Композиційні високоміцні, зносостійкі матеріали поліфункціонального призначення на основі нанопорошків ZrO2

Abstract

UA: Дисертацію присвячено розробці високоміцних зносостійких композитів шляхом дослідження закономірностей взаємодії компонентів в сумішах нанопорошків ZrO2 – Al2O3 та ZrO2 – WC, кінетики їх ущільнення, структуро- і фазоутворення при одержанні електроконсолідацією щільних матеріалів, вивченню їх механічних властивостей та працездатності при експлуатації. Проведено порівняльні дослідження електроконсолідації матеріалів на основі нанопорошків діоксиду цирконію, отриманих різними методами та встановлено, що в системі ZrO2 – Al2O3 найбільш щільну та дрібнозернисту структуру (99 %) можливо отримати із порошків сферичної форми, синтезованих хімічним осадженням. У разі добавки карбіду вольфраму має місце дисперсійне зміцнення, а рівномірний розподіл його в суміші за рахунок сумісного з діоксидом цирконію осадження забезпечує рівномірне по всьому матеріалу підвищене значення твердості. За рахунок високої електропровідності системи забезпечується швидкісний нагрів, що дозволяє інгібірувати аномальний ріст зерен. Отримано математичні залежності для розрахунку механічних показників (HV10, K1с), що дозволяють прогнозувати властивості матеріалів із ZrO2 – Al2O3 при заданих значеннях концентрацій вихідних компонентів й параметрів електроконсолідації. Розроблені матеріали дозволяють підвищити зносостійкість інструменту з них при волочінні кольорового дроту та гідроабразивній обробці порівняно з відомим інструментом.

EN: The thesis is devoted to the development of high-strength wear-resistant composites by studying the regularities of interaction between the components in mixtures of ZrO2 – Al2O3 and ZrO2 – WC nanopowders, kinetics of their densification, structure and phase formation while obtaining dense materials by hot pressing with direct transmission of high-ampere electric current (electroconsolidation) and to studying mechanical properties of these materials and their working capacities in operation as well. Comparative studies of material electroconsolidation based on zirconia dioxide nanopowders obtained by different methods have been carried out. It has been found that the firmest (99 %) and fine-grained structure in a ZrO2 – Al2O3 system can be obtained from powders of spherical shape, synthesized by chemical precipitation. At the same time high productive capability of compaction technology is provided by decreasing the temperature and reducing the time of isothermal holding. Dispersive hardening takes place in the case of tungsten carbide addition, and its uniform distribution in the mixture at the expense of simultaneous with zirconia dioxide precipitation provides evenly increased value of hardness throughout the material. Due to high electrical conductivity of the system, high-speed heating and consolidation of the product is ensured and that allows inhibiting abnormal grain growth. Mathematical relations for the calculation of mechanical characteristics (HV10, K1с) have been obtained that allows us to predict properties of hot-pressed materials at specified concentration values of the initial components and the parameters of hot pressing. The developed material allows increasing tool wear resistance during colored wire drawing and hydroabrasive treatment compared with the known tool.