Структура, жаростойкость, коррозионная и трибологическая характеристики покрытий, приготовленных электроискровым осаждением порошков Ni и Al на сталь 35

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Впервые порошки никеля и алюминия осаждались методом электроискрового легирования на сталь 35. Изучено влияние соотношения порошков Ni и Al в анодной смеси на структуру покрытий, жаростойкость, коррозионное поведение, а также на коэффициент трения и изнашиваемость. Показано, что при повышении концентрации алюминиевого порошка в анодной смеси от 30 до 70 ат. % средняя концентрация алюминия в покрытиях монотонно возрастала с 39 до 63 ат. %, а никеля – снижалась с 46 до 26 ат. %. Установлено, что применение приготовленных покрытий позволяет повысить жаростойкость изделий из стали 35 при температуре 700°С от 13 до 34 раз. Показано, что наиболее твердым, износостойким и жаростойким является покрытие с самым высоким содержанием алюминия.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Бурков

Институт материаловедения Дальневосточного отделения Российской академии наук

Email: marijka80@mail.ru
Россия, ул. Тихоокеанская, 153, Хабаровск, 680042

М. А. Кулик

Институт материаловедения Дальневосточного отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: marijka80@mail.ru
Россия, ул. Тихоокеанская, 153, Хабаровск, 680042

Список литературы

  1. Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М: МИСиС, 1999. 413 с.
  2. Sierra C., Vazquez A.J. NiAl Coating on Carbon Steel with an Intermediate Ni Gradient Layer // Surf. Coat. Technol. 2006. V. 200. № 14–15. P. 4383–4388. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.02.176
  3. Zhou L., Mehta A., Cho K., Sohn Y. Composition-dependent Interdiffusion Coefficient, Reduced Elastic Modulus and Hardness in γ-, γ′-and β-Phases in the Ni–Al System // J. Alloys Compd. 2017. V. 727. P. 153–162. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.07.256
  4. Shah L.H., Gerlich A., Zhou Y. Design Guideline for Intermetallic Compound Mitigation in Al–Mg Dissimilar Welding through Addition of Interlayer // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2018. V. 94. P. 2667–2678. https://doi.org/10.1007/s00170-017-1038-y
  5. Konieczny M., Mola R., Thomas P., Kopciał M. Processing, Microstructure and Properties of Laminated Ni-intermetallic Composites Synthesised Using Ni Sheets and Al Foils // Arch. Metall. Mater. 2011. V. 56. №. 3. P. 693–702. https://doi.org/10.2478/v10172-011-0076-y
  6. Mohammadnezhad M., Shamanian M., Enayati M.H. Formation of Nanostructured Ni–Al Coating on Carbon Steel by Using Mechanical Alloying // Appl. Surf. Sci. 2012. V. 263. P. 730–736. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.09.151
  7. Zadorozhnyy V., Kaloshkin S., Kaevitser E., Romankov S. Coating of Metals with Intermetallics by Mechanical Alloying // J. Alloys Compd. 2011. V. 509. P. S507-S509. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2011.01
  8. Wu Q., Li S., Ma Y., Gong S. Study on Behavior of Ni–Al Coating with Different Ni/Al Ratios // Vacuum. 2013. V. 93. P. 37–44. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2013.01.001
  9. Wu C.C., Wu F.B. Microstructure and Mechanical Properties of Magnetron Co-sputtered Ni–Al Coatings // Surf. Coat. Technol. 2009. V. 204. № 6–7. P. 854–859. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.09.019
  10. Yu Y., Zhou J., Ren S., Wang L., Xin B., Cao S. Tribological Properties of Laser Cladding NiAl Intermetallic Compound Coatings at Elevated Temperatures // Tribol. Int. 2016. V. 104. P. 321–327. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2016.09.014
  11. Brunetti C., Belotti L.P., Miyoshi M.H., Pintaúde G., D’Oliveira A.S.C.M. Influence of Fe on the Room and High-temperature Sliding wear of Ni–Al Coatings // Surf. Coat. Technol. 2014. V. 258. P. 160–167. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.09.036
  12. Бурков А.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Структура и свойства Al–Ni–Fe-покрытий на стали 35, полученных методом электроискрового легирования // Металловедение и термическая обработка металлов. 2024. № 7. С. 22–30.
  13. Burkov A.A., Bytsura A.Y. Influence of Substrate Surface Quality on Electro-Spark Alloying // Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2024. V. 60. № 2. P. 204–210. https://doi.org/10.52577/eom.2023.59.6.18
  14. Бурков А.А., Коневцов Л.А., Крутикова В.О. Влияние длительности разрядов на характеристики покрытий из металлического стекла FeCrWMoCB // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 7. С. 740–749. https://doi.org/10.31857/S0002337X23070011
  15. Бурков А.А., Кулик М.А. Электроискровое осаждение покрытий Fe–Cr–Cu на сталь Ст3 // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2023. Т. 17. № 4. С. 51–58. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2023-4-51-58
  16. Химухин С.Н., Гончаров А.В., Ри Э.Х., Хосен Р., Кисломед И.Д. Исследование диффузии никеля из покрытия в сталь // Информационные технологии XXI века. 2016. С. 194–197.
  17. Бурков А.А., Кулик М.А. Электроискровое осаждение покрытий с использованием порошка Cr3C2 и их характеристика // Письма о материалах. 2019. Т. 9. № 2. С. 243–248. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-2-243-248
  18. Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Analysis of Wetting as an Efficient Method for Studying the Characteristics of Coatings and Surfaces and the Processes that Occur on Them: A Review // Inorg. Mater. 2011. V. 47. № 15. P 1667–1675. https://doi.org/10.1134/S0020168511150064
  19. Верхотуров А.Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании. Владивосток: Дальнаука, 1995. 282 с.
  20. Radek N., Bartkowiak K. Laser Treatment of Cu–Mo Electro-spark Deposited Coatings // Phys. Procedia. 2011. V. 12. P. 499–505. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.061
  21. Бурков А.А., Крутикова В.О., Быцура А.Ю., Хе В.К. Ti-Cr-Cu электроискровые покрытия на стали Ст3 // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2023. № 1. С. 93–104. https://doi.org/10.54826/19979258_2023_1_93
  22. Li Y.C., Zhang W.W., Wang Y., Zhang X.Y., Sun L.L. Effect of Spray Powder Particle Size on the Bionic Hydrophobic Structures and Corrosion Performance of Fe-Based Amorphous Metallic Coatings // Surf. Coat. Technol. 2022. V. 437. P. 128377.
  23. Bolelli G., Bonferroni B., Laurila J., Lusvarghi L., Milanti A., Niemi K., Vuoristo P. Micromechanical Properties and Sliding Wear Behaviour of HVOF-Sprayed Fe-Based Alloy Coatings // Wear. 2012. V. 276. P. 29–47. https://doi.org/10.1016/j.wear.2011.12.001
  24. Samadi N., Jamshidi Aval H. Formation of Nickel Aluminide In Situ via Dual-Wire Arc Cladding // Metallograph. Microstruct. Anal. 2024. P. 1–13.
  25. Archard J.F. Contact and Rubbing of Flat Surfaces // J. Appl. Phys. 1953. V. 24. № 8. P. 981–988.
  26. Bafandeh M.R., Omidi A., Irankhah A. In Situ Coating of Low Carbon Steel with NiAlFe Powder Mixture via Mechanical Alloying // Surf. Coat. Technol. 2017. V. 315. P. 268–273. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.046
  27. Rosalbino F., Scavino G. Corrosion Behaviour Assessment of Cast and HIPed Stellite 6 Alloy in a Chloride-containing Environment // Electrochim. Аcta. 2013. V. 111. P. 656–662. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.08.019
  28. Ding Y., Kong L., Lei W., Li Q., Ding K., He Y. Study on the Technology of Surface Strengthening Ti–6Al–4V Alloy by Near-dry Multi-flow Channel Electrode Electrical Discharge Machining // J. Mater. Res. Technol. 2024. V. 28. P. 2219–2234. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.12.133
  29. Moskalewicz T., Warcaba M., Zimowski S., Łukaszczyk A. Improvement of the Ti–6Al–4V Alloy’s Tribological Properties and Electrochemical Corrosion Resistance by Nanocomposite TiN/PEEK708 Coatings // Metall. Mater. Trans. A. 2019. V. 50. P. 5914–5924. https://doi.org/10.1007/s11661-019-05484-7
  30. Kim K.H., Lee S.H., Nam N.D., Kim J.G. Effect of Cobalt on the Corrosion Resistance of Low Alloy Steel in Sulfuric acid Solution // Corros. Sci. 2011. V. 53. № 11. P. 3576–3587. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2011.07.001
  31. Guo S., Lu Y., Wu S., Liu L., He M., Zhao C., Lin J. Preliminary Study on the Corrosion Resistance, Antibacterial Activity and Cytotoxicity of Selective-Laser-Melted Ti6Al4V – xCu Alloys // Mater. Sci. Eng. C. 2017. V. 72. Р. 631–640. https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.11.126
  32. Бурков А.А. Получение аморфных покрытий электроискровой обработкой стали 35 в смеси железных гранул с CrMoWCBSi порошком // Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты. 2019. Т. 21. № 4. С. 19–30. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2019-21.4-19-30

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема установки для осаждения покрытий методом ЭИЛНЭ (а) и интегральное распределение частиц по диаметру (б).

Скачать (261KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Оптическая фотография результатов индентирования образца Al70.

Скачать (165KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимости привеса катода от продолжительности ЭИЛНЭ.

Скачать (111KB)
Метаданные
5. Рис. 4. СЭМ-изображения поперечного сечения покрытий: Al30 (а, б), Al50 (в, г) и Al70 (д, е).

Скачать (731KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение элементов по сечению покрытий Al30 (а), Al50 (б), Al70 (в) и зависимость средних значений концентрации элементов в покрытии от концентрации алюминия в Ni–Al-порошке согласно ЭДС-анализу (г).

Скачать (529KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Рентгеновские дифрактограммы приготовленных Ni–Al-покрытий.

Скачать (124KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Динамика коэффициента трения при испытании на скольжение (а) и приведенный износ (б) покрытий по сравнению со сталью 35.

Скачать (233KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Потенциодинамические поляризационные кривые (а) и импедансные графики в координатах Найквиста (б) Ni–Al-покрытий по сравнению со сталью 35.

Скачать (207KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Импедансные графики Боде в координатах полного импеданса (а) и фазового угла (б) Ni–Al-покрытий и стали 35.

Скачать (235KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Циклическая жаростойкость покрытий при температуре 700°С по сравнению со сталью 35.

Скачать (86KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024