<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">sat</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">НАУКА и ТЕХНИКА</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Science &amp; Technique</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2227-1031</issn><issn pub-type="epub">2414-0392</issn><publisher><publisher-name>Belarusian National Technical University</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.21122/2227-1031-2025-24-3-181-191</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">sat-2865</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>MECHANICAL ENGINEERING АND ENGINEERING SCIENCE</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Изучение поведения частицы диффузионно-легированного порошка аустенитной стали в плазменной струе при напылении</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Study of the Behavior of a Particle of Diffusion-Alloyed Powder of Austenitic Steel in a Plasma Jet during Spraying</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Девойно</surname><given-names>О. Г.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Devoino</surname><given-names>O. G.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Доктор технических наук, профессор</p><p>Минск</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Minsk</p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Пантелеенко</surname><given-names>А. Ф.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Panteleenko</surname><given-names>A. F.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Инженер</p><p>Адрес для переписки:Пантелеенко Алексей Федорович –Белорусский национальный технический университет,ул. Якуба Коласа, 12,220013, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 17 292-81-85mvm@bntu.by</p><p> </p></bio><bio xml:lang="en"><p>Address for correspondence:Panteleenko Аleksey F.–Belarusian National Technical University,12 Ya. Kolas st., 220013, Minsk, Republic of Belarus.Tel.: +375 17 292-81-85mvm@bntu.by</p></bio><email xlink:type="simple">mvm@bntu.by</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Хина</surname><given-names>Б. Б.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Khina</surname><given-names>B. B.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Доктор физико-математических наук, профессор</p><p>Минск</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Minsk</p></bio><xref ref-type="aff" rid="aff-2"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Белорусский национальный технический университет</institution><country>Беларусь</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Belarusian National Technical University</institution><country>Belarus</country></aff></aff-alternatives><aff-alternatives id="aff-2"><aff xml:lang="ru"><institution>Физико-технический институт» Национальной академии наук Беларуси; &#13;
Белорусская государственная академия авиации</institution><country>Беларусь</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Physical-Technical Institute of the National Academy of Sciences of Belarus; &#13;
Belorussian State Aviation Academy</institution><country>Belarus</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2025</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>08</day><month>07</month><year>2025</year></pub-date><volume>24</volume><issue>3</issue><fpage>181</fpage><lpage>191</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Девойно О.Г., Пантелеенко А.Ф., Хина Б.Б., 2025</copyright-statement><copyright-year>2025</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Девойно О.Г., Пантелеенко А.Ф., Хина Б.Б.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Devoino O.G., Panteleenko A.F., Khina B.B.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://sat.bntu.by/jour/article/view/2865">https://sat.bntu.by/jour/article/view/2865</self-uri><abstract><p>В настоящее время значительное число деталей и оборудования выходит из строя в результате процессов изнашивания. Для решения этой задачи широко применяют восстановительно-упрочняющие технологии, в частности плазменное напыление покрытий. Материалом, позволяющим проводить плазменное напыление с получением качественных покрытий, является диффузионно-легированный порошок из аустенитной стали 12Х18Н10. Так как ранее порошки такого типа для плазменного напыления не применялись, была разработана теоретическая модель разрыва корки тугоплавкого соединения (борида железа), которая сформирована на поверхности порошковой частицы при диффузионном легировании, из-за расплавления сердцевины частицы при ее нагреве в плазменной струе. Модель определяет условие, при котором происходит разрыв корки, что может обеспечить растекание расплава по поверхности обрабатываемого изделия и формирование качественного покрытия. Для подтверждения модели проведено экспериментальное исследование поведения частицы порошка в плазменной струе при напылении. На основе данных, полученных в результате эксперимента, и результатов расчета по разработанной модели предложен механизм поведения диффузионно-легированной частицы аустенитной стали в плазменной струе и определены требования к порошковым частицам. Установлено, что частицы должны иметь достаточно малый размер, чтобы при пролете в плазменной струе они прогревались насквозь и происходило плавление железной сердцевины. В исследованном нами случае размер диффузионно-легированных частиц должен быть в пределах 40–80 мкм. Также для корректного процесса плазменного напыления и формирования плазменно-напыленного покрытия с низкой пористостью наружный боридный слой должен иметь небольшую толщину относительно радиуса частицы, чтобы при плавлении сердцевины в плазменной струе боридная корка разрушилась и началось вытекание расплава. Для частиц диаметром 40–80 мкм это соотношение обеспечивается диффузионным насыщением в течение трех часов.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Currently, a significant number of parts and equipment break down as a result of wear processes. To solve this problem, restoration and strengthening technologies, in particular plasma spraying of coatings, are widely used. The material that allows plasma spraying to produce high-quality coatings is diffusion-alloyed powder made from 12X18H10 (12Kh18N9) austenitic steel. Since powders of this type have not been previously used for plasma spraying, we developed a theoretical model for the rupture of the crust of a refractory compound (iron boride), which was formed on the surface of a powder particle during diffusion alloying, due to the melting of the particle core during heating in a plasma jet. The model determines the condition under which the crust rupture occurs, which can ensure the spreading of the melt over the surface of the workpiece and the formation of a high-quality coating. To confirm the model, an experimental study of the powder particle behavior in a plasma jet during spraying was carried out. On the basis of the data obtained as a result of the experiment and the results of calculations according to the developed model, a mechanism for the behavior of a diffusion-alloyed austenitic steel particle in a plasma jet is proposed and requirements for powder particles are determined. It was found that the particles should be small enough so that when flying in the plasma jet they could be heated through and the iron core would melt. In our case the size of the diffusion-alloyed particles must be within 40–80 μm. Also, for the correct process of plasma spraying and the formation of a plasma-sprayed coating with low porosity, the outer boride layer must have a small thickness relative to the particle radius so that when the core melts in the plasma jet, the boride crust cracks and the melt begins to flow out. For particles with a diameter of 40–80 μm, this ratio is ensured by diffusion alloying during 3 hours.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>диффузионно-легированный порошок</kwd><kwd>плазменное напыление</kwd><kwd>физико-математическая модель</kwd><kwd>боридный слой</kwd><kwd>расплав</kwd><kwd>механизм поведения</kwd><kwd>формирование покрытия</kwd><kwd>радиус частицы</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>diffusion-alloyed powder</kwd><kwd>plasma spraying</kwd><kwd>thermodynamic model</kwd><kwd>boride layer</kwd><kwd>melt</kwd><kwd>behavior mechanism</kwd><kwd>coating formation</kwd><kwd>particle radius</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Future Development of Thermal Spray Coatings: Types, Designs, Manufacture and Applications / ed. N. Espallargas. 1st ed. Woodhead Publishing, 2015. 300 p. https://doi.org/10.1016/C2013-0-16360-X.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Espallargas N. (ed.). (2015) Future Development of Thermal Spray Coatings: Types, Designs, Manufacture and Applications. 1st ed. Woodhead Publishing. 300. https://doi.org/10.1016/C2013-0-16360-X.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">The 2016 Thermal Spray Roadmap / A. Vardelle, C. Moreau, J. Akedo, [et al.] // Journal of Thermal Spray Technology. 2016. Vol. 25, No 8. P. 1376–1440. https://doi.org/10.1007/s11666-016-0473-x.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Vardelle A., Moreau C., Akedo J., Ashrafizadeh H., Berndt C. C., Berghaus J. O. (2016) The 2016 Thermal Spray Roadmap. Journal of Thermal Spray Technology, 25 (8), 1376–1440. https://doi.org/10.1007/s11666-016-0473-x.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">The 2012 Plasma Roadmap / S. Samukawa, M. Hori, S. Rauf [et al.] // Journal of Physics D: Applied Physics. 2012. Vol. 45, No 25. Art. 253001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/45/25/253001.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Samukawa S., Hori M., Rauf S., Tachibana K., Bruggeman P., Kroesen G. (2012) The 2012 Plasma Roadmap. Journal of Physics D: Applied Physics, 45 (25), 253001. https://doi.org/10.1088/0022-3727/45/25/253001.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Износостойкие газотермические покрытия из диффузионно-легированных порошков на основе чугунной стружки / В. М. Константинов, Н. В. Спиридонов, О. Г. Девойно [и др.]; под ред. Ф. И. Пантелеенко. Минск: Технопринт, 2005. 146 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Konstantinov V. M., Spiridonov N. V., Devoino O. G., Avsievich A. M., Kanstantsіnaў V. M., Spіrydonaў M. V., Aўsіevіch A. M., Panteleenko F. I. (2005) Wear-Resistant Gas-Thermal Coatings Made of Diffusion-Alloyed Powders Based on Cast Iron Chips. Minsk, Tekhnoprint Publ. 146 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Константинов, В. М. Взаимосвязь структуры и свойств антифрикционных газотермических покрытий из боромедненной чугунной стружки / В. М. Константинов, В. А. Фруцкий // Вестник Полоцкого государственного университета. Сер. B. Прикладные науки. 2003. № 2. С. 7–11.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Konstantinov V. M., Frutsky V. A. (2003) Relationship between the Structure and Properties of Antifriction Gas-Thermal Coatings Made of Boron-Copper-Plated Cast Iron Chips. Vestnik Polotskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Ser. B, Prikladnye Nauki [Bulletin of Polotsk State University. Series B, Applied Scienes], (2), 7–11 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пантелеенко, Ф. И. Особенности трибологического поведения пары боросодержащий инструментальный материал – деталь / Ф. И. Пантелеенко, А. С. Снарский // Трение и износ. 1997. Т. 18, № 4. С. 518–522.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Panteleenko F. I., Snarsky A. S. (1997) Features of Tribological Behavior of a Pair of Boron-Containing Tool Material – Part. Trenie i Iznos = Friction and Wear, 18 (4), 518–522 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Константинов, В. М. Триботехнические и теплофизические свойства газотермических покрытий из диффузионно-легированной чугунной стружки / В. М. Константинов, Ф. И. Пантелеенко, В. А. Фруцкий, В. И. Сороговец // Трение и износ. 2004. Т. 25, № 2. С. 190–196.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Konstantinov V. M., Panteleenko F. I., Frutsky V. A., Sorogovets V. I. (2004) Tribological and Thermophysical Properties of Gas-Thermal Coatings from Diffusion-Alloyed Cast Iron Chips. Trenie i Iznos = Friction and Wear, 25 (2), 190–196 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Петришин, Г. В. Диффузионно-легированный стальной порошок для магнитно-электрического упрочнения / Г. В. Петришин, Е. Ф. Пантелеенко, А. Ф. Пантелеенко // Упрочняющие технологии и покрытия. 2006. № 4. С. 26–31.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Petrishin G. V., Panteleenko E. F., Panteleenko A. F. (2006) Diffusion-Alloyed Steel Powder for Magnetic-Electric Hardening. Uprochnyayushchie Tekhnologii i Pokrytiya = Strengthening Technologies and Coatings, (4), 26–31 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Авсиевич, А. М. Исследование износостойкости плазменных напыленных покрытий из диффузионно-легированных самофлюсующихся порошков на железной основе в условиях трения скольжения / А. М. Авсиевич, Н. В. Спиридонов, В. М. Константинов // Трение и износ. 2002. Т. 23, № 5. С. 515–519.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Avsievich A. M., Spiridonov N. V., Konstantinov V. M. (2002) Wear Resistance of Plasma-Sprayed Coatings from Diffusion-Alloyed Iron-Based Self-Fluxing Powders. Journal of Friction and Wear, 23 (5), 43–47.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Пантелеенко, А. Ф. Композиционные покрытия, полученные высокоэнергетическими методами / А. Ф. Пантелеенко, О. Г. Девойно // Перспективные материалы и технологии / под ред. В. В. Клубовича. Витебск: Изд-во УО «ВГТУ», 2013. Гл. 28. С. 587–607.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Panteleenko A. F., Devoyno O. G. (2013) Chapter 28. Composite Coatings Obtained by High-Energy Methods. Klubovich V. V. (ed.). Advanced Materials and Technologies. Vitebsk, Publishing House of Vitebsk State Technological University, 587–607 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Сторожук, Н. В. Конкуренция эффектов Френкеля и Киркендалла при взаимной диффузии / Н. В. Сторожук, А. М. Гусак // Металлофизика и новейшие технологии. 2014. Т. 36, № 3. С. 367–374. https://doi.org/10.15407/mfint.36.03.0367.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Storozhuk N. V., Gusak A. M. (2014) Competition Between the Frenkel and Kirkendall Effects in Mutual Diffusion. Metallofizika i Noveyshie Tekhnologii = Metallophysics and Advanced Technologies, 36 (3), 367–374 (in Russian). https://doi.org/10.15407/mfint.36.03.0367.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Calculation and SIMULation for the Mechanical Properties of Carbides and Borides in Cast Iron / J. Feng, B. Xiao, R. Zhou [et al.] // Procedia Engineering. 2012. Vol. 31. P. 676–681. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.01.1085.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Feng J., Xiao B., Zhou R., Jiang Y. H., Cen Q. H. (2012) Calculation and Simulation for the Mechanical Properties of Carbides and Borides in Cast Iron. Procedia Engineering, 31, 676–681. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.01.1085.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Electronic Structures and Mechanical Properties of Iron Borides From First Principles / Yanpeng Gou, Zhao Fu, Yongcheng Liang [et al.] // Solid State Communications. 2014. Vol. 187. P. 28–32. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2014.02.019.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gou Y., Fu Z., Liang Y., Zhong Z., Wang S. (2014) Electronic Structures and Mechanical Properties of Iron Borides From First Principles. Solid State Communications, 187, 28–32. https://doi.org/10.1016/j.ssc.2014.02.019.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Culha, O. Estimation of FeB Layer’s Yield Strength by Comparison of Finite Element Modeling with Experimental Data / O. Culha, M. Toparli, T. Aksoy // Advances in Engineering Software. 2009. Vol. 40, No 11. P. 1140–1147. https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2009.05.005.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Culha O., Toparli M., Aksoy T. (2009) Estimation of FeB Layer’s Yield Strength by Comparison of Finite Element Modeling with Experimental Data. Advances in Engineering Software, 40 (11), 1140–1147. https://doi.org/10.1016/j.advengsoft.2009.05.005.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Khina, B. B. Limits of Applicability of the “Diffusion-controlled Product Growth” Kinetic Approach to Modeling SHS / B. B. Khina, B. Formanek, I. Solpan // Physica B: Condensed Matter. 2005. Vol. 355, No. 14. P. 14–31. https://doi.org/10.1016/j.physb.2004.09.104.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Khina B. B., Formanek B., Solpan I. (2005) Limits of Applicability of the “Diffusion-Controlled Product Growth” Kinetic Approach to Modeling SHS. Physica B: Condensed Matter, 355 (14), 14–31. https://doi.org/10.1016/j.physb.2004.09.104.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ландау, Л. Д. Теория упругости / Л. Д. Ландау, Е. М. Лифшиц. 4-е изд., испр. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 248 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Landau L. D., Lifshits E. M. (1987) Theory of Elasticity. 4th ed. Moscow, Nauka. Main Editorial Board of Physical and Mathematical Literature. 248 (in Russian).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Binary Alloy Phase Diagrams / eds.: T. B. Massalski, J. L. Murray, L. H. Bennett, H. Baker; 2nd ed. Ohio: ASM International, Metals Park, 1990. 3589 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Massalski T. B., Murray J. L., Bennett L. H., Baker H. (eds.). (1990) Binary Alloy Phase Diagrams. 2nd ed. Ohio, ASM International, Metals Park. 3589 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Takamichi, I. The Thermophysical Properties of Metallic Liquids. Vol. 1: Fundamentals / I. Takamichi, R. I. L. Guthrie. Oxford University Press, 2015. 353 p. https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780198729839.003.0001.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Takamichi I., Guthrie R. I. L. (2015) The Thermophysical Properties of Metallic Liquids. Vol. 1: Fundamentals. Oxford University Press. 353. https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780198729839.003.0001.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Smithells Metals Reference Book / eds. E. A. Brandes, G. B. Brook. 7th ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 1992. 1794 p. https://doi.org/10.1016/C2009-0-25363-3.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Brandes E. A., Brook G. B. (eds.). (1992) Smithells Metals Reference Book. 7th ed. Oxford, Butterworth-Heinemann. 1794. https://doi.org/10.1016/C2009-0-25363-3.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
