Том 27 № 3 2025 1 СОДЕРЖАНИЕ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ СОУЧРЕДИТЕЛИ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» ООО НПКФ «Машсервисприбор» ГЛАВНЫЙ РЕДАКТОР Батаев Анатолий Андреевич – профессор, доктор технических наук, ректор НГТУ ЗАМЕСТИТЕЛИ ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА Иванцивский Владимир Владимирович – доцент, доктор технических наук Скиба Вадим Юрьевич – доцент, кандидат технических наук Ложкина Елена Алексеевна – редактор перевода текста на английский язык, кандидат технических наук Перепечатка материалов из журнала «Обработка металлов» возможна при обязательном письменном согласовании с редакцией журнала; ссылка на журнал при перепечатке обязательна. За содержание рекламных материалов ответственность несет рекламодатель. 16+ РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Председатель совета Пустовой Николай Васильевич – доктор технических наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ, член Национального комитета по теоретической и прикладной механике, президент НГТУ, г. Новосибирск (Российская Федерация) Члены совета Федеративная Республика Бразилия: Альберто Морейра Хорхе, профессор, доктор технических наук, Федеральный университет, г. Сан Карлос Федеративная Республика Германия: Монико Грайф, профессор, доктор технических наук, Высшая школа Рейн-Майн, Университет прикладных наук, г. Рюссельсхайм, Томас Хассел, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен, Флориан Нюрнбергер, доктор технических наук, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница, г. Гарбсен Испания: Чувилин А.Л., кандидат физико-математических наук, профессор, научный руководитель группы электронной микроскопии «CIC nanoGUNE», г. Сан-Себастьян Республика Беларусь: Пантелеенко Ф.И., доктор технических наук, профессор, член-корреспондент НАН Беларуси, Заслуженный деятель науки Республики Беларусь, Белорусский национальный технический университет, г. Минск Российская Федерация: Атапин В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Балков В.П., зам. ген. директора АО «ВНИИинструмент», канд. техн. наук, г. Москва, Батаев В.А., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Буров В.Г., доктор техн. наук, профессор, НГТУ, г. Новосибирск, Коротков А.Н., доктор техн. наук, профессор, академик РАЕ, КузГТУ, г. Кемерово, Лобанов Д.В., доктор техн. наук, доцент, ЧГУ, г. Чебоксары, Макаров А.В., доктор техн. наук, член-корреспондент РАН, ИФМ УрО РАН, г. Екатеринбург, Овчаренко А.Г., доктор техн. наук, профессор, БТИ АлтГТУ, г. Бийск, Сараев Ю.Н., доктор техн. наук, профессор, ИФТПС СО РАН, г. Якутск, Янюшкин А.С., доктор техн. наук, профессор, ЧГУ, г. Чебоксары Журнал входит в «Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук». Полный текст журнала «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» теперь можно найти в базах данных компании EBSCO Publishing на платформе EBSCOhost. EBSCO Publishing является ведущим мировым агрегатором научных и популярных изданий, а также электронных и аудиокниг. ИЗДАЕТСЯ С 1999 г. Периодичность – 4 номера в год ИЗДАТЕЛЬ ФГБОУ ВО «Новосибирский государственный технический университет» Журнал включен в Реферативный журнал и Базы данных ВИНИТИ. Сведения о журнале ежегодно публикуются в международной справочной системе по периодическим и продолжающимся изданиям «Ulrich’s Periodicals Directory» Журнал награжден в 2005 г. Большой Золотой Медалью Сибирской Ярмарки за освещение новых технологий, инструмента, оборудования для обработки металлов Журнал зарегистрирован 01.03.2021 г. Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). Свидетельство о регистрации ПИ № ФС77-80400 Индекс: 70590 по каталогу OOO «УП УРАЛ-ПРЕСС» Адрес редакции и издателя: 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20, Новосибирский государственный технический университет (НГТУ), корп. 5. Тел. +7 (383) 346-17-75 Сайт журнала http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Цена свободная Журнал «Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты)» индексируется в крупнейших в мире реферативнобиблиографическихи наукометрических базах данных Web of Science и Scopus.
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 2 СОДЕРЖАНИЕ СОДЕРЖАНИЕ ТЕХНОЛОГИЯ Кондратьев В.В., Гозбенко В.Е., Кононенко Р.В., Константинова М.В., Гусева Е.А. Определение основных параметров контактной точечной сварки алюминиевого сплава АМг-5....................................................................... 6 Гвинджилия В.Е., Фоминов Е.В., Марченко А.А., Лавренова Т.В., Дебеева С.А. Влияние скорости резания на импульсные изменения температуры передней поверхности резца при точении жаропрочной стали 15Х2НМФА.......................................................................................................................................................................... 23 Карелин Р.Д., Комаров В.С., Черкасов В.В., Осокин А.А., Сергиенко К.В., Юсупов В.С., Андреев В.А. Получение прутков и листов из сплава TiNiHf с высокотемпературным эффектом памяти формы методами продольной прокатки и ротационной ковки................................................................................................................................... 37 ОБОРУДОВАНИЕ. ИНСТРУМЕНТЫ Заковоротный В.Л., Гвинджилия В.Е., Кислов К.В. Информационные свойства виброакустической эмиссии в системах диагностики износа режущего инструмента................................................................................................. 50 Жуков А.С., Ардашев Д.В., Батуев В.В., Кулыгин В.Л., Шулежко Е.И. Модальный анализ шлифовальных кругов различных характеристик для определения их интегральных упругих показателей....................................... 71 Нишандар С.В., Пайс А.Т., Багаде П.М. Численное и экспериментальное исследование интенсификации теплообмена в трубах с шероховатой поверхностью....................................................................................................... 87 Носенко В.А., Ривас Перес Д.Э., Александров А.А., Саразов А.В. Влияние способа измельчения на коэффициент формы зерен карбида кремния черного................................................................................................................. 108 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Карлина Ю.И., Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Исследование процесса поверхностного обезуглероживания стали 20 после цементации и термической обработки.............................................................................................. 122 Ковалевская Ж.Г., Лю Ю. Влияние термической обработки на строение и свойства высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNiNb0.25............................................................................................................................................................... 137 Сирота В.В., Прохоренков Д.С., Чуриков А.С., Подгорный Д.С., Алфимова Н.И., Коннов А.В. Коррозионные свойства покрытий из самофлюсующихся порошков, полученных методом детонационного напыления........ 151 Филиппов А.В., Шамарин Н.Н., Тарасов С.Ю., Семенчук Н.А. Влияние структурного состояния на механические и трибологические свойства бронзы системы Cu-Al-Si-Mn.......................................................................... 166 Вахеед Ф., Каюм А., Ширази М.Ф. Изготовление, описание и оценка эффективности материала на основе нанографита, легированного оксидом цинка, в качестве датчика влажности............................................................... 183 Долгова С.В., Маликов А.Г., Голышев А.А., Никулина А.А. Особенности строения градиентных слоев «сталь – Inconel – сталь», полученных методом прямого лазерного выращивания..................................................... 205 Бурков А.А., Дворник М.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Влияние гранулометрии порошка карбида вольфрама на характеристики металлокерамических покрытий WC/Fe-Ni-Al............................................................................... 221 Патил С., Чинчаникар С. Исследование механических свойств нанокомпозитов на основе сплава Al7075-T6, полученных методом механического замешивания частиц в расплав, с микроструктурным и фрактографическим анализом поверхности........................................................................................................................................................ 236 МАТЕРИАЛЫ РЕДАКЦИИ 252 МАТЕРИАЛЫ СОУЧЕРЕДИТЕЛЕЙ 263 Корректор Е.Е. Татарникова Художник-дизайнер А.В. Ладыжская Компьютерная верстка Н.В. Гаврилова Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 2000 ОК 005-93 (ОКП) Подписано в печать 08.09.2025. Выход в свет 15.09.2025. Формат 60×84 1/8. Бумага офсетная. Усл. печ.л. 33,0. Уч.-изд. л. 61,38. Изд. № 121. Заказ 199. Тираж 300 экз. Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20
Vol. 27 No. 3 2025 3 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL BOARD EDITOR-IN-CHIEF: Anatoliy A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Rector, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation DEPUTIES EDITOR-IN-CHIEF: Vladimir V. Ivancivsky, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Vadim Y. Skeeba, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, Department of Industrial Machinery Design, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation Editor of the English translation: Elena A. Lozhkina, Ph.D. (Engineering), Department of Material Science in Mechanical Engineering, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation The journal is issued since 1999 Publication frequency – 4 numbers a year Data on the journal are published in «Ulrich's Periodical Directory» Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working and Material Science”) has been Indexed in Clarivate Analytics Services. Novosibirsk State Technical University, Prospekt K. Marksa, 20, Novosibirsk, 630073, Russia Tel.: +7 (383) 346-17-75 http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov E-mail: metal_working@mail.ru; metal_working@corp.nstu.ru Journal “Obrabotka Metallov – Metal Working and Material Science” is indexed in the world's largest abstracting bibliographic and scientometric databases Web of Science and Scopus. Journal “Obrabotka Metallov” (“Metal Working & Material Science”) has entered into an electronic licensing relationship with EBSCO Publishing, the world's leading aggregator of full text journals, magazines and eBooks. The full text of JOURNAL can be found in the EBSCOhost™ databases.
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 4 EDITORIAL COUNCIL EDITORIAL COUNCIL CHAIRMAN: Nikolai V. Pustovoy, D.Sc. (Engineering), Professor, President, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russian Federation MEMBERS: The Federative Republic of Brazil: Alberto Moreira Jorge Junior, Dr.-Ing., Full Professor; Federal University of São Carlos, São Carlos The Federal Republic of Germany: Moniko Greif, Dr.-Ing., Professor, Hochschule RheinMain University of Applied Sciences, Russelsheim Florian Nürnberger, Dr.-Ing., Chief Engineer and Head of the Department “Technology of Materials”, Leibniz Universität Hannover, Garbsen; Thomas Hassel, Dr.-Ing., Head of Underwater Technology Center Hanover, Leibniz Universität Hannover, Garbsen The Spain: Andrey L. Chuvilin, Ph.D. (Physics and Mathematics), Ikerbasque Research Professor, Head of Electron Microscopy Laboratory “CIC nanoGUNE”, San Sebastian The Republic of Belarus: Fyodor I. Panteleenko, D.Sc. (Engineering), Professor, First Vice-Rector, Corresponding Member of National Academy of Sciences of Belarus, Belarusian National Technical University, Minsk The Russian Federation: Vladimir G. Atapin, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Victor P. Balkov, Deputy general director, Research and Development Tooling Institute “VNIIINSTRUMENT”, Moscow; Vladimir A. Bataev, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Vladimir G. Burov, D.Sc. (Engineering), Professor, Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk; Aleksandr N. Korotkov, D.Sc. (Engineering), Professor, Kuzbass State Technical University, Kemerovo; Dmitry V. Lobanov, D.Sc. (Engineering), Associate Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary; Aleksey V. Makarov, D.Sc. (Engineering), Corresponding Member of RAS, Head of division, Head of laboratory (Laboratory of Mechanical Properties) M.N. Miheev Institute of Metal Physics, Russian Academy of Sciences (Ural Branch), Yekaterinburg; Aleksandr G. Ovcharenko, D.Sc. (Engineering), Professor, Biysk Technological Institute, Biysk; Yuriy N. Saraev, D.Sc. (Engineering), Professor, V.P. Larionov Institute of the Physical-Technical Problems of the North of the Siberian Branch of the RAS, Yakutsk; Alexander S. Yanyushkin, D.Sc. (Engineering), Professor, I.N. Ulianov Chuvash State University, Cheboksary
Vol. 27 No. 3 2025 5 CONTENTS OBRABOTKAMETALLOV TECHNOLOGY Kondratiev V.V., Gozbenko V.E., Kononenko R.V., Konstantinova M.V., Guseva E.A. Determination of the main parameters of resistance spot welding of Al-5 Mg aluminum alloy..................................................................................... 6 Gvindjiliya V.E., Fominov E.V., Marchenko A.A., Lavrenova T.V., Debeeva S.A. Infl uence of cutting speed on pulse changes in the temperature of the front cutter surface during turning of heat-resistant steel 0.17 C-Cr-Ni-0.6 Mo-V................................................................................................................................................................ 23 Karelin R.D., Komarov V.S., Cherkasov V.V., OsokinA.A., Sergienko K.V., Yusupov V.S., Andreev V.A. Production of rods and sheets from TiNiHf alloy with high-temperature shape memory eff ect by longitudinal rolling and rotary forging methods.................................................................................................................................................................... 37 EQUIPMENT. INSTRUMENTS Zakovorotny V.L., Gvindjiliya V.E., Kislov K.V. Information properties of vibroacoustic emission in diagnostic systems for cutting tool wear................................................................................................................................................ 50 Zhukov A.S., Ardashev D.V., Batuev V.V., Kulygin V.L., Schuleshko E.I. Modal analysis of various grinding wheel types for the evaluation of their integral elastic parameters...................................................................................... 71 Nishandar S.V., Pise A.T., Bagade P.M. Numerical and experimental investigation of heat transfer augmentation in roughened pipes................................................................................................................................................................ 87 Nosenko V.A., Rivas Perez D.E., Alexandrov A.A., Sarazov A.V. The eff ect of the grinding method on the grain shape coeffi cient of black silicon carbide....................................................................................................................................... 108 MATERIAL SCIENCE Karlina Yu.I., Konyukhov V.Yu., Oparina T.A. Investigation of the process of surface decarburization of steel 20 after cementation and heat treatment.................................................................................................................................. 122 Kovalevskaya Z.G., Liu Y. Eff ect of heat treatment on the structure and properties of high-entropy alloy AlCoCrFeNiNb0.25............................................................................................................................................................. 137 Sirota V.V., Prokhorenkov D.S., Churikov A.S., Podgorny D.S., Alfi mova N.I., Konnov A.V. Corrosion properties of coatings produced from self-fl uxing powders by the detonation spraying method............................................................ 151 Filippov A.V., Shamarin N.N., Tarasov S.Yu., Semenchyuk N.A. The infl uence of structural state on the mechanical and tribological properties of Cu-Al-Si-Mn bronze............................................................................................................. 166 Waheed F., Qayoom A., Shirazi M.F. Fabrication, characterization and performance evaluation of zinc oxide doped nanographite material as a humidity sensor......................................................................................................................... 183 Dolgova S.V., Malikov A.G., Golyshev A.A., Nikulina A.A. Features of the structure of gradient layers «steel - Inconel - steel», obtained by laser direct metal deposition.................................................................................................. 205 Burkov A.A., Dvornik M.A., Kulik M.A., Bytsura A.Yu. The infl uence of tungsten carbide particle size on the characteristics of metalloceramic WC/Fe-Ni-Al coatings.................................................................................................... 221 Patil S., Chinchanikar S. Investigation on the mechanical properties of stir-cast Al7075-T6-based nanocomposites with microstructural and fractographic surface analysis...................................................................................................... 236 EDITORIALMATERIALS 252 FOUNDERS MATERIALS 263 CONTENTS
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 151 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Коррозионные свойства покрытий из самофлюсующихся порошков, полученных методом детонационного напыления Вячеслав Сирота a, *, Дмитрий Прохоренков b, Антон Чуриков c, Даниил Подгорный d, Наталия Алфимова e, Андрей Коннов f Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, ул. Костюкова, 46, г. Белгород, 308012, Россия a https://orcid.org/0000-0003-4634-7109, zmas36@mail.ru; b https://orcid.org/0000-0002-6455-8172, bstu-cvt-sem@yandex.ru; c https://orcid.org/0000-0002-1829-2676, churikov.toni@mail.ru; d https://orcid.org/0000-0001-7435-5005, dan_podgor@mail.ru; e https://orcid.org/0000-0003-3013-0829, alfi movan@mail.ru; f https://orcid.org/0009-0009-3245-0747, andrekonnov555@yandex.ru Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты). 2025 Том 27 № 3 с. 151–165 ISSN: 1994-6309 (print) / 2541-819X (online) DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-151-165 Обработка металлов (технология • оборудование • инструменты) Сайт журнала: http://journals.nstu.ru/obrabotka_metallov ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ УДК 621.793.75 История статьи: Поступила: 07 мая 2025 Рецензирование: 06 июня 2025 Принята к печати: 24 июня 2025 Доступно онлайн: 15 сентября 2025 Ключевые слова: Детонационное напыление Коррозионные свойства покрытий Финансирование Исследования выполнены в рамках Комплексного проекта №30/22 от 12.10.22 г. в рамках Соглашения № 075-11-2025-026 от 27 февраля 2025 года «Создание высокотехнологичного производства композиционных режущих элементов машин и теплового оборудования для переработки продукции сельскохозяйственной отрасли». Благодарности Исследования выполнены на оборудовании Центра высоких технологий БГТУ им В. Г. Шухова. АННОТАЦИЯ Введение. В работе представлены результаты комплексного исследования коррозионных свойств инновационных покрытий на основе самофлюсующихся никель-хром-бор-кремниевых сплавов (ПР-НХ17СР4), модифицированных 10 % наночастиц карбида бора (B4C) и полученных методом детонационного напыления. Актуальность исследования обусловлена острой необходимостью разработки новых высокоэффективных материалов для защиты критически важного оборудования, работающего в экстремальных условиях морской среды, химически агрессивных растворов и при повышенных температурах. Особое внимание уделено детальному анализу влияния B4C на механизмы коррозионного разрушения, формирование защитных пассивирующих слоев и взаимосвязь между микроструктурой и функциональными свойствами покрытий. Цель работы: комплексная оценка влияния 10%-й добавки B4C на коррозионную стойкость, микроструктуру и механические свойства покрытий в сравнении с базовым сплавом ПР-НХ17СР4 и коммерческим аналогом ВСНГН-85, широко применяемым в промышленности. Методы исследования. Покрытия наносили на подложки из стали 40Г методом детонационного напыления с использованием многокамерной кумулятивной установки МКДУ. Для всесторонней характеристики покрытий применяли современные аналитические методы: сканирующую электронную микроскопию (СЭМ Mira 3) с энергодисперсионным анализом и рентгенофазовый анализ (XRD, дифрактометр ARL X’TRA) с количественной оценкой фазового состава методом Ритвельда. Коррозионные испытания проводили в 3,5%-м растворе NaCl, имитирующем морскую среду, с использованием потенциостатических измерений и электрохимической импедансной спектроскопии на потенциостате-гальваностате SmartStat PS-10-4. Для оценки глубины коррозионного поражения применяли конфокальную лазерную микроскопию (Lext OLS5000) с разрешением 10 нм. Результаты и обсуждение. Установлено, что введение 10 % B4C приводит к формированию уникальной многослойной структуры покрытия с содержанием аморфной фазы до 12,3 % и способствует образованию пассивирующих оксидов хрома (Cr2O3) и бора (B2O3). Электрохимические измерения показали рекордно низкую скорость коррозии – 0,0014 мм/год, что на порядок меньше, чем у базового сплава (0,021 мм/год), и в 30 раз ниже, чем у коммерческого аналога ВСНГН-85 (0,041 мм/год). Модифицированное покрытие демонстрирует исключительно высокое поляризационное сопротивление (215 ± 25 кОм·см2) и минимальную пористость (0,6 ± 0,1 %). Микротвердость составила 680 ± 40 HV, что существенно превышает характеристики базового сплава (520 ± 30 HV) и обусловлено образованием дисперсных частиц NiB2. Методами XRD и ЭДС подтвержден каталитический эффект B4C, способствующий более полному переходу кремния в силицид никеля (NiSi). Разработанные покрытия обладают уникальным сочетанием высокой коррозионной стойкости, износостойкости и адгезионной прочности. Полученные результаты позволяют рекомендовать данную технологию для создания защитных покрытий ответственных узлов оборудования в нефтегазовой отрасли, судостроении и энергетике. Перспективы дальнейших исследований связаны с оптимизацией состава порошков и параметров напыления для различных эксплуатационных условий, включая повышенные температуры и комбинированные нагрузки. Для цитирования: Коррозионные свойства покрытий из самофлюсующихся порошков, полученных методом детонационного напыления / В.В. Сирота, Д.С. Прохоренков, А.С. Чуриков, Д.С. Подгорный, Н.И. Алфимова, А.В. Коннов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2025. – Т. 27, № 3. – С. 151–165. – DOI: 10.17212/1994-6309-2025-27.3-151-165. ______ *Адрес для переписки Сирота Вячеслав Викторович, канд. физ.-мат. наук Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, ул. Костюкова, 46, 308012, г. Белгород, Россия Тел.: +7 904 539-14-08, e-mail: zmas36@mail.ru Введение Современные износостойкие покрытия из самофлюсующихся сплавов на основе никеля широко применяются в промышленности [1]. Однако при эксплуатации в агрессивных средах, таких как морская вода или химически активные
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 152 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ растворы, эти покрытия подвергаются не только механическому воздействию, но и коррозионному разрушению. При этом скорость коррозии может существенно влиять на их износостойкость и долговечность, приводя к преждевременному выходу деталей из строя и существенным экономическим потерям [2–4]. Актуальность настоящей работы заключается в необходимости комплексного изучения коррозионного поведения износостойких покрытий, поскольку их традиционная оценка ограничивается в основном механическими характеристиками, такими как твердость и сопротивление истиранию [5–8]. Однако даже высокопрочные покрытия (например, на основе карбидов вольфрама или бора) могут терять свои эксплуатационные свойства из-за коррозионных процессов, развивающихся в границах между частицами или в порах [9–12]. Особенно важно исследовать кинетику коррозии, так как она определяет не только срок службы покрытия, но и его взаимодействие с подложкой, что в итоге влияет на общую работоспособность системы [13–15]. В настоящем исследовании для нанесения покрытий использовался детонационный метод напыления, который обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с альтернативными технологиями. Ключевыми преимуществами детонационного метода являются высокая скорость частиц (до 2500 м/с), что обеспечивает лучшее сцепление покрытия с подложкой и уменьшает пористость [16]; меньший нагрев напыляемого материала, снижающий риск нежелательных фазовых превращений и окисления [17]; возможность точного контроля параметров процесса, включая состав газовой смеси и энергию взрыва, что позволяет оптимизировать структуру и свойства покрытия [18]. Практическая значимость работы обусловлена возможностью использования полученных результатов при разработке новых износо- и коррозионностойких покрытий для оборудования нефтегазовой отрасли, судостроения и энергетики, работающего в экстремальных условиях. Научная новизна исследования заключается в установлении количественных зависимостей между содержанием карбида бора, параметрами детонационного напыления и коррозионной стойкостью никель-хром-бор-кремниевых покрытий, что ранее не освещалось в литературе в таком объеме. Целью настоящей работы являлась оценка скорости коррозии износостойких покрытий на основе самофлюсующегося сплава ПР-НХ17СР4 и его модифицированного аналога с добавкой карбида бора. Были поставлены следующие задачи: – провести механическое смешение самофлюсующегося порошка ПР-НХ17СР4 с 10 % карбида бора (B4C) и оценить однородность распределения частиц; – сравнить гранулометрический состав и насыпную плотность исходных порошков и полученной смеси; – исследовать микроструктуру покрытий методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и рентгенофазового анализа (XRD); – провести электрохимические испытания (потенциостатические измерения, импедансную спектроскопию) в 3,5%-м растворе NaCl; – сопоставить коррозионное поведение покрытий ПР-НХ17СР4, ПР-НХ17СР4+10%B4C и коммерческого аналога ВСНГН-85. Методика исследований Для проведения исследований в качестве подложки использовали пластины размером 40×40×5 мм из конструкционной стали марки 40Г, химический состав которой соответствует требованиям ГОСТ 1050–2013. Спектральный анализ, выполненный на оптико-эмиссионном спектрометре «ИСКРОЛАЙН 100» (Россия), подтвердил соответствие стали заявленной марке. Содержание основных легирующих элементов: 0,40 % углерода, 0,25 % кремния, 0,78 % марганца с суммарным содержанием серы и фосфора не более 0,03 % каждого. Подготовка поверхности образцов подложки включала в себя тщательную пескоструйную обработку кварцевым песком фракции 1,0 ± 0,2 мм при давлении сжатого воздуха 0,6 МПа. Для нанесения покрытий использовали многокамерную кумулятивную детонационную установку МКДУ (БГТУ им. В. Г. Шухова, Россия). Особенностью данной установки является наличие двухкамерной системы с фокусирующей линзой, что позволяет достигать скорости частиц до 2500 м/с. Установка оснащена прецизионной системой подачи газовой смеси и автоматизированной системой контроля параметров
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 153 MATERIAL SCIENCE процесса. Состав газовой смеси: пропан-бутан/ кислород/воздух в соотношении 13/57/30 об. %. Параметры процесса были оптимизированы на основе предыдущих исследований авторов [19, 20]. В качестве напыляемых материалов использовали три вида порошков. Основной материал – самофлюсующийся порошок ПР-НХ17СР4 производства ОАО «ПОЛЕМА» (Россия). Для приготовления смеси на основе вышеуказанного самофлюсующегося порошка выбрали карбид бора марки F1200 производства ООО «Промхим» (Россия). Введение 10 вес. % карбида бора осуществляли методом механического смешения в планетарной мономельнице Pulverisette 6 (Fritsch, Германия) при скорости вращения 200 об/мин в течение 120 минут. Равномерность распределения частиц карбида бора в порошке ПР НХ17СР4 подтверждали визуально по изображениям в обратно отраженных электронах (рис. 1, г). В качестве эталонного материала использовался коммерческий порошок ВСНГН 85 производства компании ООО «ТЦ Техникорд» (Россия). Этот материал был выбран как типичный представитель износостойких покрытий, широко применяемых в промышленности. Элементный состав исходных порошков был исследован методом энергодисперсионной микроскопии, форма частиц установлена по результатам сьёмки электронной микроскопии, насыпную плотность определяли при помощи градуированного цилиндра. Результаты исследования исходных порошков представлены в табл. 1. На рис. 1 показан внешний вид исходных порошков и приготовленной смеси. Для подготовки образцов к исследованию микроструктуры и коррозионных свойств использовали прецизионный отрезной станок IsoMet 5000 (Buehler, Германия) и шлифовальнополировальный станок MetaServ 250 (Buehler, Германия). Заключительную обработку шлифов осуществляли алмазным шлифовальным диском Carat 3 мкм («Лабортек», Россия). Оценку пористости проводили по шлифам покрытий в программно-аппаратном комплексе «Анализатор SIAMS 800». Контроль толщины нанесенных покрытий осуществляли ультразвуковым толщиномером 45MG (Olympus, Япония). Гранулометрический состав исходных порошков и смеси определяли с помощью анализатора грануметрического состава порошков Analysette 22 NanoTec Plus (Fritsch, Германия), результат отображен на рис. 2. Исследование полученных покрытий проводили с использованием комплекса современных аналитических методов, позволяющих всесторонне оценить их структурные и функциональные свойства. Микроструктурные исследования выполняли на сканирующем электронном микроскопе Mira 3 (Tescan, Чехия), оснащенном системой энергодисперсионной спектроскопии X-Max 50 с программным обеспечением AZtec (Oxford Instruments, Великобритания). SE- и BSE-изображения и анализ элементного состава получали при ускоряющем напряжении 15 кВ и рабочем расстоянии 15 мм. Данные ЭДС обрабатывали с использованием специализированного программного обеспечения AZtec. Оценку пористости проводили по анализу СЭМ-изображений шлифов покрытий с видимым полем 1000 мкм в программном обеспечении ImageJ. Фазовый состав покрытий исследовали методом рентгенофазового анализа на дифрактометре ARL X’TRA с Cu-Kα излучением Т а б л и ц а 1 Ta b l e 1 Характеристики исходных порошков Characteristics of the initial powders Марки порошков Элементный состав, вес. % Форма частиц Насыпная плотность, г/см3 C Cr Si B Fe W Ni ПР-НХ17СР4 1,0 17,1 4,1 3,6 4,8 – Ост. Сферическая 4,1 ± 0,2 ПР-НХ17СР4+10%B4C 3,1 15,0 3,5 11,1 4,3 – Ост. Смесь сферических и угловатых 3,9 ± 0,2 ВСНГН-85 5,3 2,5 0,6 0,55 0,4 79,8 Ост. Агломерированная 7,0 ± 0,2
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 27 № 3 2025 154 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис. 2. Гранулометрический состав исходных порошков и смеси Fig. 2. Particle size distribution of the initial powders and mixture (λ = 1,5418 Å). Измерения выполнялись в режиме θ-2θ-сканирования в диапазоне углов 10°…90° с шагом 0,02° и временем экспозиции 1 с в точке. Идентификация фаз осуществлялась по базе данных PDF-2 Международного центра дифракционных данных (ICDD). Коррозионные испытания проводили в трехэлектродной электрохимической ячейке с использованием потенциостата-гальваностата SmartStat PS-10-4. В качестве рабочего электролита применяли 3,5%-й раствор хлорида натрия (рН = = 6,8 ± 0,2), приготовленный из реактива квалификации «ч.д.а.» и дистиллированной воды. Электрод сравнения – хлорсеребряный, вспомогательный электрод – графитовый. Программа электрохимических исследований включала в себя несколько последовательных этапов. Первоначально измеряли по- а б Рис. 1. Микрофотографии исходных порошков и смеси: а, б, в – SE-изображения порошков B4C, ПР-НХ17СР4 и ВСНГН-85 соответственно; г – BSE-изображение смеси ПР-НХ17СР4+10%B4C Fig. 1. Micrographs of the initial powders and mixture: a, б, в – SE images of B4C, NiCrBSi (PR-NKh17SR4), and NiCr/WC (VSNGN-85) powders, respectively; г – BSE image of the NiCrBSi (PR-NKh17SR4)+10 wt.% B4C mixture в г
OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 3 2025 155 MATERIAL SCIENCE тенциал разомкнутой цепи (ПРЦ) в течение 60 минут до достижения стационарного состояния (±10 мВ/10 мин). Затем выполняли импедансную спектроскопию в частотном диапазоне от 50 кГц до 10 мГц с амплитудой переменного сигнала 10 мВ. Полученные спектры Найквиста аппроксимировали эквивалентными электрическими схемами с использованием скрипта impedance.py [21]. Далее записывали поляризационные кривые в потенциодинамическом режиме со скоростью сканирования 1 мВ/с в диапазоне от –300 мВ относительно стационарного потенциала до 1,2 В относительно хлорсеребряного электрода либо до достижения плотности тока 10 мА/см2. Особое внимание уделяли анализу тафелевских участков анодной и катодной ветвей для определения кинетических параметров коррозионного процесса. Для каждого образца проводили не менее трех параллельных измерений с последующей статистической обработкой результатов. После коррозионных испытаний поверхность образцов исследовали методом электронной микроскопии. Для оценки глубины коррозионного проникновения применялся конфокальный лазерный микроскоп с вертикальным разрешением 10 нм. Механические испытания включали в себя измерение микротвердости по Виккерсу на твердомере NEXUS 4504-IMP (INNOVATEST, Нидерланды) при нагрузке 1 кг и времени выдержки 15 с. Для каждого образца выполняли не менее 10 измерений с последующим исключением грубых погрешностей по критерию Стьюдента. Результаты и их обсуждение Комплексное исследование микроструктуры покрытий выявило существенные различия между изученными составами (табл. 2). Покрытие на основе самофлюсующегося порошка ПРНХ17СР4 демонстрировало характерную слоистую структуру с четко выраженными границами между отдельными напыленными частицами (рис. 3, а). Средний размер структурных элементов составлял 10…30 мкм, что соответствует гранулометрии исходного порошка. Пористость, определенная методом количественного анализа изображений, не превышала 0,7 ± 0,1 %, причем основная часть пор располагалась на межчастичных границах. Введение 10 % карбида бора привело к существенному изменению микроструктуры (рис. 3, б). При сохранении среднего размера структурных элементов и пористости на том же уровне (см. табл. 2) наблюдается качественное изменение границ между отдельными напыленными частицами. ЭДС-анализ показал насыщение межзеренных границ бором и общее содержание бора близкими к заложенному (рис. 4). При этом содержание частиц карбида бора существенно ниже, чем в исходной смеси. Это косвенно свидетельствует о частичном разложении карбида бора и активном взаимодействии бора с другими компонентами покрытия в процессе. Рентгенофазовый анализ также показал наличие аморфного пика и уширение основания пика никеля, что подтверждает образование твердых растворов в большем количестве по сравнению с покрытием ПР-НХ17СР4 (рис. 5). Для обработки данных и количественного фазового анализа применяли метод Ритвельда, реализованный в программном обеспечении Match3, который позволяет учитывать перекрытие пиков и влияние микроструктурных факторов. Покрытие ВСНГН-85 отличается характерной «островковой» структурой с четко выраженТ а б л и ц а 2 Ta b l e 2 Структурные характеристики исследованных покрытий Structural characteristics of the studied coatings Параметр ПР-НХ17СР4 ПР-НХ17СР4 +10%B4C ВСНГН-85 Средняя толщина, мкм 410 ± 15 390 ± 40 430 ± 30 Пористость, % 0,7 ± 0,1 0,6 ± 0,1 0,9 ± 0,3 Твердость HV1 520 ± 30 680 ± 40 1250 ± 120
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1