Триботехнические характеристики композиционных покрытий на никелевой основе, полученных гибридными технологиями

Как объект изучения использованы покрытия, состоящие из самофлюсующихся сплавов на основе никеля или содержащие их композиции, сформированные в гибридном технологическом процессе с двумя основными стадиями: напылением плазменным методом и последующим оплавлением – газопламенным методом или за счет лазерного нагрева. Для полученных в данном процессе покрытий проведено экспериментальное определение их стойкости к абразивному износу в условиях граничного трения с вводом смазок. При этом изучено влияние состава покрытия и способа оплавления на величину износа, измеренного методом искусственных баз. Для оценочного определения динамики структурообразования в поверхностном слое, подвергнутом механическим нагрузкам при трении, использованы рентгенофазовый анализ, металлографический метод, а также сканирующая электронная микроскопия в режиме электронной дифракции (электронографии). После стадии лазерного оплавления удается получить покрытия со стойкостью к износу, двукратно и более превосходящей уровень для напыленных покрытий того же состава, обработанных газопламенным методом. Износ поверхности покрытия, как было установлено, происходит по механизму усталостного разрушения наименее твердого компонента покрытия, т. е. никельсодержащей интерметаллидной фазы, с образованием островковой пленки из слабосвязанных с основой твердых кристаллитов карбидно-боридной фазы, что приводит в итоге к растрескиванию частиц этой фазы и осыпанию их с поверхности. Стойкость слоев, полученных после стадии лазерного оплавления, может быть повышена, по экспериментальным данным, путем уменьшения размеров зерна фаз в покрытии и его текстурирования, а также повышения концентрации легирующих элементов в составе металлсодержащей связующей фазы покрытия. Введение легирующих добавок приводит к дополнительному увеличению износостойкости в 2–4 раза. Это связано, в зависимости от типа добавок, с увеличением количества упрочняющей фазы при сохранении пластичности матрицы (покрытия с добавками карбида хрома), степенью легирования никелевой матрицы (добавки карбида вольфрама и карбида бора), а также наличием мелкодисперсного карбидно-боридного компонента, что уменьшает процессы деформирования и царапания.

1. Пантелеенко, Ф. И. Восстановление деталей машин / Ф. И. Пантелеенко, В. П. Лялякин, В. П. Иванов. – Москва: Машиностроение, 2003. 672 с.

2. Кудинов, В. В. Нанесение покрытий напылением. Теория, технология и оборудование / В. В. Кудинов, Г. В. Бобров. Москва: Металлургия, 1992. 432 с.

3. Балдаев, Л. Х. Газотермическое напыление: учеб. Пособие / Л. Х. Балдаев, В. А. Вахалин, Г. И. Ганноченко. Москва: Маркет ДС, 2007. 344 с.

4. Спиридонов, Н. В. Плазменные и лазерные методы упрочнения деталей машин / Н. В. Спиридонов, О. С. Кобяков, И. Л. Куприянов. Минск: Высшая школа, 1988. 155 с.

5. Wear behaviour of laser clad NiCrBSi coating / E. Fernández [et al.] // Wear. 2005.Vol. 259, iss. 7–12. P. 870–875. https://doi.org/10.1016/j.wear.2005.02.063

6. Comparison of laser-clad and furnace-melted Ni-based alloy microstructures / Q. Li [et al.] // Surface and Coatings Technology. 2001. Vol. 137, iss. 2–3. P. 122–135. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(00)00732-5

7. Simunovic, K. Different Approaches to the Investigation and Testing of the Ni-Based Self-Fluxing Alloy Coatings—A Review. Part 2: Microstructure, Adhesive Strength, Cracking Behavior, and Residual Stresses Investigations / K. Simunovic, T. Saric, G. Simunovic // Tribology Transactions. 2014. Vol. 57, iss. 6. P. 980–1000. https://doi.org/10.1080/10402004.2014.927548

8. Simunovic, K. Different Approaches to the Investigation and Testing of the Ni-Based Self-Fluxing Alloy Coatings – A Review. Part 1: General Facts, Wear and Corrosion Investigations / K. Simunovic, T. Saric, G. Simunovic // Tribology Transactions. 2014. Vol. 57, iss. 6. P. 955–979. https://doi.org/10.1080/10402004.2014.927547

9. Hemmati, I. Compositional modification of Ni-base alloys for laser-deposition technologies / I. Hemmati, V. Ocelík, J.Th.M. De Hosson // Laser Surface Engineering. Processes and Applications. 2014. P. 137–162. https://doi.org/10.1016/B978-1-78242-074-3.00006-4

10. Соболева, Н. Н. Повышение износостойкости NiCrBSi покрытий, формируемых газопорошковой лазерной наплавкой: дис. канд. техн. наук: 05.16.09 / Н. Н. Соболева. Екатеринбург. 2016. 190 с.

11. Investigation of Ni-Cr-Si-Fe-B coatings produced by the electron beam cladding technique / T. A. Zimogliadova [et al.] // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 156, No. 1. P. 012017. https://doi.org/10.1088/1757-899X/156/1/012017

12. Григорьянц, А. Г. Гибридные технологии лазерной сварки: учебное пособие/ Григорьянц А. Г., Шиганов И. Н., Чирков А. М. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004. 52 с.

13. Литвинов, А. П. Направления развития комбинированных и гибридных технологий сварки и наплавки. А. П. Литвинов // Автомат. сварка. 2009. № 1. С. 48–52.