М5 і ХВГ без покриття вже не працює.

Встановлено, що із збільшенням швидкості тертя і навантаження перевага по зносостійкості зразків з покриттям зростає. Це в значній мірі пов'язано з інтенсивністю утворення вторинних оксидних плівок в зоні тертя, які виконують функції твердого мастила і, тим самим, сприяють зниженню втрат при сухому терті.

Величина зносу покриттів залежить від способу їх нанесення і режимів випробування. Враховуючи отриману зносостійкість і затрати на нанесення покриття, ефективність способів напилення покриттів збільшується в ряді: ПН>ЕІЛ+ПН>ЕІЛ. Зносостійкість електроіскрових покриттів із розроблених матеріалів, в залежності від режимів випробування, в 1,3-2 рази вища у порівнянні з покриттями із твердого сплаву ВК3.

ВИСНОВКИ

1. Вперше проведено комплексні дослідження контактної взаємодії карбіду і дибориду титану-хрому із залізом та сплавами Fe-Cr, Fe-Ni. Визначено кінетичні і енергетичні параметри змочування, вивчено структуру і склад продуктів взаємодії. Показано, що досліджувані системи характеризуються інтенсивним змочуванням (значення контактних кутів И<<90^о) з утворенням взаємних обмежених твердих розчинів, які забезпечують високий адгезійний зв'язок між металевим сплавом і тугоплавкою складовою. Добавки хрому і нікелю в концентраційному інтервалі 2-30 % в залізі сприяють інтенсифікації процесу змочування сплавом тугоплавких сполук, змінюючи склад сплаву можна регулювати інтенсивність взаємної дифузії компонентів сплаву і тугоплавкої сполуки.

2. На основі виявлених особливостей міжфазної взаємодії тугоплавких сполук титану з металевими сплавами зроблено вибір оптимальних складів нових композиційних матеріалів. Розроблена технологія їх отримання методом гарячого пресування і спікання у вигляді електродів для ЕІЛ та конгломерованих порошків для газотермічного напилення.

3. Досліджено структуру і властивості розроблених композиційних матеріалів. Вивчені фізико-механічні властивості (б_зг = 1020-1130 МПа, б_t= 2340-2985 МПа, НRA = 90-92, К_1С = 11,7-10,8) та триботехнічні характеристики (в умовах сухого тертя при різних швидкостях і навантаженнях І = 2,7-8,3 мкм/км, f = 0,16-0,25) розроблених матеріалів. Показано, що властивості розроблених матеріалів знаходяться на рівні властивостей стандартних твердих сплавів.

4. Проведено дослідження корозійної стійкості розроблених КМ при високих температурах на повітрі і в морській воді. Встановлено, що в інтервалі температур 550-730 ^оС утворюються оксиди Fe₂O₃, TiO₂, Cr₃O₂. При температурах > 800 ^оС утворюються тверді розчини Cr₂TiO₅ і Fe₂TiO₅, які захищають матеріал підвищуючи його окалиностійкість. Показано, що в морській воді розроблені матеріали мають порівняно високу корозійну стійкість завдяки утворенню на їх поверхні оксидних шарів CrO, Cr₂O₃, TiO, TiO₂ і Na₄TiO₄. Розроблені КМ можуть бути рекомендовані як конструкційні для експлуатації в агресивних середовищах.

5. Розроблено технологію нанесення плазмових, електроіскрових та комбінованих покриттів із розроблених матеріалів систем TiCrC-(Fe-Cr), TiCrB₂-(Fe-Cr) на сталь 30ХГСА і титановий сплав ВТ3-1. Досліджено особливості формування, структуроутворення, фазовий склад плазмових і електроіскрових покриттів із розроблених КМ. Плазмові покриття представляють собою гетерофазний матеріал на основі зерен тугоплавкої фази і тонких прошарків металевого сплаву з достатньо рівномірним розподілом фаз, та характеризуються градієнтним розподілом фазових складових по товщині (кількість металевої фази збільшується в напрямку основи), суцільністю, низькою пористістю та збереженням складу покриття близького до вихідного матеріалу. Електроіскрові покриття мають фазовий склад відмінний від складу матеріалу легуючого електроду, кінетика масопереносу має трьохстадійний характер з коефіцієнтом масопереносу до 53 %. Покриття характеризуються відсутністю тріщин, що досягається завдяки близькості значень КТР тугоплавкої складової, металевої зв'язки і матеріалу основи.

6. Вивчено триботехнічні характеристики електроіскрових і плазмових покриттів в умовах фреттінг-корозії, абразивного зносу, тертя-ковзання без змащування за схемою «диск - палець». Зносостійкість плазмових і ЕІЛ покриттів в різних умовах випробувань знаходиться на рівні покриттів із твердих сплавів типу ВК, і на порядок вища у порівнянні із металевими покриттями і зразками без покриття. В умовах тертя-ковзання без змащування при швидкості V = 2 м/с і навантаженнях Р = 6,3-12,7 МПа відносна зносостійкість розроблених плазмових покриттів змінюється в діапазоні І=5-16 мкм/км, а коефіцієнти тертя f=0,2-0,23, для електроіскрових покриттів І = 4-8 мкм/км, f=0,21-0,23. При випробуваннях електроіскрових покриттів на фреттінг-корозію в парі «покриття - покриття» знос менший ніж в парі «покриття - сталь».

7. Проведено зміцнення інструментальної сталі ХВГ електроіскровими, плазмовими та комбінованими покриттями із розроблених матеріалів та сплаву ВК3. Дослідження зносостійкості зразків з фіксацією і записом лінійного зношування та коефіцієнтів тертя проводилось в автоматичному режимі без зупинки процесу тертя. Показано, що в зоні тертя утворюються в процесі трибоокиснення вторинні структури (оксиди Ti, Cr), які мають достатньо високий рівень адгезії до поверхні покриття і виконують роль твердого мастила, сприяючи зниженню втрат при терті. Зразки з електроіскровими і комбінованими покриттями із розроблених КМ мають в 1,3-2 рази вищу зносостійкість у порівнянні з покриттями із твердого сплаву ВК3. Враховуючи отриману зносостійкість і затрати на нанесення покриття, ефективність способів нанесення покриттів збільшується в ряді: ПН>ЕІЛ+ПН>ЕІЛ.

8. Зроблено практичні рекомендації щодо використання розроблених покриттів для зміцнення деталей авіаційної техніки (лопатки газотурбінних двигунів та компресорів, деталі вузлів шасі), деталей транспортерів машин паперової та поліграфічної промисловості, направляючих конусів верстатів текстильної промисловості, сопел струменевоабразивних установок.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ

1. В.А. Лавренко, А.П. Уманский, В.А. Швец, В.П. Коновал, А.Д. Панасюк, С.С.Чупров. Коррозия композиционных материалов на основе карбидов титана и хрома в морской воде // Сверхтвердые материалы. - 2005. №4. - С. 41-46.

2. А.П. Уманский, В.П. Коновал, А.Д. Панасюк, И.П. Нешпор. Механизм контактного взаимодействия двойного карбида титана-хрома со сплавами Fe-Ni и Fe-Cr // Адгезия расплавов и пайка материалов. - 2005. - №38. - С. 51-58.

3. Уманский А.П., Коновал В.П. Композиционный материал на основе двойного карбида титана-хрома с металлической связкой Fe-Ni для нанесения износостойких покрытий // Материалы международной конференции “Современное материаловедение: достижения и проблемы”: Сб. науч. трудов.- Киев, Украина. - 2005. - С. 588-589.

4. Пат. 74309 Україна. Композиційний антифрикційний матеріал на основі карбіду титану / Уманський А.П., Панасюк А.Д., Григорьєв О.М., Коновал В.П., Гулевець В.Д., Недайборщ С.Д., Петриченко С.О. - Заявл. 28.12.2004; Опубл. 15.11.2005. Бюл. № 11.

5. Панасюк А.Д., Уманский А.П., Коновал В.П. Структура и свойства газотермических покрытий на основе двойного карбида титана-хрома // Международный симпозиум (III Самсоновские чтения) “Принципы и процессы создания неорганических материалов”: Сб. науч. трудов. - Хабаровск, Россия. - 2006. - С. 217-218.

6. А.П. Уманский, В.А. Лавренко, С.С. Чупров, В.П. Коновал. Высокотемпературное окисление композиционных материалов на основе карбонитрида титана и двойного карбида титана-хрома // Новые огнеупоры. - 2006. - №8. - С. 42-46.

7. Уманский А.П., Панасюк А.Д., Коновал В.П. Композиционный материал на основе TiCrC с металлической связкой Fe-Сr // Материалы докладов 7-й международной научно-технической конференции “Новые материалы и технологии: порошковая металлургия, композиционные материалы, защитные покрытия”: Сб. науч. трудов.- Минск, Белоруссия.- 2006.- С. 230-231.

8. Уманский А.П., Панасюк А.Д., Коновал В.П., Подчерняева И.А., Чупров С.С. Газотермические покрытия из композиционного материала на основе двойного карбида титана-хрома // Материалы 6-й международной научно-технической конференции “Инженерия поверхности и реновация изделий”: Сб. науч. трудов.-Ялта, Украина.-2006.-С.189-191.

9. A.P. Umansky, A.D. Panasyuk, V.P. Konoval. Composite Material on the Base of TiCrC with Metallic Binder // International Conferences on Modern Materials and Technologies “CIMTEC-2006”.- Acireale, Sicily, Italy.- 2006. P. 14.

10. Уманский А.П., Чупров С.С., Коновал В.П., Кошелев М.В. Высокотемпературное окисление плакированного композиционного материала на основе диборида титана // Четвертая международная конференция “Материалы и покрытия в экстремальных условиях: исследования, применение, экологически чистые технологии производства и утилизации изделий”: Сб. науч. трудов. - Жуковка, Украина. - 2006. - С. 316.

11. А.П. Уманский, А.Д. Панасюк, В.П. Коновал. Взаимодействия диборида титана-хрома со сплавами Fe-Ni // Адгезия расплавов и пайка материалов.- 2006. - №39. - С. 28-39.

12. Уманский А.П., Коновал В.П., Панасюк А.Д., Дворник Е.П. Контактное взаимодействие двойного диборида титана и хрома со сплавами Fe-Cr // Порошковая металлургия. - 2007. - №1/2. - С. 109-115.

13. Уманский А.П., Коновал В.П., Панасюк А.Д., Подчерняева И.А., Малышкин В.В., Краля В.А. Cтруктура и свойства плазменных покрытий из композиционных порошковых сплавов системы (TiCrC)-Fe-Cr // Порошковая металлургия. - 2007. - №3/4. - С. 37-45.

14. Уманский А.П., Коновал В.П., Подчерняева И.А., Панасюк А.Д., Гладкий Я.Н., Маковкин О.Н. Износостойкость инструментальной стали ХВГ, упрочненной покрытием из композита на основе двойного карбида титана-хрома // Сверхтвердые материалы.- 2007. - №4.- С. 67-74.

15. Пат. 25933 Україна. Композиційний зносостійкий матеріал на основі дибориду титану / Уманський А.П., Панасюк А.Д., Коновал В.П., Ігнатович С.Р., Дворник Є.П., Гулевець В.Д., - Заявл. 27.04.2007; Опубл. 27.08.2007. Бюл. №13.

16. Уманский А.П., Панасюк А.Д., Коновал В.П. Электроискровое легирование композиционным материалом ТХБФ-30 // Материалы международной конференции “HighMatTech”: Сб. науч. трудов.- Киев, Украина. - 2007. - С. 474.

АНОТАЦІЇ

Коновал В.П. Розробка композиційних матеріалів систем TiCrC і TiCrB₂ з металевими зв'язками для нанесення зносостійких покриттів. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 - матеріалознавство. Інститут проблем матеріалознавства ім. І.М. Францевича НАН України, Київ, 2008.

Мета роботи - розробка композиційних матеріалів і покриттів з підвищеною зносостійкістю на основі карбіду і дибориду титану-хрому із зв'язкою на основі сплавів заліза шляхом фізико-хімічного дослідження адгезійної взаємодії, структуроутворення та вивчення особливостей трибологічної поведінки плазмових і електроіскрових покриттів. На основі проведених досліджень по контактній взаємодії подвійного карбіду і дибориду титану-хрому із сплавами на основі заліза визначені кінетичні залежності змочування металевими сплавами тугоплавких сполук та закономірності структуроутворення, що дало можливість вибрати склади нових композиційних матеріалів (TiCrC-30 % (Fe-Cr), TiCrB₂-30 % (Fe-Cr)). Нові матеріали отримували спіканням і гарячим пресуванням у вигляді компактних електродів і гранульованих порошків. Досліджено склад, структуру і властивості розроблених композиційних матеріалів, які мають гетерофазну дрібнодисперсну структуру, досить високі механічні (б_зг =1070-1130 МПа, б_t = 2340-2985 МПа, НRA= 89-92, К_1С = 11,7-10,8) і триботехнічні характеристики (знос І=2,7-8,3 мкм/км, коефіцієнт тертя f=0,16-0,25). Вивчення корозійної стійкості розроблених КМ в морській воді і на повітрі при високих температурах виявило їх перевагу над сполуками TiC, TiCrC, TiB₂, TiCrB₂, завдяки утворенню на їх поверхні стійких оксидних шарів Сr₂O₃, TiO₂, Cr₂Ti₂O₅.

Розроблені композиційні матеріали використовували для нанесення плазмових і електроіскрових покриттів на сталі 30ХГСА, ХВГ і титановий сплав ВТ3-1. Вивчено склад, структуру та особливості формуванні розроблених покриттів. Плазмові покриття мають гетерофазну градієнтну структуру із рівномірним розподілом фаз і склад, близький до вихідного матеріалу. Електроіскрове легування розробленими КМ характеризується коефіцієнтом масопереносу до 53 %, наявністю якісного адгезійного контакту між покриттям і основою та відмінністю складу покриття від складу легуючого електроду. Визначені триботехнічні характеристики плазмових і електроіскрових покриттів в умовах тертя-ковзання без змащування, абразивного зносу, фреттінг-корозії в залежності від режимів тертя і складу покриття. Встановлено, що отримані покриття мають на порядок вищу зносостійкість у порівняння з покриттями із металевих сплавів (ВКНА) та зразками без покриття і в 1,3-2 рази вищу зносостійкість у порівнянні з покриттями на основі тугоплавких сполук (ВК3, Cr₃C₂-NiCr).

Ключові слова: композиційні матеріали, карбід титану-хрому, диборид титану-хрому, контактна взаємодія, мікроструктура, зносостійкість, корозійна стійкість, плазмові покриття, електроіскрове легування.

Коновал В.П. Разработка композиционных материалов систем TiCrC и TiCrB₂ с металлическими связками для нанесения износостойких покрытий.- Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01 - материаловедение. Институт проблем материаловедения им. И.Н. Францевича НАН Украины, Киев, 2008.

Цель работы - разработка композиционных материалов и покрытий с повышенной износостойкостью на основе карбида и диборида титана-хрома со связкой на основе сплавов железа путем физико-химического исследования адгезионного взаимодействия, структурообразования и изучение особенностей трибологического поведения плазменных и электроискровых покрытий. На основе проведенных исследований по контактному взаимодействию двойного карбида и диборида титана-хрома со сплавами на основе железа определены кинетические зависимости смачивания металлическими сплавами тугоплавких соединений и закономерности структурообразования, что дало возможность выбрать составы новых композиционных материалов (TiCrC-30 % (Fe-Cr), TiCrB₂-30 % (Fe-Cr)). Новые материалы получали спеканием и горячим прессованием в виде компактных электродов и гранулированных порошков. Разработанные композиционные материалы имеют гетерофазную мелкодисперсную структуру, достаточно высокие механические (б_изг= 1070-1130 МПа, НRA=89-92) и триботехнические характеристики (I=2,7-8,3 мкм/км, f=0,16-0,25). Изучение коррозионной стойкости разработанных КМ в морской воде и на воздухе при высоких температурах обнаружило их преимущество над соединениями TiC, TiCrC, TiB₂, TiCrB₂, благодаря образованию на их поверхности окислов Сr₂O₃, TiO₂, Cr₂Ti₂O₅, Fe₂TiO₅.

Разработанные композиционные материалы использовали для нанесения плазменных и электроискровых покрытий на стали 30ХГСА, ХВГ и титановый сплав ВТ3-1. Плазменные покрытия имеют гетерофазную градиентную структуру с равномерным распределением фаз и состав, близкий к исходному материалу. Электроискровое легирование разработанными КМ характеризуется коэффициентом массопереноса до 53 % и наличием качественного адгезионного контакта между покрытием и основой. Разработанные покрытия в условиях трения-скольжения без смазки, абразивного износа, фреттинг-коррозии имеют на порядок высшую износостойкость в сравнении с покрытиями из металлических сплавов (ВКНА) и образцами без покрытия и в 1,3-2 раза высшую износостойкость по сравнению с покрытиями на основе тугоплавких соединений (ВК3, Cr₃C₂-NiCr).

Ключевые слова: композиционные материалы, карбид титана-хрома, диборид титана-хрома, контактное взаимодействие, микроструктура, износостойкость, коррозийная стойкость, плазменные покрытия, электроискровое легирование.

Konoval V.P. Development of composite materials of TiCrC and TiCrB₂ systems with metallic binders for deposition of wear-resistance coatings. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by speciality 05.02.01 - materials science.- I.N. Frantsevich Institute for Problems of Materials Science, National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2008.

The goal of this study is the development of composite materials and coatings having a higher wear-resistance on the base of titanium-chromium carbide and diboride with iron alloys-based binder using physical-chemical investigations of adhesion interaction, structure formation as well as studies of tribotechnical behavior features for plasma and electric-spark coatings. On the base of researches above as for contact interaction of double titanium-chromium carbide and diboride with iron-based alloys the kinetic dependences of wetting of refractory compound with metallic alloys as well as the regularities of structure formation were determined. It gave a possibility to choose the composition of new composite materials (CM) - (TiCrC-30 % (Fe-Cr), TiCrB₂- 30 % (Fe-Cr)). The new materials was manufactured using sintering and hot-pressing methods as compact electrodes and granulated powders. The composite materials developed have a heterogeneous fine-dispersion structure, the high enough mechanical (б_b = 1070-1130 MPа, НRA=89-92) and tribotechnical characteristics (I=2,7-8,3 µm/km, f=0,16-0,25). The study of corrosion-resistance of composite materials developed in the marine water and the air at high temperatures showed their advantages compared with TiC, TiCrC, TiB₂, TiCrB₂ refractory compounds due to formation of Сr₂O₃, TiO₂, Cr₂Ti₂O₅ and Fe₂TiO₅ oxide phases on their surface.

The developed composite materials were used for the deposition of plasma and electro-spark coatings on 30HGSA and HVG steels as well as VT3-1 titanium alloy. The plasma coatings have a hetero-phase gradient structure with the uniform distribution of phases, their compositions being near to the initial materials. The electric-spark alloying by the developed CM is characterized by the mass transfer coefficient till 53 % at the high-quality adhesion contact between coating and substrate.