ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Металлокерамические покрытия на основе силицида титана привлекательны для защиты нержавеющей стали AISI304 от износа, коррозии и высокотемпературного окисления. Цель работы. Изучение структуры поверхностного слоя нержавеющей стали AISI 304 после ЭИЛ в смеси титановых гранул с порошком кремния и исследование жаростойкости, коррозионных и триботехнических свойств полученных покрытий. Методика исследований. Получены Fe-Ti-Si-покрытия на нержавеющей стали AISI304 электроискровой обработкой нелокализованным электродом, состоящим из титановых гранул и 2,6…6 об.% смеси порошков титана и кристаллического кремния. Результаты и обсуждение. Показано, что стабильный положительный привес катода наблюдается, когда доля кремния в порошковой смеси не превышает 32 %. В фазовом составе покрытий присутствовали: твердый раствор хрома в железе, силицид титана Ti₅Si₃, титан и кремний, что подтверждается данными энергодисперсионного анализа. Твердость Ti-Si-покрытий находилась в диапазоне от 10,05 до 12,86 ГПа, что выше, чем у стали AISI304 в 5–6 раз. Коэффициент трения покрытий был примерно на 20 % ниже по сравнению со сталью AISI304 и находился в пределах 0,71…0,73. Испытания на износ в режиме сухого скольжения показали, что Ti-Si-покрытия могут повысить износостойкость стали AISI304 до 6 раз. Жаростойкость покрытий при температуре 900 ^оС была от 7 до 12 раз выше по сравнению со сталью AISI304. Проведенные исследования показали, что новые электроискровые Fe-Ti-Si-покрытия позволяют повысить коррозионную устойчивость, жаростойкость и твердость, а также снизить коэффициент трения и износ поверхности нержавеющей стали AISI304.

1. Рыбалка К.В., Бекетаева Л.А., Давыдов А.Д. Определение скорости коррозии стали AISI 304 в растворах HCl методом измерения омического сопротивления исследуемого образца // Электрохимия. – 2019. – Т. 55, № 9. – С. 1147–1152. – DOI: 10.1134/S0424857019080139.

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, N 9–10. – P. 1623–1630. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2009.10.039.

3. Штефан В.В., Канунникова Н.А. Оксидирование стали AISI 304 в Al-, Ti-содержащих растворах // Физикохимия поверхности и защита материалов. – 2020. – Т. 56, № 2. – 202–207. – DOI: 10.31857/S0044185620020230.

4. The influence of the pre-placed powder layers on the morphology, microscopic characteristics and microhardness of Ti-6Al-4V/WC MMC coatings during laser cladding / C. Qi, X. Zhan, Q. Gao, L. Liu, Y. Song, Y. Li. // Optics and Laser Technology. – 2019. – Vol. 119. – P. 105572. – DOI: 10.1016/j.optlastec.2019.105572.

5. Nurminen J., Näkki J., Vuoristo P. Microstructure and properties of hard and wear resistant MMC coatings deposited by laser cladding // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2009. – Vol. 27. – P. 472–478. – DOI: 10.1016/j.ijrmhm.2008.10.008.

6. In-situ Ti (C, N) reinforced AlCoCrFeNiSi-based high entropy alloy coating with functional gradient double-layer structure fabricated by laser cladding / G. Yan, M. Zheng, Z. Ye, J. Gu, C. Li, C. Wu, B. Wang // Journal of Alloys and Compounds. – 2021. – Vol. 886. – P. 161252. – DOI: 10.1016/J.JALLCOM.2021.161252.

7. Liu X.B., Wang H.M. Microstructure, wear and high-temperature oxidation resistance of laser clad Ti₅Si₃/γ/TiSi composite coatings on γ-TiAl intermetallic alloy // Surface and Coatings Technology. – 2006. – Vol. 200, N 14–15. – P. 4462–4470. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2005.03.006.

8. Effect of Si content on microstructure and tribological properties of Ti₅Si₃/TiC reinforced NiTi laser cladding coatings / W. Su, X. Cui, Y. Yang, Y. Guan, Y. Zhao, S. Wan, J. Li, G. Jin // Surface and Coatings Technology. – 2021. – Vol. 418. – P. 127281. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2021.127281.

9. Aluminum diffusion inhibiting properties of Ti₅Si₃ at 900 °C and its beneficial properties on Al-rich oxidation protective coatings on γ-TiAl / P.-P. Bauer, R. Swadzba, L. Klamann, N. Laska // Corrosion Science. – 2022. – Vol. 201. – P. 110265.

10. Microstructure and dry sliding wear behavior of plasma transferred arc clad Ti₅Si₃ reinforced intermetallic composite coatings / Y.F. Liu, Y.L. Zhou, Q. Zhang, F. Pu, R.H. Li, S.Z. Yang // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – Vol. 591. – P. 251–258. – DOI: 10.1016/J.JALLCOM.2013.12.225.

11. 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.

12. Pliszka I., Radek N. Corrosion resistance of WC-Cu coatings produced by electrospark deposition // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 192. – P. 707–712. – DOI: 10.1016/j.proeng.2017.06.122.

13. Палатник Л.С. Фазовые превращения при электроискровой обработке металлов и опыт установления критерия наблюдаемых взаимодействий // Доклады Академии наук СССР. – 1953. – Т. 89, № 3. – С. 455–458.

14. 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.

15. Бурков А.А., Кулик М.А. Электроискровое осаждение покрытий с использованием порошка Cr₃C₂ и их характеристика // Письма о материалах. – 2019. – Т. 9, № 2. – С. 243–248. – DOI: 10.22226/2410-3535-2019-2-243-248.

16. Бурков А.А., Кулик М.А. Коррозионная и триботехническая характеристика металломатричных Fe-Ti-Cr-B покрытий // Сварочное производство. – 2021. – № 12. – С. 43–49.

17. The synthesis of bulk material through explosive compaction for making intermetallic compound Ti₅Si₃ and its composites / K. Hokamoto, J.S. Lee, M. Fujita, S. Itoh, K. Raghukandan // Journal of Materials Science. – 2002. – Vol. 37, N 19. – P. 4073–4078. – DOI: 10.1023/A:1020071416063.

18. Frommeyer G., Rosenkranz R. Structures and properties of the refractory silicides Ti₅Si₃ and TiSi₂ and Ti-Si-(Al) eutectic alloys // Metallic Materials with High Structural Efficiency. – Dordrecht: Springer, 2004. – P. 287–308. – DOI: 10.1007/1-4020-2112-7_30.

19. Электроискровое легирование титана и его сплавов металлами и композиционными материалами / А.Д. Верхотуров, И.А. Подчерняева, В.М. Панашенко, Л.А. Коневцов. – Комсомольск-на-Амуре: ИмиМ ДВО РАН, 2014. – 320 с.

20. 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.