Josef Pošta, technická fakulta, Česká zemědělská univerzita v Praze, Praha, ČR

Michail I. Černovol, department využití a servisu strojů, Kirovogradský institut zemědělského strojírenství, Kirovograd, Ukrajina

Použití keramických a keramicko kovových materiálů při opravách strojů

 

 

Ceramic and ceramic-metal materials could satisfy even the highest demands. They could be prepared with ahead fixed characterics. For that it is necessary to know the physico-mechanical characteristics and their individual composition, their mutual behaviour and right technology processes in composites formation. The paper contributes results of the experiments of some of the problems.

 

Keramické a kompozitní materiály se uplatňují stále častěji, nejen ve výrobě, ale i při opravách. Je to dáno tím, že keramika má některé žádoucí vlastnosti, které v takové míře nemají "klasické" kovové materiály, a že při vhodných kombinacích keramiky s jinými materiály jsou potlačeny její nevýhodné vlastností (především křehkost). Výsledkem je jednak používání tenkých keramických povlaků na součástech a konstrukcích, jednak vznik kompozitních materiálů a s tím souvisejících technologií jejich přípravy i aplikace.

Jako "keramika" jsou označovány sloučeniny kovů s různými prvky, nejčastěji s uhlíkem, kyslíkem, bórem, dusíkem (tedy karbidy, oxidy, boridy, nitridy) a také směsi těchto sloučenin.

V tomto příspěvku, který si klade za cíl shrnout některé výsledky zkoumání a experimentálního ověřování, jsou jako "keramika" označovány karbidy a oxidy kovů.

Pro úspěšné použití jakéhokoliv materiálu je užitečné znát alespoň jeho základní fyzikálně-mechanické a technologické vlastnosti. Zároveň je třeba si uvědomit, že výsledné vlastnosti kompozitů jsou sice těmito "dílčími" vlastnostmi ovlivněny, ale že se v žádném případě nejedná a jejich prostý souhrn. Proto je třeba kromě vlastností jednotlivých složek kompozitů zkoušet i výsledné vlastnosti, které jsou závislé na celé řadě dalších činitelů.

 

Fyzikálně-mechanické vlastnosti některých druhů keramiky

Některé fyzikálně mechanické vlastnosti vybraných druhů keramiky jako samostatných materiálů i jako součástí kompozitních vrstev jsou dále uvedeny. Vzhledem k obtížnosti a někdy i různé metodice zkoušení nelze považovat uvedené hodnoty za zcela neměnné fyzikální

konstanty s absolutní platností. Pro úvahy a kalkulace o jejich aplikacích však mohou být dobře použity.

Tabulka 1 Fyzikálně mechanické vlastnosti některých druhů keramiky

Materiál

Měrná hmotnost

103kg/m3

Teplota tavení

oC

Tepelná vodivost

W/m.oC

Tepelná roztažnost

10-6 oC

Modul pružnosti

E

105 MPa

Mikrotvrdost


Nm
MPa

Cr3C2

6,74

1890

20,9

10,0

3,8

18000

TiC

4,93

3150

17,1

8,2

5,1

31700

WC

15,8

2850

45,2

6,1

7,31

21000

Al2O3

3,97

2050

29,3

8,0

3,72

20700

Cr2O3

5,1

2350

13,2

9,6

-

29400

TiO2

4,2

1850

3,4

10,0

2,73

6000

 

Pro vytváření i pro výsledné vlastnosti jsou významné i změny fyzikálně mechanických vlastností jednotlivých složek kompozitů při vzájemné interakci. Některé z těchto vlastností jsou uvedeny v následujících tabulkách.

 

 

Tabulka 2 Mezní rozpustnost karbidů v kovech skupiny železa, v %

 

Cr3C2

TiC

WC

Fe

11,9

1,1

4,1

Ni

18,2

9,4

9,5

Co

18,2

2,0

6,0

Tabulka 3 Mezní úhly smáčení keramiky kovy skupiny železa při dané teplotě o/oC

 

Cr3C2

TiC

WC

Al2O3

Cr2O3

TiO2

Fe

0/1490

40/1550

0/1490

141/1550

75/1550

72/1550

Ni

0/1380

23/1450

0/1380

120/1500

65/1450

105/1500

Co

0/1420

30/1500

0/1420

120/1500

-

109/1500

Tabulka 4 Vzájemné působení karbidů a kovů skupiny železa v pevné fázi

 

Cr3C2

TiC

WC

Fe

Tvoří eutektikum při 1553 oC. Vzájemné působení začíná při 1373 oC.

Tvoří eutektikum (3,8% TiC) při 1573 oC. Rozpustnost TiC v železe nepřesahuje 0,6 %.

Tvoří eutektikum při 1763 oC. Vzájemné působení začíná při 1273 oC.

Ni

Tvoří eutektikum (24% Cr3C2) při 1528 oC. Vzájemné působení začíná při 1273 oC.

Tvoří eutektikum (9,3% TiC) při 1573 oC. Nad 1573 oC se TiC rozpouští v Ni.

Tvoří eutektikum (28% WC) při 1593 oC. Vzájemné působení začíná při 1373 oC.

Co

Tvoří eutektikum při 1558 oC.

Tvoří eutektikum (6% TiC) při 1633 oC. Rozpustnost dosahuje 0,15 % při 973 oC.

Tvoří eutektikum (25% WC) při 1613 oC. Je rozpustný v Co.

 

 

 

 

Přídavné materiály pro vytváření kompozitových vrstev na součástech

Přídavné materiály mohou být připravovány jako práškové směsi přímo pro daný účel. V takovém případě se mísí výchozí složky ve stanoveném poměru. Zrnitost jednotlivých složek má (musí) být stejná, pozornost je třeba věnovat dobrému, stejnoměrnému promísení i všem následným manipulacím, aby nedocházelo k separaci.

Hotové práškové směsi pro průmyslové aplikace dodává řada výrobců. Výhodou jsou již ověřené a garantované vlastnosti vytvořené vrstvy, za předpokladu přesného dodržení technologie. Hlavní nevýhodou zůstává možnost separace složek při transportu a manipulaci.

Kromě práškových směsí, které jsou nejčastější, se materiály pro vytváření kompozitních vrstev dodávají i ve formě trubiček, tyčinek, drátů, pásků, past, obalených elektrod. Sortiment je velmi široký a stále se rozšiřuje.

 

Technologie vytváření kompozitových vrstev

Těchto technologií je řada a stále se objevují další varianty. Principy některých jsou dále uvedeny:

Mechanické zaválcování keramických částic do návaru je schematicky znázorněno na obr.1.

Přivádění keramických částic do tavné lázně je schematicky znázorněno na obr. 2.

 

Elektrostruskové navařování s přívodem keramických částic do lázně je schematicky znázorněno na obr. 3.

Indukční navařování vrstvy práškové směsi je schematicky znázorněno na obr.4.

Hořák pro plynové stříkání s pomocným transportním plynem je schematicky znázorněn na obr. 5, výsledky měření rychlosti letu částic v závislosti na jejich velikosti a vzdálenosti od ústí hořáku jsou v grafu na obr. 6.

 

 

Kompozitní vrstvy mohou být vytvářeny i jinými způsoby, například plazmovým nástřikem, detonačním nástřikem nebo odporovým navařováním.

Závěr

Použití keramicko-kovových povlaků na strojních součástech je perspektivní způsob, který lze z technologického pohledu řadit mezi dokončovací operace. Je to způsob, který poměrně snadno umožňuje získat součásti potřebných pevnostně-elastických vlastností, jejichž povrchová vrstva je při tom schopna dobře odolávat ostatním provozním vlivům. Ke hlavním přednostem součástí povlakovaných kompozity patří jak možnost dosahovat špičkové jakosti, tak i možnost dosahovat obvyklé úrovně jakosti při celkově nižších nákladech.

Literatura

1. ASTACHOV, A. S. - BUKLAGIN, D. S. - GOLUBJEV, I. G.: Primeněnije techničeskoj keramiki v selskochozjajstvennom proizvodstve. Agropromizdat, Moskva, 1988

2. POŠTA, J. - HAVLÍČEK, J. - ČERNOVOL, M. I.: Renovace opotřebených strojních součástí. /Vědecká monografie/. MF VŠZ, Praha, 1991

3. AMBROŽ, O. - KAŠPAR, J.: Žárové nástřiky a jejich průmyslové využití. SNTL, Praha, 1990