ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Улучшение триботехнических свойств нержавеющих сталей может быть достигнуто путем создания антифрикционных покрытий. Цель работы: изучение структуры и износостойкости композиционных электроискровых покрытий из интерметаллидов Fe-Al с порами, заполненными C/MoS2. Методы исследования. В работе исследованы покрытия из интерметаллидов Fe-Al, полученных на нержавеющей стали AISI 304 методом электроискровой обработки в смеси гранул, состоящих из железа и алюминия. Было приготовлено пять смесей гранул с содержанием алюминия от 20 до 100 моль %. С целью увеличения пористости интерметаллидных покрытий они были подвергнуты травлению в 20 %-м растворе щелочи. Для заполнения пористой поверхности образцов аморфным углеродом и дисульфидом молибдена применялся метод гидротермального синтеза в два этапа: в растворе глюкозы при 160 оС и в растворе тиомочевины и молибдата натрия при 220 оС. Структуру покрытий изучали методами рентгеновского дифракционного анализа, растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа и рамановской спектроскопии. Износостойкость покрытий исследовалась согласно стандарту ASTM G99 – 04 при сухом трении скольжения с применением контртел в виде дисков из быстрорежущей стали Р6М5 на скорости 0,47 м/с при нагрузках 10 и 50 Н. Результаты и обсуждение. Установлено, что с ростом содержания алюминия в смеси гранул фазовый состав интерметаллидных покрытий изменяется от FeAl до Fe14Al86. Показано, что травление интерметаллидных покрытий приводило к расширению поперечных трещин и возникновению пор, которые заполнялись углеродом и сульфидом молибдена. Коэффициент трения покрытий находился в диапазоне от 0,26 до 0,46. Скорость износа Fe-Al-С-MoS2 покрытий находилась в пределах 1,1…9 × 10–5 мм3/Нм, что меньше чем у стали AISI 304 в 3…22,5 раз. Лучшую износостойкость ожидаемо продемонстрировали покрытия, приготовленные в среде гранул с наибольшим содержанием алюминия.
Бурков Александр Анатольевич
Чигрин Павел Геннадьевич
Кулик Мария Андреевна
1. Preparation of titanizing coating on AISI 316 stainless steel by pack cementation to mitigate surface damage: estimations of corrosion resistance and tribological behavior / N. Lin, L. Zhao, Q. Liu, J. Zou, R. Xie, S. Yuan, D. Li, L. Zhang, Z. Wang, B. Tang // Journal of Physics and Chemistry of Solids. – 2019. – Vol. 129. – P. 387–400. – DOI: 10.1016/j.jpcs.2019.01.029.
2. Properties and tribological performance of ceramic-base chromium and vanadium carbide composite coatings / A. Günen, B. Kurt, P. Milner, M.S. Gök // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2019. – Vol. 81. – P. 333–344. – DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2019.03.019.
3. Ebrahimifar H. Microstructure and oxidation behavior of cobalt diffusional coating fabricated on AISI 429 stainless steel // Oxidation of Metals. – 2019. – Vol. 91. – P. 417–435. – DOI: 10.1007/s11085-019-09889-y.
4. Perminov A.E., Ignatov M.G., Prokof’ev E.Yu. Rapid monitoring of the hardened-layer depth on a steel part // Russian Engineering Research. – 2019. – Vol. 39. – P. 394–395. – DOI: 10.3103/S1068798X19050162.
5. Cold sprayed WC reinforced maraging steel 300 composites: microstructure characterization and mechanical properties / C. Chen, Y. Xie, X. Yan, R. Huang, M. Kuang, W. Ma, R. Zhao, J. Wang, M. Liu, Z. Ren, H. Liao // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 785. – P. 499–511. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.01.135.
6. Abu-warda N., López A.J., Utrilla M.V. High temperature corrosion and wear behavior of HVOF-sprayed coating of Al2O3-NiAl on AISI 304 stainless steel // Surface and Coatings Technology. – 2019. – Vol. 359. – P. 35–46. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018.12.047.
7. Effect of LaB6 addition on the microstructure and properties of (Ti3Al + TiB)/Ti composites by laser cladding // Materials and Design. – 2019. – Vol. 181. – P. 107959. – DOI: 10.1016/j.matdes.2019.107959.
8. Fabrication of Fe-based composite coatings reinforced by TiC particles and its microstructure and wear resistance of 40Cr gear steel by low energy pulsed laser cladding / Z. Zhang, X. Wang, Q. Zhang, Y. Liang, L. Ren, X. Li // Optics and Laser Technology. – 2019. – Vol. 119. – P. 105622. – DOI: 10.1016/j.optlastec.2019.105622.
9. Furlan K.P., Mello J.D.B. De, Klein A.N. Self-lubricating composites containing MoS2: a review // Tribology International. – 2018. – Vol. 120. – P. 280–298. – DOI: 10.1016/j.triboint.2017.12.033.
10. Dry sliding 10 wear behavior of SS316L composites containing h-BN and MoS2 solid lubricants / S. Mahathanabodee, T. Palathai, S. Raadnui, R. Tongsri, N. Sombatsompop // Wear. – 2014. – Vol. 316. – P. 37–48. – DOI: 10.1016/j.wear.2014.04.015.
11. Tribological behavior of coppermolybdenum disulfide composites / J.K. Xiao, W. Zhang, L.M. Liu, L. Zhang, C. Zhang // Wear. – 2017. – Vol. 384–385. – P. 61–71. – DOI: 10.1016/j.wear.2017.05.006.
12. Superior lubrication of dense/porous-coupled nanoscale C/WS2 multilayer coating on ductile substrate / S. Xu, Y. Liu, M. Gao, K.-H. Kang, D.-G. Shin, D.-E. Kim // Applied Surface Science. – 2019. – Vol. 476. – P. 724–732. – DOI: 10.1016/j.apsusc.2019.01.170.
13. Characterization and frictional behavior of nanostructured Ni-W-MoS2 composite coatings / M.F. Cardinal, P.A. Castro, J. Baxi, H. Liang, F.J. Williams // Surface and Coatings Technology. – 2009. – Vol. 204. – P. 85–90. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2009.06.037.
14. Cao T., Lei S., Zhang M. The friction and wear behavior of Cu/Cu-MoS2 self-lubricating coating prepared by electrospark deposition // Surface and Coatings Technology. – 2015. – Vol. 270. – P. 24–32. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.03.023.
15. Tribological behaviour of laser textured Ti6Al4V alloy coated with MoS2 and graphene / M.A. Arenas, J.I. Ahuir-Torres, I. García, H. Carvajal, J. de Damborenea // Tribology International. – 2018. – Vol. 128. – P. 240–247. – DOI: 10.1016/j.triboint.2018.07.031.
16. YSZ/MoS2 self-lubricating coating fabricated by thermal spraying and hydrothermal reaction / S. Li, X. Zhao, Y. An, D. Liu, H. Zhou, J. Chen // Ceramics International. – 2018. – Vol. 44. – P. 17864–17872. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.06.258.
17. Wang W., Wang D., Han F. Improvement of corrosion resistance of twinning-induced plasticity steel by hot-dipping aluminum with subsequent thermal diffusion treatment // Materials Letters. – 2019. – Vol. 248. – P. 60–64. – DOI: 10.1016/j.matlet.2019.04.001.
18. Yürektürk Y., Baydogan M. Effect of aluminizing and austempering processes on structural, mechanical and wear properties of a SSF ductile iron // Materials Research Express. – 2019. – Vol. 6. – P. 016550. – DOI: 10.1088/2053-1591/aae804.
19. 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.
20. 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.
21. Salmaliyan M., Malek Ghaeni F., Ebrahimnia M. Effect of electro spark deposition process parameters on WC-Co coating on H13 steel // Surface and Coatings Technology. – 2017. – Vol. 321. – P. 81–89. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.04.04.
Финансирование
Исследование выполнено при финансовой поддержке правительства Хабаровского края (распоряжение № 476-рп от 10 июня 2019 г.)
Благодарности
Авторы выражают благодарность Центру коллективного пользования ФГБУН «Национальный научный центр морской биологии им. А.В. Жирмунского» Дальневосточного отделения Российской академии наук за помощь в проведении рамановских исследований и лично с.н.с., к.б.н. А.А. Карпенко.
Бурков А.А., Чигрин П.Г., Кулик М.А. Гидротермальное нанесение С/MoS2 на электроискровые Fe–Al-покрытия для нержавеющей стали AISI 304 // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. –Т. 21, № 4. – С. 59–69. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.4-59-69.
Burkov A.A., Chigrin P.G., Kulik M.A. Hydrothermal deposition of С/MoS2 on electrospark Fe-Al coatings for AISI 304 stainless steel. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2019, vol. 21, no. 4, pp. 59–69. DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.4-59-69. (In Russian).
