Structural features and tribological properties of multilayer high-temperature plasma coatings

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 26 № 3 2024 250 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Структурные особенности и трибологические свойства многослойных высокотемпературных плазменных покрытий Наталия Пугачева 1, 2, a, Татьяна Быкова 1, 2, b, *, Виталий Сирош3, c, Алексей Макаров 3, d 1 Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук, ул. Комсомольская, 34, г. Екатеринбург, 620049, Россия 2 Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, ул. Мира, 19, г. Екатеринбург, 620002, Россия 3 Институт физики металлов имени М.Н. Михеева УрО РАН, ул. С. Ковалевской, 18, г. Екатеринбург, 620108, Россия a https://orcid.org/0000-0001-8015-8120, nata5-4@yandex.ru; b https://orcid.org/0000-0002-8888-6410, tatiana_8801@mail.ru; c https://orcid.org/0000-0002-8180-9543, sirosh.imp@yandex.ru; d https://orcid.org/0000-0002-2228-0643, av-mak@yandex.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2024 Том 26 № 3 с. 250–266 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-250-266 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 669.017.16 История статьи: Поступила: 31 мая 2024 Рецензирование: 22 июня 2024 Принята к печати: 08 июля 2024 Доступно онлайн: 15 сентября 2024 Ключевые слова: Плазменное напыление Многослойное покрытие Оксид железа Упрочняющие фазы Микромеханические свойства Коэффициент трения Износостойкость Финансирование Работа выполнена в рамках государственного задания ИМАШ УрО РАН по теме № 124020700063-3 на оборудовании ЦКП «Пластометрия». Работа выполнена в рамках государственного задания ИФМ УрО РАН по теме «Структура» № 122021000033-2. АННОТАЦИЯ Введение. Изучены многослойные высокотемпературные покрытия, полученные при помощи плазменного напыления. Комбинация слоев разного химического и фазового состава позволила повысить износостойкость в 1,5–2,0 раза. Цель работы: исследование влияния химического состава напыляемых покрытий на фазовый состав, структуру, микромеханические и трибологические характеристики в условиях сухого трения скольжения поверхностных слоев. Материалы и методы исследования. Покрытия А и Б состоят из последовательно нанесенных слоев. Первый и второй слой наносили в восстановительной атмосфере. Первый слой – жаростойкие самофлюсующиеся порошки двух систем: состав 1 – Fe-Cr-Si-Mn-B-C в покрытии А; состав 2 – Fe-Ni-Si-Mn-B-C в покрытии Б. Второй слой – смесь самофлюсующегося порошка с порошком железа в соотношении 1:1. Третий слой получали напылением порошка железа в окислительной атмосфере для формирования металлооксидного покрытия. Для создания слоя окалины на поверхности образцы с покрытием подвергали высокотемпературному отжигу при температуре 1000 С. Химический состав и характер распределения элементов по толщине покрытий установлены методом микрорентгеноспектрального анализа на сканирующем электронном микроскопе TWSCAN с энергодисперсионной приставкой Oxford. Микротвердость и микромеханические свойства изучены на инструментальном микротвердомере системы Fischerscope HM2000 XYm при нагрузке 0,980 Н. Определение трибологических свойств было выполнено на лабораторной установке по схеме «палец – диск» при нагрузках 30, 75, 100 и 130 Н. Для измерения параметров шероховатости и получения 3D-профилометрии поверхностей после испытаний использовали бесконтактный профилометр-профилограф Optical profi ling system Veeco WYKO NT 1100. Результаты и обсуждение. Металлографические исследования показали, что сформированные многослойные покрытия состоят из внутреннего металлического слоя и внешнего оксидного слоя с общей толщиной всего покрытия до 800…850 мкм. Установлено, что наибольшим уровнем микротвердости обладает первый напыляемый слой, это обусловлено высокой объемной долей содержащихся в нем упрочняющих фаз (~95 %). Показано, что покрытие А обладает повышенной износостойкостью, которая выражена минимальной потерей массы (примерно в 1,5 раза меньше, чем у покрытия Б), коэффициент трения составил f = 0,3 для покрытия А и f = 0,4 для покрытия Б. Исследование поверхностей изнашивания показало, что при всех выбранных нагрузках испытаний в условиях трения скольжения покрытия обоих типов сохранились, даже при максимальной нагрузке 130 Н. Для цитирования: Структурные особенности и триболо гические свойства многослойных высокотемпературных плазменных покрытий / Н.Б. Пугачева, Т.М. Быкова, В.А. Сирош, А.В. Макаров // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2024. – Т. 26, № 3. – С. 250–266. – DOI: 10.17212/1994-6309-2024-26.3-250-266. ______ *Адрес для переписки Быкова Татьяна Михайловна, к.т.н., с.н.с. Институт машиноведения УрО РАН, ул. Комсомольская, 34, 620049, г. Екатеринбург, Россия Тел.: 8 (343) 362-30-43, e-mail: tatiana_8801@mail.ru Введение Повышение стойкости высокотемпературных многослойных покрытий для деталей, работающих в условиях износа при высоких температурах эксплуатации в различных областях промышленности, является актуальной задачей: получаемые покрытия должны, во-первых, обладать высокой термостойкостью и стойкостью

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1