ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Разработка дизайна сплавов с высокой стеклообразующей способностью и исследование их физико-механических свойств явля.тся одними из актуальных направлений в материаловедении в настоящее время. Многокомпонентные сплавы на основе железа с высокой стеклообразующей способностью имеют высокую коррозионную стойкость и износостойкость, что делает их перспективными для нанесения на рабочие поверхности изделий, работающих в условиях абразивного износа и агрессивных сред. Методы газотермического напыления (плазменное напыление, детонационное напыление, высокоскоростное газопламенное напыление и др.) позволяют формировать покрытия с аморфной структурой из многокомпонентных сплавов на основе железа. Детонационное напыление вследствие особенностей процесса напыления позволяет формировать более качественные покрытия со структурой металлического стекла по сравнению с другими методами газотермического напыления. Цель работы: исследование влияния фазового состава детонационных покрытий из многокомпонентного сплава на основе железа на стойкость к атмосферной коррозии в условиях воздействия нейтрального соляного тумана. В работе исследованы детонационные покрытия из аморфного сплава Fe66Cr10Nb5B19, полученные при различном объеме взрывчатой смеси. Методами исследования являются испытания детонационных покрытий в моделируемых условиях воздействия атмосферной коррозии в камере соляного тумана по стандарту ASTM B117 в атмосфере распыляемого пятипроцентного раствора хлорида натрия в воде в течение 600 часов при комнатной температуре, а также проведение рентгенофазовых и металлографических исследований покрытий до и после испытаний. Результаты и обсуждение. Результаты исследования фазового состава и морфологии поверхности покрытий после испытаний свидетельствуют об их высокой коррозионной стойкости в нейтральном соляном тумане, содержащем большое количество анионов хлора. На поперечных сечениях покрытий отсутствуют следы распространения коррозии, что подтверждает эффективность применения детонационных покрытий со структурой металлического стекла из сплава Fe66Cr10Nb5B19 для защиты изделий, работающих в условиях повышенной влажности, без дополнительной герметизации поверхности.
Кучумова Иванна Денисовна
Батраев Игорь Сергеевич
Черкасова Нина Юрьевна
Ухина Арина Викторовна
Штерцер Александр Александрович
Хорхе Альберто Морейра
1. Inoue A., Takeuchi A. Recent development and application products of bulk glassy alloys // Acta Materialia. – 2011. – Vol. 59, iss. 6. – P. 2243–2267. – DOI: 10.1016/j.actamat.2010.11.027.
2. Structural amorphous steels / Z.P. Lu, C.T. Liu, J.R. Thompson, W.D. Porter // Physical Review Letters. – 2004. – Vol. 92, iss. 24. – P. 501–504. – DOI: 10.1103/physrevlett.92.245503.
3. Synthesis of Fe–Cr–Mo–C–B–P bulk metallic glasses with high corrosion resistance / S. Pang, T. Zhang, K. Asami, A. Inoue // Acta Materialia. – 2002. – Vol. 50, iss. 3. – P. 489–497. – DOI: 10.1016/s1359-6454(01)00366-4.
4. Improvement of corrosion resistance of high-velocity oxyfuel-sprayed stainless steel coatings by addition of molybdenum / J. Kawakita, S. Kuroda, T. Fukushima, T. Kodama // Journal of Thermal Spray Technology. – 2005. – Vol. 14. – P. 224–230. – DOI: 10.1361/10599630523782.
5. Masumoto T., Hashimoto K. Chemical properties of amorphous metals // Annual Review of Material Science. – 1978. – Vol. 8. – P. 215–233.
6. Naka M., Hashimoto K., Masumoto T. Effects of annealing on the corrosion of glassy chromium-containing alloys // Science Reports of the Research Institutes. – 1977. – Vol. 26. – P. 283–289.
7. Keryvin V., Hoang V.H., Shen J. Hardness, toughness, brittleness and cracking systems of an iron-based bulk metallic glass by indentation // Intermetallics. – 2009. – Vol. 17. – P. 211–217. – DOI: 10.1016/j.intermet.2008.08.017.
8. Ductility improvement of amorphous steels: roles of shear modulus and electronic structure / X.J. Gu, S.J. Poon, G.J. Shiflet, M. Widom // Acta Materialia. – 2008. – Vol. 56. – P. 88–94. – DOI: 10.1016/j.actamat.2007.09.011.
9. Qiao J., Jia H., Liaw P.K. Metallic glass matrix composites // Materials Science and Engineering: R: Reports. – 2016. – Vol. 100. – P. 1–69. – DOI: 10.1016/j.mser.2015.12.001.
10. Mechanical behavior of Fe65.5Cr4Mo4Ga4P12C5B5.5 bulk metallic glass / M. Stoica, J. Eckert, S. Roth, H.F. Zhang, J. Schultz, W.H. Wang // Intermetallics. – 2005. – Vol. 13. – P. 764–769. – DOI: 10.1016/j.intermet.2004.12.016.
11. Wear and corrosion properties of HVOF coatings from Superduplex alloy modified with addition of boron / J.E. Berger, R. Schulz, S. Savoie, J. Gallego, C.S. Kiminami, C. Bolfarini, W.J. Botta // Surface and Coatings Technology. – 2017. – Vol. 309. – P. 911–919. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2016.10.062.
12. Microstructural investigation of Fe-Cr-Nb-B amorphous/nanocrystalline coating produced by HVOF / G.Y. Koga, A.M. Jorge, S. Savoie, R. Schulz, C.S. Kiminami, C. Bolfarini, W.J. Botta // Materials & Design. – 2016. – Vol. 111. – P. 608–615. – DOI: 10.1016/j.matdes.2016.09.027.
13. Corrosion and erosion–corrosion behaviour of activated combustion high-velocity air fuel sprayed Fe-based amorphous coatings inchloride-containing solutions / Y. Wang, Z.Z. Xing, Q. Luo, A. Rahman, J. Jiao, S.J. Qu, Y.G. Zheng, J. Shena // Corrosion Science. – 2015. – Vol. 98. – P. 339–353. – DOI: 10.1016/j.corsci.2015.05.044.
14. Pitting initiation in Fe-based amorphous coatings / C. Zhang, K.C. Chan, Y. Wu, L. Liu // Acta Materialia. – 2012. – Vol. 60. – P. 4152–4159. – DOI: 10.1016/j.actamat.2012.04.005.
15. Corrosion mechanism of N-containing Fe–Cr–Mo–Y–C–B bulk amorphous alloys in highly concentrated HCl solution / J. Jayaraj, K.B. Kim, H.S. Ahn, E. Fleury // Materials Science and Engineering: A. – 2007. – Vol. 449–451. – P. 517–520. – DOI: 10.1016/j.msea.2006.02.418.
16. Effects of crystallization on the corrosion resistance of Fe-based amorphous coatings / Y. Yang, C. Zhang, Y. Peng, Y. Yu, L. Liu // Corrosion Science. – 2012. – Vol. 59. – P. 10–19. – DOI: 10.1016/j.corsci.2012.02.003.
17. Production and corrosion resistance of thermally sprayed fe-based amorphous coatings from mechanically milled feedstock powders / G.Y. Koga, A.M. Jorge Junior, V. Roche, R.P. Nogueira, R. Schulz, S. Savoie, A.K. Melle, C. Loable, C. Bolfarini, C. Kiminami, W. Botta // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2018. – Vol. 49. – P. 4860–4870. – DOI: 10.1007/s11661-018-4785-y.
18. E?ects of oxygen fuel rate on microstructure and wear properties of detonation sprayed iron-based amorphous coatings / L. Xie, Y.-M. Wang, X. Xiong, Z.-K. Chen, Y.-L. Wang // Materials Transactions Received. – 2018. – Vol. 3. – P. 1867–1871. – DOI: 10.2320/matertrans.M2018273.
19. The influence of the O2/C2H2 ratio on the structure and properties of Fe66Cr10Nb5B19 detonation coatings / I.D. Kuchumova, I.S. Batraev, N.Y. Cherkasova, D.K. Rybin, A.V. Ukhina, W.J. Botta, G.Y. Koga, A.M. Jorge // Materials Today: Proceedings. – 2020. – Vol. 25. – P. 384–386. – DOI: 10.1016/j.matpr.2019.12.098.
20. Formation and corrosion behavior of Fe-based amorphous metallic coatings prepared by detonation gun spraying / Z. Zhou, L. Wang, F. Wang, Y. Liu // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2009. – Vol. 19. – P. 634–638. – DOI: 10.1016/S1003-6326(10)60123-9.
21. Fabrication, tribological and corrosion behaviors of detonation gun sprayed Fe-based metallic glass coating / H. Wu, X. Lan, Y. Liu, F. Li, W. Zhang, Z. Chen, X. Zai, H. Zeng // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2016. – Vol. 26. – P. 1629–1637. – DOI: 10.1016/S1003-6326(16)64271-1.
22. ASTM B117–19. Standard Practice for Operating Salt Spray (Fog) Apparatus. – West Conshohocken, PA: ASTM International, 2019. – DOI: 10.1520/B0117-19.
23. Лабораторные испытания коррозионной стойкости легких сплавов методом соленого тумана путем моделирования субтропического климата / В.И. Сергиенко, Ю.П. Денисенко, В.Г. Добржанский, Ю.Ф. Огнев, О.Ш. Бердиев, Н.Е. Душина // Вестник Инженерной школы Дальневосточного федерального университета. – 2015. – № 3. – С. 85–91.
24. Метод оценки коррозионной стойкости алюминиевых профилей для светопрозрачных ограждающих конструкций под действием соляного тумана / В.И. Третьяков, Л.К. Богомолова, Э.С. Гузова, О.А. Крупинина // Вестник МГСУ. – 2011. – № 3, ч. 2. – С. 116–122.
25. Formation of metallic glass coatings by detonation spraying of a Fe66Cr10Nb5B19 powder / I.D. Kuchumova, I.S. Batraev, V.Yu. Ulianitsky, A.A. Shtertser, K.B. Gerasimov, A.V. Ukhina, N.V. Bulina, I.A. Bataev, G.Y. Koga, Y. Guo, W.J. Botta, H. Kato, T. Wada, B.B. Bokhonov, D.V. Dudina, A.M. Jorge // Metals. – 2019. – Vol. 9. – DOI: 10.3390/met9080846. – URL: https://www.mdpi.com/2075-4701/9/8/846.
26. Computer-controlled detonation spray ing: from process fundamentals toward advanced applications / V.Yu. Ulianitsky, A.A. Shtertser, S.V. Zlobin, I.Yu. Smurov // Journal of Thermal Spray Technology. – 2011. – Vol. 20. – P. 791–801. – DOI: 10.3390/met9121244.
27. Detonation spraying behaviour of refractory metals: case studies for Mo and Ta-based powders / V.Yu. Ulianitsky, I.S. Batraev, A.A. Shtertser, D.V. Dudina, N.V. Bulina, I.Yu. Smurov // Advanced Powder Technology. – 2018. – Vol. 29. – P. 1859–1864. – DOI: 10.1016/j.apt.2018.04.023.
28. Inoue A. Bulk Amorphous alloys: preparation and fundamental characteristics. – Uetikon-Zurich: Trans Tech Publications, 1998. – (Materials science foundations; vol. 4).
29. Inoue A. Stabilization of supercooled liquid and opening-up of bulk glassy alloys // Proceedings of the Japan Academy. Series B. – 1997. – Vol. 73. – P. 19–24. – DOI: 10.2183/pjab.73.19.
30. Inoue A. Recent progress of Zr-based bulk amorphous alloys // Science Reports of the Research Institutes. Tohoku Daigaku Kenkyujo hokoku, Series A. – 1996. – Vol. 42. – P. 1–12.
31. Heller D.K., Fahrenholtz W.G., O'Keefe M.J. The effect of post-treatment time and temperature on cerium-based conversion coatings on Al 2024-T3 // Corrosion Science. – 2010. – Vol. 52, iss. 2. – P. 360–368. – DOI: 10.1016/j.corsci.2009.09.023.
32. Structure and corrosion behavior of 316L stainless steel coatings formed by HVAF spraying with and without sealing / Z. Zeng, N. Sakoda, T. Tajiri, S. Kuroda // Surface and Coatings Technology. – 2008. – Vol. 203, iss. 3–4. – P. 284–290. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2008.09.011.
33. Effect of sealing treatment on corrosion resistance of plasma-sprayed NiCrAl/Cr2O3-8 wt.%TiO2 coating / J. Zhang, Z. Wang, P. Lin, W. Lu, Z. Zhou, S. Jiang // Journal of Thermal Spray Technology. – 2010. – Vol. 20, iss. 3. – P. 508–513. – DOI: 10.1007/s11666-010-9528-6.
Финансирование
Исследование выполняется при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Новосибирской области в рамках проекта № 19-43-543034.
Благодарности
Авторы выражают благодарность Константину Борисовичу Герасимову за проведение ДСК исследований покрытия.
Коррозионная стойкость детонационных покрытий Fe66Cr10Nb5B19 в условиях воздействия соляного тумана / И.Д. Кучумова, И.С. Батраев, Н.Ю. Черкасова, А.В. Ухина, А.А. Штерцер, А.М. Хорхе // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2020. – Т. 22, № 3. – С. 95–105. – DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.3-95-105.
Kuchumova I.D., Batraev I.S., Cherkasova N.Y., Ukhina A.V., Shtertser A.A., Jorge A.M. The influence of salt fog exposure on corrosion resistance of detonation coatings Fe66Cr10Nb5B19. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2020, vol. 22, no. 3, pp. 95-105.DOI: 10.17212/1994-6309-2020-22.3-95-105. (In Russian).
