Износостойкие наплавленные лазером покрытия на никелевой основе для высокотемпературных применений

А.В. Макаров, Ю.С. Коробов, Н.Н. Соболева ORCID logo , Ю.В. Худорожкова ORCID logo , А.А. Вопнерук ORCID logo , P. Balu, M. Barbosa, И.Ю. Малыгина, С.В. Буров ORCID logo , А.К. Степченков ORCID logo показать трудоустройства и электронную почту
Получена: 24 октября 2019; Исправлена: 30 октября 2019; Принята: 31 октября 2019
Эта работа написана на английском языке
Цитирование: А.В. Макаров, Ю.С. Коробов, Н.Н. Соболева, Ю.В. Худорожкова, А.А. Вопнерук, P. Balu, M. Barbosa, И.Ю. Малыгина, С.В. Буров, А.К. Степченков. Износостойкие наплавленные лазером покрытия на никелевой основе для высокотемпературных применений. Письма о материалах. 2019. Т.9. №4. С.470-474
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-4-470-474

Аннотация

High-temperature annealing of the laser clad NiCrBSi coating forms framework structures of large chromium carbides borides with improved hardness and wear resistance in conditions of external and frictional heating up to 1000 °C.Продемонстрировано влияние высокотемпературной обработки на наплавленные лазером покрытия NiCrBSi. Отжиг при 1025°С формирует термически стабильные каркасные структуры с крупными карбидами и боридами хрома. В результате, повышенные уровни твердости и износостойкости покрытия сохраняются при нагреве до 1000°С. Стабилизирующий отжиг повышает также фрикционную теплостойкость NiCrBSi покрытия. В условиях высокоскоростного (3,1-9,3 м/с) трения скольжения, когда температура поверхностного слоя достигает ~ 500-1000°С и выше, износостойкость покрытия возрастает в 1,7-3,0 раза. Предложенный подход формирования теплостойких покрытий перспективен, в частности, для инструмента горячего деформирования и других узлов металлургического оборудования, работающего в условиях высоких тепловых и механических нагрузок. К таким изделиям относятся стенки кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок, для которых актуальна разработка технологии лазерной наплавки износостойких композиционных покрытий на медные сплавы как альтернативы применяемому способу газотермического напыления. Рассмотрен процесс наплавки диодным лазером композиционных покрытий NiBSi-WC толщиной 0,6 и 1,6 мм на подложку из бронзы Cu-Cr-Zr, нагретую до 200-250°С. Наличие бора обуславливает формирование крупных частиц карбоборидной фазы W(C,B), твердость которой выше, чем у карбида WC в исходном порошке. В зависимости от толщины покрытий и, соответственно, от продолжительности нагрева и скорости последующего охлаждения может быть подавлен (в «тонком» покрытии) или активизирован (в «толстом» покрытии) процесс выделения вторичных карбоборидов из твердого раствора. Это обусловливает более высокую износостойкость в условиях трения скольжения покрытия толщиной 1,6 мм.

Ссылки (25)

1. С. Navas, R. Colaco, J. De Damborenea, R. Vilar. Surf. Coat. Techn. 200, 6854 (2006). Crossref
2. A. Zikin, M. Antonov, I. Hussainova, L. Katona, A. Gavrilović. Tribol. Int. 68, 45 (2013). Crossref
3. O. I. Shevchenko, V. M. Farber, G. E. Trekin. Izvestia VUZov. Chernaya metallurgiya. 10, 76 (1994). (in Russian) [О. И. Шевченко, В. М. Фарбер, Г. Е. Трекин.Изв. вузов. Чер. металлургия. 10, 76 (1994).].
4. K. Günther, J. P. Bergmann. Materials Letters. 213, 253 (2018). Crossref
5. S. Kurlov, A. I. Gusev. Inorganic Materials. 42 (2), 121 (2006). Crossref
6. S. Zhou, Y. Huang, X. Zeng. Appl. Surf. Sci. 254, 3110 (2008). Crossref
7. C. Katsich, E. Badisch. Surf. Coat. Technol. 206, 1062 (2011). Crossref
8. A. V. Kushnarev, A. A. Kirichkov, A. A. Vopneruk, A. B. Kotel’nikov, Yu. S. Korobov, A. V. Makarov, S. V. Filatov, I. N. Shifrin. Svarka i diagnostika. 5, 50 (2017). (in Russian) [А. В. Кушнарев, А. А. Киричков, А. А. Вопнерук, А.Б.Котельников, Ю.С. Коробов, А.В. Макаров, С.В. Филатов, И.Н. Шифрин. Сварка и диагностика. 5, 50 (2017).].
9. A. B. Kotel’nikov, A. A. Vopneruk, A. V. Makarov, Yu. S. Korobov, A. A. Kirichkov, A. I. Dagman, I. N. Shifrin. Tyazheloe mashinostroenie. 9, 14 (2018). (in Russian) [А. Б. Котельников, А. А. Вопнерук, А. В. Макаров, Ю. С. Коробов, А. А. Киричков, А. И. Дагман, И. Н. Шифрин. Тяжелое машиностроение. 9, 14 (2018).].
10. I. V. Khomskaya, A. E. Kheifets, V. I. Zel’dovich, L. G. Korshunov, N. Yu. Frolova, D. N. Abdullina. Letters on Materials. 8 (4), 410 (2018). Crossref
11. A. V. Makarov, E. S. Gorkunov, I. Yu. Malygina, L. Kh. Kogan, R. A. Savrai, A. L. Osintseva. Russ. J. Nondestr. Test. 45, 797 (2009). Crossref
12. R. A. Savrai, A. V. Makarov, N. N. Soboleva, I. Yu. Malygina, A. L. Osintseva. J. Mater. Eng. Perform. 25 (3), 1068 (2016). Crossref
13. A. V. Makarov, N. N. Soboleva, I. Yu. Malygina, A. L. Osintseva. Met. Sci. Heat Treat. 57 (3-4), 161 (2015). Crossref
14. E. F. William. J. Mater. Eng. Perform. 23 (6), 1917 (2014). Crossref
15. G. Muvvala, D. P. Karmakar, A. K. Nath. Optics Laser Techn. 88, 139 (2017). Crossref
16. A. V. Makarov, N. N. Soboleva, I. Yu. Malygina, A. L. Osintseva. RF Patent, BIMP. 26, 2492980 (2013).
17. T. Gómez-del Río, M. A. Garrido, J. E. Fernádez, M. Cadenas, J. Rodríguez. J. Mater. Proces. Technol. 204 (1-3), 304 (2008). Crossref
18. A. V. Makarov, N. N. Soboleva, I. Yu. Malygina, E. V. Kharanzhevskiy. J. Cryst. Growth. 525, 125200 (2019). Crossref
19. A. V. Makarov, N. N. Soboleva, I. Yu. Malygina. J. Frict. Wear. 38 (4), 272 (2017). Crossref
20. H. Skulev, S. Malinov, P. A. M. Basheer, W. Sha. Surf. Coat. Techn. 185 (1), 18 (2004). Crossref
21. Z. Bergant, J. Grum. J. Therm. Spray Technol. 18 (3), 380 (2009). Crossref
22. H. Yan, P. Zhang, Zh. Yu, Q. Lu, Sh. Yang, Ch. Li. Surf. Coat. Techn. 206, 4046 (2012). Crossref
23. E. V. Kharanzhevskiy. Phys. Met. Metallogr. 117 (9), 889 (2016). Crossref
24. R. A. Savrai. Phys. Met. Metallogr. 119 (10), 1013 (2018). Crossref
25. Refractory Carbides (Ed. by G. V. Samsonov). Springer, USA (1974) 461 p.

Другие статьи на эту тему

Финансирование

1. Государственное задание Института физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук - «‎Лазер»
2. Государственное задание Института физики металлов имени М.Н. Михеева Уральского отделения Российской академии наук - «‎Структура» № АААА-А18-118020190116-6
3. Государственное задание Института машиноведения Уральского отделения Российской академии наук - № АААА-А18-118020790147-4
4. Российский научный фонд - № 19-79-00031