ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. Для получения покрытий из металлического стекла необходимо достижение высоких скоростей охлаждения расплава. Композиция FeWCrMoBC обладает высокой вязкостью расплава и достаточной стеклообразующей способностью для фиксации аморфного состояния при скоростях охлаждения, реализуемых методом электроискрового легирования с использованием кристаллического электрода. Цель работы: одностадийное осаждение аморфного покрытия методом электроискрового легирования с использованием кристаллического анода FeWCrMoBC, приготовленного методом литья, и исследование свойств модифицированной поверхности стали 35: смачиваемости, жаростойкости и трибологических свойств. Методы и результаты. Структура анода и покрытий исследовалась методом рентгенофазового анализа в CuKα-излучении на дифрактометре ДРОН-7. На рентгенограммах покрытий, в отличие от рентгенограмм материала анода, не наблюдались острые брэгговские рефлексы, а присутствовало широкое гало в диапазоне углов 2? = 40…50°, что указывает на их аморфную структуру. Испытание на циклическую жаростойкость проводилось при температуре 700 °С в течение 100 часов. Износостойкость и коэффициент трения образцов исследовались при сухом трении скольжения на скорости 0,47 м/с при нагрузке 25 Н относительно контртела из быстрорежущей стали Р6М5. Исследовано влияние скважности электрических импульсов на характер массопереноса (эрозия анода, привес катода, коэффициент массопереноса) при формировании покрытия. С уменьшением скважности разрядных импульсов до 9 раз эрозия анода увеличивалась до 5 раз, а привес катода возрос до 2,2 раза. Максимальный коэффициент массопереноса достигался при наибольшей скважности импульсов. Наблюдалось повышение ряда свойств поверхности стали 35 после покрытия: твердость поверхности образцов после покрытия возросла в 2,3–2,6 раза; средняя толщина покрытий находилась в диапазоне 56–80,6 мкм, угол смачивания находился в диапазоне от 108,4 до 121,3°; коэффициент трения снизился в 1,2–1,4 раза; износостойкость возросла в 2–3,3 раза; окисляемость на воздухе снизилась до 14–18 раз. Область применения и выводы. Достигнутые более высокие свойства (твердость, износостойкость, жаростойкость, гидрофобность) исполнительных поверхностей деталей из стали 35 после нанесения предложенных покрытий могут быть использованы в различных отраслях машиностроительного производства. Результаты работы подтвердили возможность осаждения покрытий из металлического стекла методом электроискрового легирования с использованием анодного материала FeWCrMoBC на стали 35.

1. The effects of minor element addition on the structural heterogeneity and mechanical properties of ZrCuAl bulk metallic glasses / R. Sivaraman, In. Patra, M.N. Zainab, N.M. Hameed, T. Alawsi, S. Hashemi // Advances in Materials Science and Engineering. – 2022. – Vol. 2022. – Art. 6528470. – DOI: 10.1155/2022/6528470.

2. 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.

3. Effect of Mo on properties of the industrial Fe–B-alloy-derived Fe-based bulk metallic glasses / K. Zhu, W. Jiang, J. Wu, B. Zhang // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. – 2017. – Vol. 24. – P. 926–930. – DOI: 10.1007/s12613-017-1479-1.

4. Microstructure and magnetic properties in Fe₆₁Co_9-xZr₈Mo₅W_xB₁₇ (0 ≤ × ≤ 3) glasses and glass-matrix composites / W.M. Wang, W.X. Zhang, A. Gebert, C. Mickel, L. Schultz // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2009. – Vol. 40 (3). – P. 511–521. – DOI: 10.1007/s11661-008-9706-z.

5. Rapid degradation of azo dye by Fe-based metallic glass powder / J.Q. Wang, Y.H. Liu, M.W. Chen, G.Q. Xie, D.V. Louzguine-Luzgin, A. Inoue, J.H. Perepezko // Advanced Functional Materials. – 2012. – Vol. 22 (12). – P. 2567–2570. – DOI: 10.1002/adfm.201103015.

6. Efficient degradation of rhodamine B using Fe-based metallic glass catalyst by Fenton-like process / X. Wang, Y. Pan, Z. Zhu, J. Wu // Chemosphere. – 2014. – Vol. 117. – P. 638–643. – DOI: 10.1016/j.chemosphere.2014.09.055.

7. 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.

8. Effect of molybdenum, manganese and tungsten contents on the corrosion behavior and hardness of iron-based metallic glasses / Y. Wang, S.L. Jiang, Y.G. Zheng, W. Ke, W.H. Sun, J.Q. Wang // Materials and Corrosion. – 2014. – Vol. 65. – P. 733–741. – DOI: 10.1002/maco.201206740.

9. Fabrication, tribological and corrosion behaviors of detonation gun sprayed Fe-based metallic glass coating / H. Wu, X.-d. Lan, Y. Liu, F. Li, W.-d. Zhang, Z.-j. Chen, X.-f. Zai, H. Zeng // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2016. – Vol. 26 (6). – P. 1629–1637. – DOI: 10.1016/S1003-6326(16)64271-1.

10. Corrosion resistance of coating with Fe-based metallic glass powders fabricated by laser spraying / Y. Wang, G. Ouyang, L. Zhang, X. Wu, H. Zhang, S. Wang // Journal of Applied Sciences. – 2013. – Vol. 13 (9). – P. 1479–1483. – DOI: 10.3923/jas.2013.1479.1483.

11. Tuning apparent friction coefficient by controlled patterning bulk metallic glasses surfaces / N. Li, E. Xu, Z. Liu, X. Wang, L. Liu // Scientific Reports. – 2016. – Vol. 6 (1). – P. 39388. – DOI: 10.1038/srep39388.

12. Hitit A., Sahin H. The effect of iron content on glass forming ability and thermal stability of Co–Fe–Ni–Ta–Nb–B–Si bulk metallic glass // Metals. – 2017. – Vol. 7 (1). – P. 7. – DOI: 10.3390/met7010007.

13. Бурков А.А. Осаждение покрытий из металлического стекла электроискровой обработкой в среде гранул состава Fe₃₉Ni₈Cr₇W₇Mo₇Co₂C₁₆B₁₄ // Письма о материалах. – 2017. – Т. 7, № 3 (27). – С. 254–259. – DOI: 10.22226/2410-3535-2017-3-254-259.

14. Zohdi H., Shahverdi H.R., Hadavi S.M. Effect of Nb addition on corrosion behavior of Fe-based metallic glasses in Ringer's solution for biomedical applications // Electrochemistry Communications. – 2011. – Vol. 13 (8). – P. 840–843. – DOI: 10.1016/j.elecom.2011.05.017.

15. Glass-formation and corrosion properties of Fe–Cr–Mo–C–B glassy ribbons with low Cr content / M. Madinehei, P. Brun, M.J. Duarte, E. Pined, J. Klemm, F.U. Renner // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – Vol. 615. – P. 128–S131. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.12.245.

16. Corrosion resistant metallic glasses for biosensing applications / A. Sagasti, A.C. Lopes, A. Lasheras, V. Palomares, J. Carrizo, J. Gutierrez, J.M. Barandiaran // AIP Advances. Special Collection: 23rd Soft Magnetic Materials Conference. – 2018. – Vol. 8 (4). – P. 047702. – DOI: 10.1063/1.4994108.

17. 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.

18. Optimizing process and the properties of the sprayed Fe-based metallic glassy coating by plasma spraying / C. Zhang, Z. Chu, F. Wei, W. Qin, Y. Yang, Y. Dong, D. Huang, L. Wang // Surface and Coatings Technology. – 2017. – Vol. 319. – P. 1–5. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2017.03.063.

19. Liu L., Zhang C. Fe-based amorphous coatings: Structures and properties // Thin Solid Films. – 2014. – Vol. 561. – P. 70–86. – DOI: 10.1016/j.tsf.2013.08.029.

20. Microstructure and corrosion properties of AlCoCrFeNi high entropy alloy coatings deposited on AISI 1045 steel by the electrospark process / Q.H. Li, T.M. Yue, Z.N. Guo, X. Lin // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2013. – Vol. 44A. – P. 1767–1778. – DOI: 10.1088/2051-672X/ab411b.

21. Материалогия покрытий титановых сплавов методами физикохимии и электроискрового легирования. В 2 ч. Ч. 2. ЭИЛ-покрытия / Б.А. Ляшенко, И.А. Подчерняева, Л.А. Коневцов, С.В. Коваленко, А.В. Каминский. – Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2020. – 347 с. – ISBN 978-5-7389-3025-6.

22. 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.

23. Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Analysis of wetting as an efficient method for studying the characteristics of coatings and surfaces and the processes that occur on them: a review // Inorganic Materials. – 2011. – Vol. 47 (15). – P. 1667–1675. – DOI: 10.1134/S0020168511150064.

24. Schuster J.M., Schvezov C.E., Rosenberger M.R. Analysis of the results of surface free energy measurement of Ti₆Al₄V by different methods // Procedia Materials Science. – 2015. – Vol. 8. – P. 732–741. – DOI: 10.1016/j.mspro.2015.04.130.

25. Comparative analysis of insulating properties of plasma and thermally grown alumina films on electrospark aluminide coated 9Cr steels / N.I. Jamnapara, 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.

26. Effect of spray powder particle size on the bionic hydrophobic structures and corrosion performance of Fe-based amorphous metallic coatings / Y.C. Li, W.W. Zhang, Y. Wang, X.Y. Zhang, L.L. Sun // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 437. – P. 128377. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128377.

27. Effect of W addition on the glass forming ability and mechanical properties of Fe-based metallic glass / D.D. Liang, X.S. Wei, C.T. Chang, J.W. Li, X.M. Wang, J. Shen // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – Vol. 731. – P. 1146–1150. – DOI: 10.1016/j.jallcom.2017.10.104.

28. Negussie A.T., Chu J.P., Diyatmik W., Lee C.M., Yu C., Shen Y.L., Hsueh C.H. Annealing-induced indentation recovery in thin film metallic glasses: Effects of indenter tip geometry, film thickness and film composition // Surface and Coatings Technology.– 2015. – Vol.261. – P. 350–355. – DOI: 10.1016/j.surfcoat.2014.10.068.

29. Бурков А.А., Крутикова В.О. Осаждение аморфных упрочняющих покрытий электроискровой обработкой в смеси кристаллических гранул // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2019. – № 2. – С. 57–67. – DOI: 10.17073/1997-308X-2019-2-57-67.

30. Electrochemical and friction characteristics of metallic glass composites at the microstructural length-scales / A. Ayyagari, V. Hasannaeimi, H. Arora, S. Mukherjee // Scientific Reports. – 2018. – Vol. 8 (1). – P. 906. – DOI: 10.1038/s41598-018-19488-7.