Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Сравнительное исследование электроискровых покрытий, полученных с использованием электродов TiC–NiCr и TiC–NiCr–Eu2O3

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-5-67-78

Полный текст:

Аннотация

Исследованы покрытия, полученные на подложках из стали 40Х методом электроискрового легирования с использованием электродов TiC–NiCr и TiC–NiCr–Eu2O3. Покрытия наносились с помощью установки «Alier-Metal 303» в среде аргона при нормальном давлении в режиме прямой и обратной полярности. Структура, элементный и фазовый составы электродов и покрытий были изучены посредством рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии, энергодисперсионной спектроскопии, оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда и оптической профилометрии. Механические и трибологические свойства покрытий определялись методом наноиндентирования и путем испытаний по схеме «стержень–диск», в том числе при повышенных температурах в диапазоне 20–500 °С. Проведены исследования на абразивный износ с использованием прибора «Calowear-tester», стойкость к динамическим воздействиям с помощью установки «CemeCon impact-tester» и стойкость к газовой и электрохимической коррозии. Полученные результаты показали, что электроды содержат карбид титана, твердый раствор никеля в хроме и оксид европия в случае допированного образца. Покрытия также включали данные фазы, однако твердый раствор формировался на основе железа. Покрытия с добавкой Eu2O3 по структурным характеристикам, твердости, коэффициенту трения существен- но не отличались, а по стойкости к абразивному износу и к циклическим ударным нагрузкам, жаро- и коррозионной стойкости превосходили базовые покрытия. Наблюдались увеличение стойкости к ударным нагрузкам в 1,2–2,0 раза, понижение тока коррозии более чем в 20 раз и уменьшение показателя окисления почти в 2 раза при переходе к допированным покрытиям.

Об авторах

Ф. В. Кирюханцев-Корнеев
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия

Канд. техн. наук, доцент кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП), вед. науч. сотр. Науч.-учеб. центра.

119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



А. Д. Сытченко
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия

Лаборант.

119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



E. А. Левашов
Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС»
Россия

Докт. техн. наук, акад. РАЕН, проф., директор, зав. кафедрой ПМиФП.

119049, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



Список литературы

1. Kumar S., Singh R., Singh T.P., Sethi B.L. Surface modification by electrical discharge machining: A review. J. Mater. Process. Technol. 2009. Vol. 209. P. 3675—3687.

2. Chen Z., Zhou Y. Surface modification of resistance welding electrode by electro-spark deposited composite coatings. Pt. I. Coating characterization. Surf. Coat. Technol. 2006. Vol. 201. P. 1503—1510.

3. Nikolenko S.V., Verkhoturov A.D., Syui N.A., Kuz’michev E.N. Influence of electrospark discharge parameters on roughness and microabrasive wear of steel 45 surface after ESA by TiC-based electrodes. Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2016. Vol. 52. P. 342—349.

4. Panteleenko F.I., Sarantsev V.V., Stolin A.M., Bazhin P.M., Azarenko E.L. Formation of composite coatings based on titanium carbide via electrospark alloying. Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2011. Vol. 47. P. 336—348.

5. Andreev A.V., Litovchenko I.Y., Korotaev A.D., Borisov D.P. Thermal stability of Ti—C—Ni—Cr and Ti—C—Ni— Cr—Al—Si nanocomposite coatings. J. Phys. Conf. Ser. 2015. Vol. 652. Paper 012057.

6. Levashov E.A., Kudryashov A.E., Vakaev P.V., Malochkin O.V., Gammel F., Suchentrunk R., Moore J.J. The prospect of nanodispersive powders application in surface technologies. Surf. Coat. Technol. 2004. Vol. 180—181. P. 347—351.

7. Rajabi A., Ghazali M.J., Syarif J., Daud A.R. Development and application of tool wear: A review of the characterization of TiC-based cermets with different binders. Chem. Eng. J. 2014. Vol. 255. P. 445—452.

8. Zohari S., Sadeghian Z., Lotfi B., Broeckmann Ch. Application of spark plasma sintering (SPS) for the fabrication of in situ Ni—TiC nanocomposite clad layer. J. Alloys Compd. 2015. Vol. 633. P. 479—483.

9. Hosseini Far A.R., Mousavi Anijdan S.H., Abbasi S.M. The effect of increasing Cu and Ni on a significant enhancement of mechanical properties of high strength low alloy, low carbon steels of HSLA-100 type. Mater. Sci. Eng. A. 2019. Vol. 746. P. 384—393.

10. Baron C., Springer H. On the effect of Ni additions to Fe— Cr—B high modulus steels. Mater. Des. 2019. Vol. 167. Paper 107624.

11. Levashov E.A., Malochkin O.V., Kudryashov A.E., Suchentrunk R., Gammel F. Effect of nanosized powders on the structure and properties of electrospark alloyed coatings. J. Mater. Synth. Process. 2001. Vol. 9. No. 4. P. 199—206.

12. Fang Y., Cui X., Cai Z., Wang C., Jin G. Influence of La2O3 addition on nano indentation hardness and residual stress of Stellite 6 coating prepared by plasma cladding. J. Rare Earth. 2018. Vol. 36. P. 873—878.

13. Li J., Wang H.P., Li M.P., Yu Z.S. Effect of yttrium on microstructure and mechanical properties of laser clad coatings reinforced by in situ synthesized TiB and TiC. J. Rare Earth. 2011. Vol. 29. P. 477—483.

14. Zhu R., Li Z., Li X., Sun Q. Microstructure and properties of the low-power-laser clad coatings on magnesium alloy with different amount of rare earth addition. Appl. Surf. Sci. 2015. Vol. 353. P. 405—413.

15. Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Sytchenko А.D., Kudryashov А.Е., Levashov E.A., Shtansky D.V. The effect of Eu2O3 additive to the TiCNiCr electrode on the formation of electrospark coatings. Tech. Phys. Lett. 2018. Vol. 44. P. 753—755.

16. Kiryukhantsev-Korneev Ph., Sytchenko A., Sheveyko A., Vorotilo S. Deposited by pulsed cathodic arc evaporation in Ar, N2, and C2H4 environments using the TiC—NiCr— Eu2O3 cathode. Coatings. 2019. Vol. 9. Paper 230.

17. Кирюханцев-Корнеев Ф.В., Phiri J., Гладков В.И., Рат- ников С.Н., Яковлев М.Г., Левашов Е.А. Эрозионная и абразивная стойкость, механические свойства и структура покрытий TiN, Ti—Cr—Al—N и Cr— Al—Ti—N, полученных методом CFUBMS. Физикохимия пов-ти и защита материалов. 2019. Т. 55. No. 5. С. 546—556 Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Phiri J., Gladkov V.I., Ratnikov S.N., Yakovlev M.G., Levashov E.A. Erosion and abrasive resistance, mechanical properties and structure of coatings TiN, Ti—Cr—Al—N and Cr—Al—Ti—N, obtained by CFUBMS. Fiziko-khimiya poverkhnosti i zash chita materialov. 2019. Vol. 55. No. 5. P. 546—556 (In Russ.).

18. Bouzakis K.-D., Vidakis N., David K. The concept of an advanced impact tester supported by evaluation software for the fatigue strength characterization of hard layered media. Thin Solid Films. 1999. Vol. 355—356. P. 322—329.

19. Bouzakis K.-D., Maliaris G., Makrimallakis S. Strain rate effect on the fatigue failure of thin PVD coatings: An investigation by a novel impact tester with adjustable repetitive force. Int. J. Fatigue. 2012. Vol. 44. P. 89—97.

20. Bose S. High temperature coatings. Amsterdam: Elsevier, 2018.

21. Levashov E.A., Mishina E.S., Malochkin O.V., Shtansky D.V., Moore J.J., Fadeev M.I. Structure and properties of dispersion-strengthened-with-nanosized particles refractory hard material TiC—Ni-alloy. Sci. Technol. Adv. Mater. 2003. Vol. 4. No. 3. P. 221—228.

22. Fu Z., Huey J., Sai K., Gajjala R., Koc R. Sintering, mechanical, and oxidation properties of TiC—Ni—Mo cermets obtained from ultra-fine TiC powders. J. Alloys Compd. 2018. Vol. 751. P. 316—323.

23. Ahlawat R., Rani N., Goswami B. Synthesis and characterizations of Eu2O3 nanocrystallites and its effect on optical investigations of Eu3+, Eu2+: SiO2 nanopowder. J. Alloys Compd. 2018 Vol. 743 P. 126—135.

24. Niu T., Zhang P., Zheng G., Liu l., Deng J., Jin Y., Jiao Z., Sun X. Tuning the charge transition process of Eu2O3 nanorods by coupling with Ag nanoparticles for enhanced photocatalytic performance. J. Environ. Chem. Eng. 2017. Vol. 5. P. 2930—2936.

25. Hui Y., Zhao S.M., Xu J.Y. Doping concentration of Eu3+ as a fluorescence probe for phase transformation of zirconia. J. Rare Earths. 2015. Vol. 33. P. 717—725.

26. Paustovskii A.V., Gubin Yu.V. Stresses in coatings obtained by electro-spark alloying and laser processing (review). Mater. Sci. 1997. Vol. 33. P. 770—776.

27. Chen Z., Zhou Y. Surface modification of resistance welding electrode by electrospark deposited composite coatings: Pt. I. Coating characterization. Surf. Coat. Technol. 2006. Vol. 201. P. 1503—1510.

28. Leyland A., Matthews A. On the significance of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite coating approach to optimised tribological behavior. Wear. 2000. Vol. 246. P. 1—11.

29. Levashov E.A., Pogozhev Yu.S., Kudryashov A.E., Rupasov S.I., Levina V.V. TiC—Ni-based composite materials dispersion-strengthened by nanoparticles for electrospark deposition. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2008. Vol. 49. P. 397—403.

30. Mu Y., Liu M., Zhao Y. Carbon doping to improve the high temperature tribological properties of VN coating. Tribol. Int. 2016. Vol. 97. P. 327—336.

31. Hardell L., Hernandez S., Mozgovoy S., Pelcastre L., Courbon C., Prakasha B. Effect of oxide layers and near surface transformations on friction and wear during tool steel and boron steel interaction at high temperatures. Wear. 2015. Vol. 330—331. P. 223—229.

32. Gheisari R., Polycarpou A.A. Three-body abrasive wear of hard coatings: Effects of hardness and roughness. Thin Solid Films. 2018. Vol. 666. P. 66—75.

33. Bagde P., Sapate S.G., Khatirkar R.K., Vashishtha N. Friction and abrasive wear behaviour of Al2O3—13TiO2 and Al2O3—13TiO2 + Ni Graphite coatings. Tribol. Int. 2018. Vol. 121. P. 353—372.

34. Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Sheveyko A.N., Shvindina N.V., Levashov E.A., Shtansky D.V. Comparative study of Ti—C—Ni—Al, Ti—C—Ni—Fe, and Ti—C—Ni—Al/ Ti—C—Ni—Fe coatings produced by magnetron sputtering, electro-spark deposition, and a combined two-step process. Ceram. Int. 2018. Vol. 44. P. 7637—7646.

35. Subbarao E.C. The science and technology of rare earth materials. N.Y.: Acad. Press, 1980.

36. Ozgurluk Y., Doleker K.M., Ahlatci H., Karaoglanli A.C. Investigation of hot corrosion behavior of thermal barrier coating (TBC) systems with rare earth contents. Arabian J. Geosci. 2018. Vol. 11. Paper 267.

37. Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Iatsyuk I.V., Shvindina N.V., Levashov E.A., Shtansky D.V. Comparative investigation of structure, mechanical properties, and oxidation resistance of Mo—Si—B and Mo—Al—Si—B coatings. Corros. Sci. 2017. Vol. 123. P. 319—327.

38. Kiryukhantsev-Korneev Ph.V., Kudryashov A.E., Levashov E.A. Recent achievements on oxidation-resistant Cr—(Al)—Si—B, Mo—(Al)—Si—B, Zr—(Al)—Si—B coatings obtained by magnetron sputtering and pulsed electrospark deposition (Part 2). Galvanotechnik. 2018. Vol. 109 (5). P. 1044—1050.

39. Lavrenko V.A., Glebov L.A., Pomitkin A.P., Chuprina V.G., Protsenko T.G. High-temperature oxidation of titanium carbide in oxygen. Oxid. Met. 1975. Vol. 9. P. 171—179.

40. Navrotsky A., Lee W., Mielewczyk-Gryn A., Ushakov S.V., Anderko A., Wu H., Riman R.E. Thermodynamics of solid phases containing rare earth oxides. J. Chem. Thermodyn. 2015. Vol. 88. P. 126—141.


Для цитирования:


Кирюханцев-Корнеев Ф.В., Сытченко А.Д., Левашов E.А. Сравнительное исследование электроискровых покрытий, полученных с использованием электродов TiC–NiCr и TiC–NiCr–Eu2O3. Известия вузов. Цветная металлургия. 2019;(5):67-78. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-5-67-78

For citation:


Kiryukhantsev-Korneev P.V., Sytchenko A.D., Levashov E.A. Comparative study of coatings obtained by ESD method using TiC–NiCr and TiC–NiCr–Eu2O3 electrodes. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Universities' Proceedings Non-Ferrous Metallurgy). 2019;(5):67-78. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2019-5-67-78

Просмотров: 83


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)