Исследование структуры и свойств защитных покрытий, полученных методом электроискрового легирования СВС-электродами (обзор)

Защитные покрытия на рабочих поверхностях деталей и механизмов получают, как правило, методом электроискрового легирования (ЭИЛ). В работе представлен обзор результатов исследования структуры и свойств защитных покрытий, полученных методом ЭИЛ с применением СВС-электродов. Керамические и металлокерамические электроды получали методом СВС-экструзии, при котором сочетаются процессы горения и сдвигового высокотемпературного деформирования. СВС-экструзия позволяет за десятки секунд в одну технологическую стадию получать электроды с заданными структурой и свойствами. Приведены результаты по исследованию и использованию электродных материалов из твердосплавных материалов, интерметаллидов, материалов на основе МАХ-фазы и керамических материалов с наноразмерной структурой. Анализ микроструктуры и свойств формирующихся легированных слоев показал, что защитное покрытие состоит по меньшей мере из двух зон. Размеры структурных износостойких составляющих на поверхности покрытия, как правило, соответствуют их размерам в исходных электродах. По мере приближения к подложке размер зерен уменьшается и составляет 20 – 100 нм. Установлено, что на поверхности формируется защитное покрытие, повышающее механические и трибологические свойства изделия. Представленные результаты могут быть использованы при сравнительных трибологических испытаниях упрочненных покрытий, промышленных испытаниях обработанных деталей и др.

1. Черноиванов В. И., Голубев И. Г. Восстановление деталей машин (состояние и перспективы) — М.: Росинформагротех, 2010. — 376 с.

2. Bayhan Y. Reduction of wear via hardfacing of chisel ploughshare / Tribol. Int. 2006. Vol. 39. N 6. DOI: 10.1016/j.triboint.2005.06.005

3. Stolin A. M., Bazhin P. M., Mikheyev M. V., et al. Deposition of protective coatings by electric arc cladding with SHS electrodes / Weld. Int. 2015. Vol. 29. N 8. DOI: 10.1080/09507116.2014.960703

4. Guerrieri M., Fedrizzi M., Antonucci F., et al. An innovative multivariate tool for fuel consumption and costs estimation of agricultural operations / Spanish J. Agricult. Res. 2016. Vol. 14. Issue 4. N e0209. DOI: 10.5424/sjar/2016144-9490

5. Titov N. V., Kolomeichenko A. V., Logachev V. N., et al. Investigation of the hardness and wear resistance of working sections of machines hardened by vibroarc surfacing using cermet materials / Weld. Int. 2015. Vol. 29. N 9. DOI: 10.1080/09507116.2014.970336

6. Kiryukhantsev-Korneev P. V., Pierson J. F., Bychkova M. Y., et al. Comparative Study of Sliding, Scratching, and Impact-Loading Behavior of Hard CrB2 and Cr – B – N Films / Tribol. Let. 2016. Vol. 63. Issue 3. N 44. DOI: 10.1007/s11249-016-0729-0

7. Vardanyan E. L., Ramazanov K. N., Nagimov R. S., et al. Properties of intermetallic TiAl based coatings deposited on ultrafine grained martensitic steel / Surf. Coat. Technol. 2020. Vol. 389. N 125657. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.125657

8. Ишков А. В., Аулов В. Ф., Кривочуров Н. Г. и др. Комбинированные упрочняющие покрытия для рабочих органов современных почвообрабатывающих орудий. — Барнаул, 2014.

9. Реут О. П., Хина Б. Б., Саранцев В. В., Маркова Л. В. Применение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза и электроискровой обработки для нанесения композиционных покрытий / Упрочняющие технологии и покрытия. 2007. № 12. С. 49 – 56.

10. Верхотуров А. Д., Иванов В. И., Дорохов А. С. и др. Влияние природы электродных материалов на эрозию и свойства легированного слоя. Критерии оценки эффективности электроискрового легирования / Вестник мордовского университета. 2018. Т. 28. № 3. С. 302 – 320.

11. Ivanov V. I., Konevtsov L. A., Verkhoturov A. D. Effect of the physicochemical properties of refractory compounds and hard alloys on their erosion in electric spark alloying / Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2019. Vol. 55. N 3. DOI: 10.3103/S1068375519030165

12. Иванов В. И., Верхотуров А. Д., Коневцов Л. А. Методологические аспекты применения электроискрового легирования / Технический сервис машин. 2019. № 2(135). С. 158 – 169.

13. Иванов В. И., Верхотуров А. Д., Коневцов Л. А. О методологии упрочнения и восстановления исполнительных поверхностей деталей машин, повышении эффективности и критериях оценки при ЭИЛ / Электронная обработка материалов. 2018. № 54(3). С. 7 – 14.

14. Верхотуров А. Д., Иванов В. И., Коневцов Л. А. О влиянии физико-химических свойств чистых металлов на их эрозию при электроискровом легировании / Труды ГОСНИТИ. 2016. Т. 125. С. 202 – 215.

15. Богинский Л. С., Рудь В. Д., Заболотный О. В., Саранцев В. В. Развитие процессов сухого изостатического прессования (СИП) порошковых и проволочных уплотняемых материалов / Инженерная механика. 2007. № 20. С. 38 – 55.

16. Мержанов А. Г. Процессы горения и синтез материалов. — Черноголовка: ИСМАН, 1998. — 512 с.

17. Столин А. М., Бажин П. М. Получение изделий многофункционального назначения из композитных и керамических материалов в режиме горения и высокотемпературного деформирования (СВС-экструзия) / Теоретические основы химической технологии. 2014. Т. 48. № 6. С. 1 – 13.

18. Stolin A. M., Bazhin P. M. SHS Extrusion: An Overview / Int. J. SHS. 2014. Vol. 23. N 2. DOI: 10.3103/S1061386214020113

19. Кудряшов А. Е., Доронин О. Н., Левашов Е. А., Крахт В. Б. О применении СВС-электродных материалов для электроискрового упрочнения валков стана горячей прокатки / Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2013. № 1. С. 64 – 72.

20. Kudryashov A. E., Zamulaeva E. I., Vakaev P. V., et al. Features of Forming TiC, NiAl, TiAl based coatings in the process of thermoreactive electrospark strengthening / Non-ferrous Met. 2003. N 1. P. 73 – 79.

21. Пантелеенко Ф. И., Саранцев В. В., Столин А. М. и др. Создание композиционных покрытий на основе карбида титана электроискровым легированием / Электронная обработка металлов. 2011. № 4. С. 106 – 115.

22. Лазаренко Б. Р., Лазаренко Н. И. Электрическая эрозия металлов. — М. – Л.: Госэнергоиздат, 1944. — 278 с.

23. Галинов И. В., Лубан Р. Б., Пеккер Л. С. О физических процессах в межэлектродном промежутке при электроискровом легировании металлов / Электронная обработка материалов. 1990. № 6. С. 11 – 13.

24. Бажин П. М., Столин А. М., Чижиков А. П. и др. Структура, свойства и применение защитных металлокерамических покрытий, полученных электроискровым легированием и электродуговой наплавкой / Новые огнеупоры. 2016. № 8. С. 31 – 36.

25. Bazhin P. M., Chizhikov A. P., Leybo D. V., et al. The research of structure and mechanical properties of superhard electro-spark coatings for hardwearing mining tools / IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2016. Vol. 112. N 1. DOI: 10.1088/1757-899X/112/1/012021

26. Бажин П. М., Столин А. М., Зарипов Н. Г., Чижиков А. П. Электроискровые покрытия, полученные керамическими СВС-электродными материалами с наноразмерной структурой / Электронная обработка металлов. 2016. № 3. С. 1 – 8.

27. Стельмах Л. С., Столин А. М., Бажин П. М. Измельчение зеренной структуры материала TiC – Co в процессе СВС-экструзии / Неорганические материалы. 2020. Т. 56. № 7. С. 732 – 737.

28. Pazniak A., Bazhin P., Shchetininc I., et al. Dense Ti3AlC2 based materials obtained by SHS-extrusion and compression methods / Ceram. Int. 2019. Vol. 45. N 2. DOI: 10.1016/j.ceramint.2018.10.101

29. Бажин П. М., Стельмах Л. С., Столин А. М. Влияние степени деформации на формирование МАХ-фазы в материалах на основе Ti – Al – C при СВС-экструзии / Неорганические материалы. 2019. Т. 55. № 3. С. 330 – 335. DOI: 10.1134/S0002337X19030059

30. Shishkina T. N., Podlesov V. V., Stolin A. M. Microstructure and properties of extruded SHS-materials / J. Eng. Phys. Thermophys. 1993. Vol. 63. P. 547 – 557.

31. Столин А. М., Бажин П. М., Алымов М. И. Получение наноструктурных композиционных керамических материалов и изделий в условиях сочетания процессов горения и высокотемпературного деформирования (СВС-экструзия) / Российские нанотехнологии. 2014. Т. 9. № 9 – 10. C. 1 – 13.

32. Бажин П. М., Столин А. М., Баронин Г. С. и др. Увеличение ресурса работы ножей свеклоуборочного комбайна методом электроискрового легирования СВС-электродами / Материалы, технологии, инструменты. 2014. Т. 19. № 1. С. 82 – 86.

33. Sheveleva T. A., Verkhoturov A. D., Nikolenko S. V., et al. The effect of datolite concentrate dopants in electrode materials TiC – Ni – Mo onto the properties of steels surface layer following electric spark doping / Electr. Mat. Proc. 1991. N 1(157). P. 26 – 30.