ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Металлические стекла вызывают интерес исследователей как материалы, которые могут быть использованы в качестве защитных покрытий для металлов и сплавов. Исследование новых способов формирования покрытий из металлических стекол является актуальной задачей. Цель работы: изучение условий формирования и свойств покрытий из металлических стекол, полученных методом электроискровой обработки стали 35 в смеси железных гранул и многокомпонентной порошковой шихты, состоящей из хрома, вольфрама, молибдена, кремния, бора и углерода. Методика исследований. Порошковая шихта имела средний размер частиц 0,3 мкм. Объемная доля порошковой шихты в смеси гранул варьировалась от 2,5 до 9,3 об. %. Покрытия наносились при энергии импульсов 0,33 Дж с частотой 1 кГц в течение 8 мин в среде аргона. Состав и структуру покрытий изучали методами рентгеновского дифракционного анализа, растровой микроскопии и энергодисперсионного анализа. Результаты и обсуждение. Средняя толщина покрытий находилась в узком диапазоне 41…43 мкм. Доля аморфной фазы в покрытиях составила от 78 до 95 об. %. Распределение элементов по сечению покрытий было однородным. С ростом содержания порошка в смеси гранул концентрация железа в покрытиях снижалась с 60 до 41 ат. %. При этом соотношение остальных элементов в составе покрытий соответствовало составу многокомпонентного порошка, что говорит о равномерном участии частиц порошков разного сорта в формировании наносимого слоя. Скорость изнашивания образцов с покрытиями в режиме сухого скольжения находилась в диапазоне 0,7…5,9 × 10^-5 мм³/Нм, что в 2,5…6,5 раз меньше, чем у стали 35 без покрытия. Циклическая жаростойкость образцов с покрытиями при температуре 700 ^оС за 100 часов испытаний была в 15…30 раз выше, чем у стали 35, что объясняется, прежде всего, наличием хрома и кремния в покрытиях.

1. Inoue A. Stabilization of metallic supercooled liquid and bulk amorphous alloys // Acta Materialia. – 2000. – Vol. 48. – P. 279–306. – DOI: 10.1016/S1359-6454(99)00300-6.

2. Takeuchi A., Inoue A. Classification of bulk metallic glasses by atomic size difference, heat of mixing and period of constituent elements and its application to characterization of the main alloying element // Materials Transactions. – 2005. – Vol. 46, iss. 12. – P. 2817–2829. – DOI: 10.2320/matertrans.46.2817.

3. Investigate the effects of the substrate surface roughness on the geometry, phase transformation, and hardness of laser-cladded Fe-based metallic glass coating / M.Z. Ibrahim, A.A.D. Sarhan, T.Y. Kuo, F. Yusuf, M. Hamd, C.S. Chien // International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2018. – Vol. 98. – P. 1977–1987. – DOI: 10.1007/s00170-018-2354-6.

4. Wang X., Gong P., Yao K.-F. Mechanical behavior of bulk metallic glass prepared by copper mold casting with reversed pressure // Journal of Materials Processing Technology. – 2016. – Vol. 237. – P. 270–276. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2016.06.023.

5. Fabrication and mechanical properties of bulk metallic glass matrix composites by in-situ dealloying method / W. Guo, H. Kato, R. Yamada, J. Saida // Journal of Alloys and Compounds. – 2017. – Vol. 707. – P. 332–336. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2016.10.167.

6. Huang J.C., Chu J.P., Jang J.S.C. Recent progress in metallic glasses in Taiwan // Intermetallics. – 2009. – Vol. 17. – P. 973–987. – DOI: 10.1016/j.intermet.2009.05.004.

7. Bulk metallic glasses for biomedical applications / J. Schroers, G. Kumar, T.M. Hodges, S. Chan, T.R. Kyriakides // JOM: The Journal of the Minerals, Metals and Materials Society. – 2009. – Vol. 61. – P. 21–29. – DOI: 10.1007/s11837-009-0128-1.

8. Corrosion performances in simulated body fluids and cytotoxicity evaluation of Fe-based bulk metallic glasses / Y.B. Wang, H.F. Li, Y.F. Zheng, M. Li // Materials Science and Engineering: C. – 2012. – Vol. 32, iss. 3. – P. 599–606. – DOI: 10.1016/j.msec.2011.12.018.

9. Effects of tungsten contents on the microstructure, mechanical and anticorrosion properties of Zr-W-Ti thin film metallic glasses / J.-C. Chang, J.-W. Lee, B.-S. Lou, C.-L. Li, J.P. Chu // Thin Solid Films. – 2015. – Vol. 584. – P. 253–256. – DOI: 10.1016/j.tsf.2015.01.063.

10. In-situ synthesis of novel Al-Fe-Si metallic glass coating by arc spraying / J. Cheng, B. Wang, Q. Liu, X. Liang // Journal of Alloys and Compounds. – 2017. – Vol. 716. – P. 88–95. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.05.032.

11. Production of Ni65Cr15P16B4 metallic glass-coated bipolar plate for fuel cell by high velocity oxy-fuel (HVOF) spray coating method / S.-C. Kim, S.-I. Yamaura, Y. Shimizu, K. Nakashima, T. Igarashi, A. Makino, A. Inoue // Materials Transactions. – 2010. – Vol. 51. – P. 1609–1613. – DOI: 10.2320/matertrans.MAW201006.

12. Microstructures and tribological properties of laser cladded Ti-based metallic glass composite coatings / X. Lan, H. Wu, Y. Liu, W. Zhang, R. Li, S. Chen, X. Zai, T. Hu // Materials Characterization. – 2016. – Vol. 120. – P. 82–89. – DOI: 10.1016/j.matchar.2016.08.026.

13. Production of amorphous and nanocrystalline iron based coatings by electro-spark deposition process / M.F. Hasanabadi, F.M. Ghaini, M. Ebrahimnia, H.R. Shahverdi // Surface and Coatings Technology. – 2015. – Vol. 270. – P. 95–101. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.03.016.

14. In situ synthesis and characterization of Fe-based metallic glass coatings by electrospark deposition technique / A.A. Burkov, S.A. Pyachin, M.A. Ermakov, A.V. Syuy // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2017. – Vol. 26. – P. 901–908. – DOI: 10.1007/s11665-016-2493-6.

15. Burkov A.A., Pyachin S.A. Formation of WC-Co coating by a novel technique of electrospark granules deposition // Materials and Design. – 2015. – Vol. 80. – P. 109–115. – DOI: 10.1016/j.matdes.2015.05.008.

16. Burkov A.A., Chigrin P.G. Effect of tungsten, molybdenum, nickel and cobalt on the corrosion and wear performance of Fe-based metallic glass coatings // Surface and Coatings Technology. – 2018. – Vol. 351. – P. 68–77. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018.07.078.

17. The effect of high-velocity oxy-fuel spraying parameters on microstructure, corrosion and wear resistance of Fe-based metallic glass coatings / H. Zhang, Y. Hu, G. Hou, Y. An, G. Liu // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2014. – Vol. 406. – P. 37–44. – DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2014.09.041.

18. On the formation of metallic glass coatings by means of Cold Gas Spray technology / A. Concustell, J. Henao, S. Dosta, N. Cinca, I.G. Cano, J.M. Guilemany // Journal of Alloys and Compounds. – 2015. – Vol. 651. – P. 764–772. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2015.07.270.

19. Microstructure and corrosion behavior of Fe-based amorphous composite coatings developed by atmospheric plasma spraying / P. Bijalwan, A. Kumar, S.K. Nayak, A. Banerjee, M. Dutta, T. Laha // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 796. – P. 47–54. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.05.046.

20. Verkhoturov A.D., Murzin L.M. Mechanism of the electrical erosion of composite materials during electrospark alloying // Soviet Powder Metallurgy and Metal Ceramics. – 1973. – Vol. 12. – P. 680–683. – DOI: 10.1007/BF00794396.

21. Ribalko A.V., Sahin O. A modern representation of the behaviour of electrospark alloying of steel by hard alloy // Surface and Coatings Technology. – 2006. – Vol. 201. – P. 1724–1730. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2006.02.044.

22. Crystallization of amorphous Cu50Ti50 alloy prepared by high-energy ball milling / N.F. Shkodich, S.G. Vadchenko, A.A. Nepapushev, D.Y. Kovalev, I.D. Kovalev, S. Ruvimov, A.S. Rogachev, A.S. Mukasyan // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – Vol. 741. – P. 575–579. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.01.062.

23. Garip Y., Ozdemir O. Comparative study of the oxidation and hot corrosion behaviors of TiAl-Cr intermetallic alloy produced by electric current activated sintering // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 780. – P. 364–377. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.11.324.

24. Oxidation of pentatitanium trisilicide (Ti5Si3) powder at high temperature / J.-I. Matsushita, T. Satsukawa, N. Iwamoto, X. Wang, J. Yang, T. Goto, T. Sekino, X. Wu, S. Yin, T. Sato // Materials Science Forum. – 2016. – Vol. 868. – P. 38–42. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.868.38.