Формирование и исследование свойств покрытий из металлического стекла FeWCrMoBC на стали 35

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Для получения покрытий из металлического стекла необходимо достижение высоких скоростей охлаждения расплава. Композиция FeWCrMoBC обладает высокой вязкостью расплава и достаточной стеклообразующей способностью для фиксации аморфного состояния при скоростях охлаждения, реализуемых методом электроискрового легирования с использованием кристаллического электрода. Цель работы: одностадийное осаждение аморфного покрытия методом электроискрового легирования с использованием кристаллического анода FeWCrMoBC, приготовленного методом литья, и исследование свойств модифицированной поверхности стали 35: смачиваемости, жаростойкости и трибологических свойств. Методы и результаты. Структура анода и покрытий исследовалась методом рентгенофазового анализа в CuKα-излучении на дифрактометре ДРОН-7. На рентгенограммах покрытий, в отличие от рентгенограмм материала анода, не наблюдались острые брэгговские рефлексы, а присутствовало широкое гало в диапазоне углов 2? = 40…50°, что указывает на их аморфную структуру. Испытание на циклическую жаростойкость проводилось при температуре 700 °С в течение 100 часов. Износостойкость и коэффициент трения образцов исследовались при сухом трении скольжения на скорости 0,47 м/с при нагрузке 25 Н относительно контртела из быстрорежущей стали Р6М5. Исследовано влияние скважности электрических импульсов на характер массопереноса (эрозия анода, привес катода, коэффициент массопереноса) при формировании покрытия. С уменьшением скважности разрядных импульсов до 9 раз эрозия анода увеличивалась до 5 раз, а привес катода возрос до 2,2 раза. Максимальный коэффициент массопереноса достигался при наибольшей скважности импульсов. Наблюдалось повышение ряда свойств поверхности стали 35 после покрытия: твердость поверхности образцов после покрытия возросла в 2,3–2,6 раза; средняя толщина покрытий находилась в диапазоне 56–80,6 мкм, угол смачивания находился в диапазоне от 108,4 до 121,3°; коэффициент трения снизился в 1,2–1,4 раза; износостойкость возросла в 2–3,3 раза; окисляемость на воздухе снизилась до 14–18 раз. Область применения и выводы. Достигнутые более высокие свойства (твердость, износостойкость, жаростойкость, гидрофобность) исполнительных поверхностей деталей из стали 35 после нанесения предложенных покрытий могут быть использованы в различных отраслях машиностроительного производства. Результаты работы подтвердили возможность осаждения покрытий из металлического стекла методом электроискрового легирования с использованием анодного материала FeWCrMoBC на стали 35.

Об авторах

А. А. Бурков

Email: burkovalex@mail.ru
канд. физ.-мат. наук, Хабаровский Федеральный исследовательский центр Институт материаловедения ДВО РАН, ул. Тихоокеанская, 153, г. Хабаровск, 680042, Россия, burkovalex@mail.ru

Л. А. Коневцов

Email: Konevts@narod.ru
канд. техн. наук, Хабаровский Федеральный исследовательский центр Институт материаловедения ДВО РАН, ул. Тихоокеанская, 153, г. Хабаровск, 680042, Россия, Konevts@narod.ru

М. И. Дворник

Email: Maxxxx80@mail.ru
канд. техн. наук, Хабаровский Федеральный исследовательский центр Институт материаловедения ДВО РАН, ул. Тихоокеанская, 153, г. Хабаровск, 680042, Россия, Maxxxx80@mail.ru

С. В. Николенко

Email: nikola1960@mail.ru
доктор техн. наук, Хабаровский Федеральный исследовательский центр Институт материаловедения ДВО РАН, ул. Тихоокеанская, 153, г. Хабаровск, 680042, Россия, nikola1960@mail.ru

М. А. Кулик

Email: marijka80@mail.ru
Хабаровский Федеральный исследовательский центр Институт материаловедения ДВО РАН, ул. Тихоокеанская, 153, г. Хабаровск, 680042, Россия, marijka80@mail.ru

Список литературы

  1. The effects of minor element addition on the structural heterogeneity and mechanical properties of ZrCuAl bulk metallic glasses / R. Sivaraman, In. Patra, M.N. Zainab, N.M. Hameed, T. Alawsi, S. Hashemi // Advances in Materials Science and Engineering. – 2022. – Vol. 2022. – Art. 6528470. – doi: 10.1155/2022/6528470.
  2. Effects of tungsten contents on the microstructure, mechanical and anticorrosion properties of Zr–W–Ti thin film metallic glasses / J.C. Chang, J.W. Lee, B.S. Lou, C.L. Li, J.P. Chu // Thin Solid Films. – 2015. – Vol. 584. – P. 253–256. – doi: 10.1016/j.tsf.2015.01.063.
  3. Effect of Mo on properties of the industrial Fe–B-alloy-derived Fe-based bulk metallic glasses / K. Zhu, W. Jiang, J. Wu, B. Zhang // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. – 2017. – Vol. 24. – P. 926–930. – doi: 10.1007/s12613-017-1479-1.
  4. Microstructure and magnetic properties in Fe61Co9-xZr8Mo5WxB17 (0 ≤ × ≤ 3) glasses and glass-matrix composites / W.M. Wang, W.X. Zhang, A. Gebert, C. Mickel, L. Schultz // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2009. – Vol. 40 (3). – P. 511–521. – doi: 10.1007/s11661-008-9706-z.
  5. Rapid degradation of azo dye by Fe-based metallic glass powder / J.Q. Wang, Y.H. Liu, M.W. Chen, G.Q. Xie, D.V. Louzguine-Luzgin, A. Inoue, J.H. Perepezko // Advanced Functional Materials. – 2012. – Vol. 22 (12). – P. 2567–2570. – doi: 10.1002/adfm.201103015.
  6. Efficient degradation of rhodamine B using Fe-based metallic glass catalyst by Fenton-like process / X. Wang, Y. Pan, Z. Zhu, J. Wu // Chemosphere. – 2014. – Vol. 117. – P. 638–643. – doi: 10.1016/j.chemosphere.2014.09.055.
  7. The effect of high-velocity oxy-fuel spraying parameters on microstructure, corrosion and wear resistance of Fe-based metallic glass coatings / H. Zhang, Y. Hu, G. Hou, Y. An, G. Liu // Journal of Non-Crystalline Solids. – 2014. – Vol. 406. – P. 37–44. – doi: 10.1016/j.jnoncrysol.2014.09.041.
  8. Effect of molybdenum, manganese and tungsten contents on the corrosion behavior and hardness of iron-based metallic glasses / Y. Wang, S.L. Jiang, Y.G. Zheng, W. Ke, W.H. Sun, J.Q. Wang // Materials and Corrosion. – 2014. – Vol. 65. – P. 733–741. – doi: 10.1002/maco.201206740.
  9. Fabrication, tribological and corrosion behaviors of detonation gun sprayed Fe-based metallic glass coating / H. Wu, X.-d. Lan, Y. Liu, F. Li, W.-d. Zhang, Z.-j. Chen, X.-f. Zai, H. Zeng // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. – 2016. – Vol. 26 (6). – P. 1629–1637. – doi: 10.1016/S1003-6326(16)64271-1.
  10. Corrosion resistance of coating with Fe-based metallic glass powders fabricated by laser spraying / Y. Wang, G. Ouyang, L. Zhang, X. Wu, H. Zhang, S. Wang // Journal of Applied Sciences. – 2013. – Vol. 13 (9). – P. 1479–1483. – doi: 10.3923/jas.2013.1479.1483.
  11. Tuning apparent friction coefficient by controlled patterning bulk metallic glasses surfaces / N. Li, E. Xu, Z. Liu, X. Wang, L. Liu // Scientific Reports. – 2016. – Vol. 6 (1). – P. 39388. – doi: 10.1038/srep39388.
  12. Hitit A., Sahin H. The effect of iron content on glass forming ability and thermal stability of Co–Fe–Ni–Ta–Nb–B–Si bulk metallic glass // Metals. – 2017. – Vol. 7 (1). – P. 7. – doi: 10.3390/met7010007.
  13. Бурков А.А. Осаждение покрытий из металлического стекла электроискровой обработкой в среде гранул состава Fe39Ni8Cr7W7Mo7Co2C16B14 // Письма о материалах. – 2017. – Т. 7, № 3 (27). – С. 254–259. – doi: 10.22226/2410-3535-2017-3-254-259.
  14. Zohdi H., Shahverdi H.R., Hadavi S.M. Effect of Nb addition on corrosion behavior of Fe-based metallic glasses in Ringer's solution for biomedical applications // Electrochemistry Communications. – 2011. – Vol. 13 (8). – P. 840–843. – doi: 10.1016/j.elecom.2011.05.017.
  15. Glass-formation and corrosion properties of Fe–Cr–Mo–C–B glassy ribbons with low Cr content / M. Madinehei, P. Brun, M.J. Duarte, E. Pined, J. Klemm, F.U. Renner // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – Vol. 615. – P. 128–S131. – doi: 10.1016/j.jallcom.2013.12.245.
  16. Corrosion resistant metallic glasses for biosensing applications / A. Sagasti, A.C. Lopes, A. Lasheras, V. Palomares, J. Carrizo, J. Gutierrez, J.M. Barandiaran // AIP Advances. Special Collection: 23rd Soft Magnetic Materials Conference. – 2018. – Vol. 8 (4). – P. 047702. – doi: 10.1063/1.4994108.
  17. In situ synthesis and characterization of Fe-based metallic glass coatings by electrospark deposition technique / A.A. Burkov, S.A. Pyachin, M.A. Ermakov, A.V. Syuy // Journal of Materials Engineering and Performance. – 2017. – Vol. 26. – P. 901–908. – doi: 10.1007/s11665-016-2493-6.
  18. Optimizing process and the properties of the sprayed Fe-based metallic glassy coating by plasma spraying / C. Zhang, Z. Chu, F. Wei, W. Qin, Y. Yang, Y. Dong, D. Huang, L. Wang // Surface and Coatings Technology. – 2017. – Vol. 319. – P. 1–5. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2017.03.063.
  19. Liu L., Zhang C. Fe-based amorphous coatings: Structures and properties // Thin Solid Films. – 2014. – Vol. 561. – P. 70–86. – doi: 10.1016/j.tsf.2013.08.029.
  20. Microstructure and corrosion properties of AlCoCrFeNi high entropy alloy coatings deposited on AISI 1045 steel by the electrospark process / Q.H. Li, T.M. Yue, Z.N. Guo, X. Lin // Metallurgical and Materials Transactions A. – 2013. – Vol. 44A. – P. 1767–1778. – doi: 10.1088/2051-672X/ab411b.
  21. Материалогия покрытий титановых сплавов методами физикохимии и электроискрового легирования. В 2 ч. Ч. 2. ЭИЛ-покрытия / Б.А. Ляшенко, И.А. Подчерняева, Л.А. Коневцов, С.В. Коваленко, А.В. Каминский. – Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2020. – 347 с. – ISBN 978-5-7389-3025-6.
  22. Production of amorphous and nanocrystalline iron based coatings by electro-spark deposition process / M.F. Hasanabadi, F.M. Ghaini, M. Ebrahimnia, H.R. Shahverdi // Surface and Coatings Technology. – 2015. – Vol. 270. – P. 95–101. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2015.03.016.
  23. Emelyanenko A.M., Boinovich L.B. Analysis of wetting as an efficient method for studying the characteristics of coatings and surfaces and the processes that occur on them: a review // Inorganic Materials. – 2011. – Vol. 47 (15). – P. 1667–1675. – doi: 10.1134/S0020168511150064.
  24. Schuster J.M., Schvezov C.E., Rosenberger M.R. Analysis of the results of surface free energy measurement of Ti6Al4V by different methods // Procedia Materials Science. – 2015. – Vol. 8. – P. 732–741. – doi: 10.1016/j.mspro.2015.04.130.
  25. Comparative analysis of insulating properties of plasma and thermally grown alumina films on electrospark aluminide coated 9Cr steels / N.I. Jamnapara, S. Frangini, J. Alphonsa, N.L. Chauhan, S. Mukherjee // Surface and Coatings Technology. – 2015. – Vol. 266. – P. 146–150. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2015.02.028.
  26. Effect of spray powder particle size on the bionic hydrophobic structures and corrosion performance of Fe-based amorphous metallic coatings / Y.C. Li, W.W. Zhang, Y. Wang, X.Y. Zhang, L.L. Sun // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 437. – P. 128377. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.128377.
  27. Effect of W addition on the glass forming ability and mechanical properties of Fe-based metallic glass / D.D. Liang, X.S. Wei, C.T. Chang, J.W. Li, X.M. Wang, J. Shen // Journal of Alloys and Compounds. – 2018. – Vol. 731. – P. 1146–1150. – doi: 10.1016/j.jallcom.2017.10.104.
  28. Negussie A.T., Chu J.P., Diyatmik W., Lee C.M., Yu C., Shen Y.L., Hsueh C.H. Annealing-induced indentation recovery in thin film metallic glasses: Effects of indenter tip geometry, film thickness and film composition // Surface and Coatings Technology.– 2015. – Vol.261. – P. 350–355. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2014.10.068.
  29. Бурков А.А., Крутикова В.О. Осаждение аморфных упрочняющих покрытий электроискровой обработкой в смеси кристаллических гранул // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. – 2019. – № 2. – С. 57–67. – doi: 10.17073/1997-308X-2019-2-57-67.
  30. Electrochemical and friction characteristics of metallic glass composites at the microstructural length-scales / A. Ayyagari, V. Hasannaeimi, H. Arora, S. Mukherjee // Scientific Reports. – 2018. – Vol. 8 (1). – P. 906. – doi: 10.1038/s41598-018-19488-7.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».