Исследование структуры присадочной композиционной проволоки для наплавки износостойких слоев

Качество и свойства наплавляемых износостойких слоев зависят от технологических режимов наплавки и типа применяемых присадочных материалов. В работе представлены результаты исследования структуры присадочной композиционной проволоки для наплавки износостойких слоев. Проволоку на основе алюминиевого сплава (заэвтектический силумин), порошков карбида кремния (SiC) и интерметаллида титана (Ti₂NbAl) изготавливали методом порошковой металлургии. Порошки SiC или Ti₂NbAl (с учетом их содержания в конечном материале — 5 % масс.) и подготовленный в виде стружки матричный сплав силумина обрабатывали в планетарной мельнице. Проволоку получали методом горячей экструзии после выдержки подготовленных компонентов при температуре 600 °C. Трибологические испытания образцов проводили в условиях сухого трения скольжения (коэффициент трения в процессе испытаний регистрировали непрерывно). Показано, что выбранные режимы экструзии и предварительная подготовка материала в планетарной мельнице позволяют получить беспористый компактный материал. Анализ структуры полученного материала и характера распределения армирующих дискретных порошков выявил, что частицы Ti₂NbAl равномерно распределены по сечению проволоки, тогда как частицы SiC практически отсутствуют в центральной части и сосредоточены по периферии сечения. Полученные результаты могут быть использованы при применении композиционной проволоки в качестве присадочного материала. Данные о характере распределения армирующих наполнителей следует учитывать при выборе схем и режимов процессов дуговой наплавки.

1. Gu Z., Xi S., Mao P., Wang C. Microstructure and wear behavior of mechanically alloyed powder AlxMo0.5NbFeTiMn2 high entropy alloy coating formed by laser cladding / Surface and Coatings Technology. 2020. Vol. 401. 126244. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2020.126244

2. Ming Pang, Quan-Xiu Liu, Xiao-Han Zhang, Guang Liu. Simulation research on the thermal-mechanical coupling of YSZ thermal protective coatings prepared by laser-plasma composite heat source on the surface of high-intensity diesel engine cylinder head / Optik. 2020. Vol. 207. 164425. DOI: 10.1016/j.ijleo.2020.164425

3. Ostolaza M., Zabala A., Arrizubieta J., et al. High-temperature tribological performance of functionally graded Stellite 6/WC metal matrix composite coatings manufactured by laser-directed energy deposition / Friction. 2024. N 12. P. 522 – 538. DOI: 10.1007/s40544-023-0790-2

4. Афанасьева Л. Е., Раткевич Г. В. Лазерная наплавка покрытия NiCrBSiFe-WC с помощью многоканального лазера / Письма о материалах. 2018. Т. 8. № 3(31). С. 268 – 273. DOI: 10.22226/2410-3535-2018-3-268-273

5. Pacheco J. T., Meura V. H., Teixeira M. F., et al. Laser Cladding of Fe-NbC Alloy on AISI 304L: The Effect of Processing Parameters on Microstructure and Wear / Journal of Materials Engineering and Performance. 2023. DOI: 10.1007/s11665-023-09017-7

6. Arunkumar S., Subramani Sundaram M., Sukethkanna K., Vigneshwara S. A review on aluminium matrix composite with various reinforcement particles and their behavior / Materials Today: Proceedings. 2020. P. 494 – 490. DOI: 10.1016/j.matpr.2020.05.053

7. Vineet Chak, Himadri Chattopadhyay, Dora T. L. A review on fabrication methods, reinforcements and mechanical properties of aluminum matrix composites / Journal of manufacturing processes. 2020. Vol. 56. P. 1059 – 1074. DOI: 10.1016/j.jmapro.2020.05.042

8. Chen J., Gu L., He G. A review on conventional and nonconventional machining of SiC particle-reinforced aluminium matrix composites / Adv. Manuf. 2020. Vol. 8. P. 279 – 315. DOI: 10.1007/s40436-020-00313-2

9. Riquelme A., Rodrigo P., Escalera-Rodriguez M., Rams J. Characterisation and mechanical properties of Al/SiC metal matrix composite coatings formed on ZE41 magnesium alloys by laser cladding / Results in Physics. 2019. Vol. 13. 102160. DOI: 10.1016/j.rinp.2019.102160

10. Mikheev R. S., Kalashnikov I. E., Bykov P. A., Kobeleva L. I. Investigation of the structure and properties of aluminu mmatrix composite coatings for tribotechnical purposes formed on steel substrates / Journal of Physics: Conference Series. 2022. Vol. 2275. 012007. DOI: 10.1088/7142-6596/2275/1/012007

11. Roussos C., Deligiannis S., Ioannidou, D., et al. Microstructural and Mechanical Properties of Laser Cladding-Deposited AISI 1060 Steel with a Mixture of 410L Alloy and 4140 Alloy Powders / Journal of Materials Engineering and Performance. 2023. DOI: 10.1007/s11665-023-08767-8

12. Kalashnikov I. E., Kolmakov A. G., Bolotova L. K., et al. Technological parameters of production and properties of babbit-based composite surfacing rods and deposited antifriction coatings / Inorganic Materials: Applied Research. 2019. Vol. 10. N 3. P. 635 – 641. DOI: 10.1134/S2075113319030122

13. Касимцев А. В., Юдин С. Н., Свиридова Т. А. и др. Получение спеченного сплава на основе интерметаллида TiAl. 1. Гидридно-кальциевая технология получения порошкового сплава Ti – 47Al – 2Nb – 2Cr и его свойства / Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. № 4. С. 63 – 68. DOI: 10.17073/0021-3438-2015-4-63-68

14. Marín M. M., Camacho A. M., Pérez J. A. Influence of the temperature on AA6061 aluminum alloy in a hot extrusion process / Procedia Manufacturing. 2017. Vol. 13. P. 327 – 334. DOI: 10.1016/j.promfg.2017.09.084

15. Ab Rahim S., Lajis M., Ariffin S. A review on recycling aluminum chips by hot extrusion process / Procedia CIRPV. 2015. P. 761 – 766. DOI: 10.1016/j.procir.2015.01.013

16. Строганов Г. Б. Высокопрочные литейные алюминиевые сплавы. — М.: Металлургия, 1985. — 216 с.

17. Бенариеб И., Бер Л., Антипов К., Сбитнева С. Тенденции развития деформируемых сплавов системы Al – Mg – Si – (Cu) (обзор) / Авиационные сплавы и технологии. 2019. № 3. С. 14 – 22. DOI: 10.18577/2071-9140-2019-0-3-14-22

18. Kalashnikov I. E., Kobeleva L. I., Bykov P. A., et al. Estimating the Uniformity of the Distribution of Ti2NbAl Particles in an Aluminum-Matrix Composite Material / Inorganic Materials: Applied Research. 2022. Vol. 13. N 5. P. 1346 – 1351. DOI: 10.1134/S2075113322050148

19. Kobeleva L. I., Kalashnikov I. E., Bykov P. A., et al. Structure and Tribological Properties of the AO20-1 Alloy — Ti2NbAl Intermetallic Compound Composite Material / Russian Metallurgy (Metally). 2020. Vol. 2020. N 10. P. 1137 – 1141. DOI: 10.1134/S0036029520100134

20. Михеев Р. С., Калашников И. Е. Применение математических методов для исследования температурно-временных условий процесса дуговой наплавки при изготовлении сталеалюминиевых композиций / Завод. лаб. Диагност. мат. 2021. Т. 87. № 3. С. 64 – 75. DOI: 10.26896/1028-6861-2021-87-3-64-75