ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Аустенитная нержавеющая сталь AISI 304 является наиболее широко используемым типом нержавеющих сталей. Однако она подвержена износу вследствие недостаточно высокой твердости, а также начинает интенсивно окисляться на воздухе при температурах выше 800 °С. Применение покрытий на основе борида хрома может улучшить ее триботехнические свойства и жаростойкость. Цель работы: исследования влияния концентрации диборида хрома в анодной смеси на структуру, поведение при изнашивании, жаростойкость и коррозионные свойства электроискровых покрытий на стали AISI 304. Методы исследования. Электроискровая обработка стали AISI304 осуществлялась в смеси железных гранул с добавкой порошка CrB2 5, 10 и 15 об.%. Структуру покрытий изучали методами рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа. Износостойкость покрытий исследовалась в условиях сухого трения при нагрузке 10 Н. Испытание на жаростойкость проводилось при температуре 900 оС в течение 100 часов. Результаты и обсуждение. По данным рентгенофазового анализа показано, что в условиях электроискрового воздействия CrB2 взаимодействует с расплавом железа, приводя к формированию боридов хрома и железа. Коррозионные свойства, микротвердость, коэффициент трения и износ были исследованы по сравнению со сталью AISI304. Образцы с покрытиями показали более низкий потенциал и ток коррозии по сравнению с подложкой в 3,5 %-м растворе NaCl и от 5 до 15 раз более высокую жаростойкость. Микротвердость покрытий возрастала от 6,25 до 7,60 ГПа при увеличении добавки диборида хрома в электродной смеси. Коэффициент трения и интенсивность изнашивания всех покрытий были ниже, чем у нержавеющей стали AISI 304, при этом лучшими триботехническими характеристиками обладало покрытие, приготовленное с добавкой 5 об.% диборида хрома.
Бурков Александр Анатольевич
Кулик Мария Андреевна
Беля Александр Витальевич
Крутикова Валерия Олеговна
1. Corrosion resistance of boronized, aluminized, and chromized thermal diffusion-coated steels in simulated high-temperature recovery boiler conditions / A. Mahdavi, E. Medvedovski, G.L. Mendoza, A. McDonald // Coatings. – 2018. – Vol. 8, iss. 8. – P. 257. – DOI: 10.3390/coatings8080257.
2. Tribocorrosion behaviour of duplex surface treated AISI 304 stainless steel / A. de Frutos, M.A. Arenas, G.G. Fuentes, R.J. Rodríguez, R. Martínez, J.C. Avelar-Batista, J.J. de Damborenea // Surface and Coatings Technology. – 2010. – Vol. 204, iss. 9–10. – P. 1623–1630. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2009.10.039.
3. Ushashri K., Masanta M. Hard TiC coating on AISI304 steel by laser surface engineering using pulsed Nd: YAG laser // Materials and Manufacturing Processes. – 2015. – Vol. 30, iss. 6. – P. 730–735. – DOI: 10.1080/10426914.2014.973593.
4. Sahoo C.K., Masanta M. Microstructure and mechanical properties of TiC-Ni coating on AISI304 steel produced by TIG cladding process // Journal of Materials Processing Technology. – 2017. – Vol. 240. – P. 126–137. – DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2016.09.018.
5. Голышев А.А., Оришич А.М. Исследование влияния режимов фокусировки лазерного излучения на геометрические и механические свойства металлокерамических треков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21., № 1. – С. 82–92. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.1-82-92.
6. The corrosion behaviour of a plasma spraying Al2O3 ceramic coating in dilute HCl solution / D. Yan, J. He, J. Wu, W. Qiu, J. Ma // Surface and Coatings Technology. – 1997. – Vol. 89, iss. 1–2. – P. 191–195. – DOI: 10.1016/S0257-8972(96)02862-9.
7. Berger L.-M. Application of hardmetals as thermal spray coatings // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2015. – Vol. 49. – P. 350–364. – DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2014.09.029.
8. Мишигдоржийн У.Л., Сизов И.Г., Полянский И.П. Формирование покрытий на основе бора и алюминия на поверхности углеродистых сталей электронно-лучевым легированием // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2018. – Т. 20., № 2. – С. 87–99. – DOI: 10.17212/1994-6309-2018-20.2-87-99.
9. Microstructure and properties of FeCrB alloy coatings prepared by wire-arc spraying / H.H. Yao, Z. Zhou, Y.M. Wang, D.Y. He, K. Bobzin,·L. Zhao, M. Öte, T. Königstein // Journal of Thermal Spray Technology. – 2017. – Vol. 26, iss. 3. – P. 483–491. – DOI: 10.1007/s11666-016-0510-9.
10. K?l?ç M. Microstructural characterization of Ni-based B4C reinforced composite coating produced by tungsten inert gas method // Archives of Metallurgy and Materials. – 2021. – Vol. 66 (3). – P. 917–924. – DOI: 10.24425/amm.2021.136398.
11. Turkoglu T., Ay I. Investigation of mechanical, kinetic and corrosion properties of borided AISI 304, AISI 420 and AISI 430 // Surface Engineering. – 2021. – Vol. 37, iss. 8. – P. 1020–1031. – DOI: 10.1080/02670844.2021.1884332.
12. Nikolenko S.V., Konevtsov L.A., Chigrin P.G. Additive influence of carbon and carbides of vanadium and chrome in anodic tungsten-cobalt materials on their erosive fragility and formation of the alloyed layer at ESA of steels 35 // Materials Science Forum. – Trans Tech Publications, 2020. – Vol. 992. – P. 683–688. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.992.683.
13. Application of Zr-Si-B electrodes for electrospark alloying of Inconel 718 in vacuum, argon and air environment / A.E. Kudryashov, Ph.V. Kiryukhantsev-Korneev, M.I. Petrzhik, E.A. Levashov // CIS Iron and Steel Review. – 2019. – Vol. 18. – P. 46–51. – DOI: 10.17580/cisisr.2019.02.10.
14. A novel method to fabricate composite coatings via ultrasonic-assisted electro-spark powder deposition / H. Zhao, Ch. Gao, X. Wu, B. Xu, Y. Lu, L. Zhu // Ceramics International. – 2019. – Vol. 45, iss. 17. – P. 22528–22537. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2019.07.279.
15. Chandrakant, Reddy N.S., Panigrahi B.B. Electro spark coating of AlCoCrFeNi high entropy alloy on AISI410 stainless steel // Materials Letters. – 2021. – Vol. 304. – P. 130580. – DOI: 10.1016/j.matlet.2021.130580.
16. Shafyei H., Salehi M., Bahrami A. Fabrication, microstructural characterization and mechanical properties evaluation of Ti/TiB/TiB2 composite coatings deposited on Ti6Al4V alloy by electro-spark deposition method // Ceramics International. – 2020. – Vol. 46, iss. 10. – P. 15276–15284. – DOI: 10.1016/j.ceramint.2020.03.068.
17. Li C., Ge P., Bi W. Thermal simulation of the single discharge for electro-spark deposition diamond wire saw // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. – 2021. – Vol. 114, iss. 11. – P. 3597–3604. – DOI: 10.1007/s00170-021-07132-0.
18. 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. – DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.4-19-30.
19. Burkov A.A., Kulik M.A. Wear-resistant and anticorrosive coatings based on chrome carbide Cr7C3 obtained by electric spark deposition // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. – 2020. – Vol. 56, iss. 6. – P. 1217–1221. – DOI: 10.1134/S2070205120060064.
20. Kwok D.Y., Neumann A.W. Contact angle measurement and contact angle interpretation // Advances in Colloid and Interface Science. – 1999. – Vol. 81, iss. 3. – P. 167–249. – DOI: 10.1016/S0001-8686(98)00087-6.
21. Comparative analysis of insulating properties of plasma and thermally grown alumina films on electrospark aluminide coated 9Cr steels / N.I. Jamnaparaa, S. Frangini, J. Alphonsa, N.L. Chauhan, S. Mukherjee // Surface and Coatings Technology. – 2015. – Vol. 266. – P. 146–150. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2015.02.028.
22. Khimukhin S.N., Eremina K.P., Nikolenko S.V. Obtaining of coatings from Ni-Al by electro spark deposition and surface smoothing by ultrasonic plastic deformation // Materials Science Forum. – Trans Tech Publications, 2021. – Vol. 1037. – P. 473–478. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.1037.473.
23. Nikolenko S.V., Syui N.A. Investigation of coatings produced by the electro spark machining method of steel 45 with electrodes based on carbides of tungsten and titanium // Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces. – 2017. – Vol. 53, iss. 5. – P. 889–894. – DOI: 10.1134/S207020511705015X.
24. Бурков А.А., Кулик М.А., Крутикова В.О. Характеристика Ti–Si-покрытий на сплаве Ti6Al4V, осажденных электроискровой обработкой в среде гранул // Цветные металлы. – 2019. – № 4. – С. 54–59. – DOI: 10.17580/TSM.2019.04.07.
25. Evaluation of three kinds of MCrAlY coatings produced by electrospark deposition / Y.-j. Xie, D. Wang, M.-s. Wang, W. Ye // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2016. – Vol. 26, iss. 6. – P. 1647–1654. – DOI: 10.1016/S1003-6326(16)64274-7.
26. Effect of mullite film layers on the high-temperature oxidation resistance of AISI 304 stainless steel / J. Ma, N. Wen, R. Wang, J. Wang, X. Zhang, J. Li, Y. Chen // Coatings. – 2021. – Vol. 11, iss. 8. – P. 880. – DOI: 10.3390/coatings11080880.
27. Beneficial effect of a pre-ceramic polymer coating on the protection at 900 °C of a commercial AISI 304 stainless steel / F. Riffard, E. Joannet, H. Buscail, R. Rolland, S. Perrier // Oxidation of Metals. – 2017. – Vol. 88, iss. 1. – P. 211–220. – DOI: 10.1007/s11085-016-9705-1.
28. Effect of surface topography on formation of squeal under reciprocating sliding / C. Guangxiong, Z. Zhongrong, P. Kapsa, L. Vincent // Wear. – 2002. – Vol. 253, iss. 3–4. – P. 411–423. – DOI: 10.1016/S0043-1648(02)00161-8.
Благодарности:
Исследования частично выполнены на оборудовании ЦКП "Структура, механические и физические свойства материалов".
Электроискровое осаждение порошка диборида хрома на нержавеющую сталь AISI 304 / А.А. Бурков, М.А. Кулик, А.В. Беля, В.О. Крутикова // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2022. – Т. 24, № 2. – С. 78–90. – DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.2-78-90.
Burkov A.A., Kulik M.A., Belya A.V., Krutikova V.O. Electrospark deposition of chromium diboride powder on stainless steel AISI 304. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2022, vol. 24, no. 2, pp. 78–90. DOI: 10.17212/1994-6309-2022-24.2-78-90. (In Russian).
