Структура, жаростойкость, коррозионная и трибологическая характеристики покрытий, приготовленных электроискровым осаждением порошков Ni и Al на сталь 35

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Впервые порошки никеля и алюминия осаждались методом электроискрового легирования на сталь 35. Изучено влияние соотношения порошков Ni и Al в анодной смеси на структуру покрытий, жаростойкость, коррозионное поведение, а также на коэффициент трения и изнашиваемость. Показано, что при повышении концентрации алюминиевого порошка в анодной смеси от 30 до 70 ат. % средняя концентрация алюминия в покрытиях монотонно возрастала с 39 до 63 ат. %, а никеля – снижалась с 46 до 26 ат. %. Установлено, что применение приготовленных покрытий позволяет повысить жаростойкость изделий из стали 35 при температуре 700°С от 13 до 34 раз. Показано, что наиболее твердым, износостойким и жаростойким является покрытие с самым высоким содержанием алюминия.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. А. Бурков

Институт материаловедения Дальневосточного отделения Российской академии наук

Email: marijka80@mail.ru
Russian Federation, ул. Тихоокеанская, 153, Хабаровск, 680042

М. А. Кулик

Институт материаловедения Дальневосточного отделения Российской академии наук

Author for correspondence.
Email: marijka80@mail.ru
Russian Federation, ул. Тихоокеанская, 153, Хабаровск, 680042

References

  1. Колачев Б.А., Елагин В.И., Ливанов В.А. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. М: МИСиС, 1999. 413 с.
  2. Sierra C., Vazquez A.J. NiAl Coating on Carbon Steel with an Intermediate Ni Gradient Layer // Surf. Coat. Technol. 2006. V. 200. № 14–15. P. 4383–4388. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.02.176
  3. Zhou L., Mehta A., Cho K., Sohn Y. Composition-dependent Interdiffusion Coefficient, Reduced Elastic Modulus and Hardness in γ-, γ′-and β-Phases in the Ni–Al System // J. Alloys Compd. 2017. V. 727. P. 153–162. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.07.256
  4. Shah L.H., Gerlich A., Zhou Y. Design Guideline for Intermetallic Compound Mitigation in Al–Mg Dissimilar Welding through Addition of Interlayer // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2018. V. 94. P. 2667–2678. https://doi.org/10.1007/s00170-017-1038-y
  5. Konieczny M., Mola R., Thomas P., Kopciał M. Processing, Microstructure and Properties of Laminated Ni-intermetallic Composites Synthesised Using Ni Sheets and Al Foils // Arch. Metall. Mater. 2011. V. 56. №. 3. P. 693–702. https://doi.org/10.2478/v10172-011-0076-y
  6. Mohammadnezhad M., Shamanian M., Enayati M.H. Formation of Nanostructured Ni–Al Coating on Carbon Steel by Using Mechanical Alloying // Appl. Surf. Sci. 2012. V. 263. P. 730–736. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2012.09.151
  7. Zadorozhnyy V., Kaloshkin S., Kaevitser E., Romankov S. Coating of Metals with Intermetallics by Mechanical Alloying // J. Alloys Compd. 2011. V. 509. P. S507-S509. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2011.01
  8. Wu Q., Li S., Ma Y., Gong S. Study on Behavior of Ni–Al Coating with Different Ni/Al Ratios // Vacuum. 2013. V. 93. P. 37–44. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2013.01.001
  9. Wu C.C., Wu F.B. Microstructure and Mechanical Properties of Magnetron Co-sputtered Ni–Al Coatings // Surf. Coat. Technol. 2009. V. 204. № 6–7. P. 854–859. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2009.09.019
  10. Yu Y., Zhou J., Ren S., Wang L., Xin B., Cao S. Tribological Properties of Laser Cladding NiAl Intermetallic Compound Coatings at Elevated Temperatures // Tribol. Int. 2016. V. 104. P. 321–327. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2016.09.014
  11. Brunetti C., Belotti L.P., Miyoshi M.H., Pintaúde G., D’Oliveira A.S.C.M. Influence of Fe on the Room and High-temperature Sliding wear of Ni–Al Coatings // Surf. Coat. Technol. 2014. V. 258. P. 160–167. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2014.09.036
  12. Бурков А.А., Кулик М.А., Быцура А.Ю. Структура и свойства Al–Ni–Fe-покрытий на стали 35, полученных методом электроискрового легирования // Металловедение и термическая обработка металлов. 2024. № 7. С. 22–30.
  13. Burkov A.A., Bytsura A.Y. Influence of Substrate Surface Quality on Electro-Spark Alloying // Surf. Eng. Appl. Electrochem. 2024. V. 60. № 2. P. 204–210. https://doi.org/10.52577/eom.2023.59.6.18
  14. Бурков А.А., Коневцов Л.А., Крутикова В.О. Влияние длительности разрядов на характеристики покрытий из металлического стекла FeCrWMoCB // Неорган. материалы. 2023. Т. 59. № 7. С. 740–749. https://doi.org/10.31857/S0002337X23070011
  15. Бурков А.А., Кулик М.А. Электроискровое осаждение покрытий Fe–Cr–Cu на сталь Ст3 // Изв. вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2023. Т. 17. № 4. С. 51–58. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2023-4-51-58
  16. Химухин С.Н., Гончаров А.В., Ри Э.Х., Хосен Р., Кисломед И.Д. Исследование диффузии никеля из покрытия в сталь // Информационные технологии XXI века. 2016. С. 194–197.
  17. Бурков А.А., Кулик М.А. Электроискровое осаждение покрытий с использованием порошка Cr3C2 и их характеристика // Письма о материалах. 2019. Т. 9. № 2. С. 243–248. https://doi.org/10.22226/2410-3535-2019-2-243-248
  18. 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 // Inorg. Mater. 2011. V. 47. № 15. P 1667–1675. https://doi.org/10.1134/S0020168511150064
  19. Верхотуров А.Д. Формирование поверхностного слоя металлов при электроискровом легировании. Владивосток: Дальнаука, 1995. 282 с.
  20. Radek N., Bartkowiak K. Laser Treatment of Cu–Mo Electro-spark Deposited Coatings // Phys. Procedia. 2011. V. 12. P. 499–505. https://doi.org/10.1016/j.phpro.2011.03.061
  21. Бурков А.А., Крутикова В.О., Быцура А.Ю., Хе В.К. Ti-Cr-Cu электроискровые покрытия на стали Ст3 // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2023. № 1. С. 93–104. https://doi.org/10.54826/19979258_2023_1_93
  22. Li Y.C., Zhang W.W., Wang Y., Zhang X.Y., Sun L.L. Effect of Spray Powder Particle Size on the Bionic Hydrophobic Structures and Corrosion Performance of Fe-Based Amorphous Metallic Coatings // Surf. Coat. Technol. 2022. V. 437. P. 128377.
  23. Bolelli G., Bonferroni B., Laurila J., Lusvarghi L., Milanti A., Niemi K., Vuoristo P. Micromechanical Properties and Sliding Wear Behaviour of HVOF-Sprayed Fe-Based Alloy Coatings // Wear. 2012. V. 276. P. 29–47. https://doi.org/10.1016/j.wear.2011.12.001
  24. Samadi N., Jamshidi Aval H. Formation of Nickel Aluminide In Situ via Dual-Wire Arc Cladding // Metallograph. Microstruct. Anal. 2024. P. 1–13.
  25. Archard J.F. Contact and Rubbing of Flat Surfaces // J. Appl. Phys. 1953. V. 24. № 8. P. 981–988.
  26. Bafandeh M.R., Omidi A., Irankhah A. In Situ Coating of Low Carbon Steel with NiAlFe Powder Mixture via Mechanical Alloying // Surf. Coat. Technol. 2017. V. 315. P. 268–273. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.02.046
  27. Rosalbino F., Scavino G. Corrosion Behaviour Assessment of Cast and HIPed Stellite 6 Alloy in a Chloride-containing Environment // Electrochim. Аcta. 2013. V. 111. P. 656–662. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.08.019
  28. Ding Y., Kong L., Lei W., Li Q., Ding K., He Y. Study on the Technology of Surface Strengthening Ti–6Al–4V Alloy by Near-dry Multi-flow Channel Electrode Electrical Discharge Machining // J. Mater. Res. Technol. 2024. V. 28. P. 2219–2234. https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2023.12.133
  29. Moskalewicz T., Warcaba M., Zimowski S., Łukaszczyk A. Improvement of the Ti–6Al–4V Alloy’s Tribological Properties and Electrochemical Corrosion Resistance by Nanocomposite TiN/PEEK708 Coatings // Metall. Mater. Trans. A. 2019. V. 50. P. 5914–5924. https://doi.org/10.1007/s11661-019-05484-7
  30. Kim K.H., Lee S.H., Nam N.D., Kim J.G. Effect of Cobalt on the Corrosion Resistance of Low Alloy Steel in Sulfuric acid Solution // Corros. Sci. 2011. V. 53. № 11. P. 3576–3587. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2011.07.001
  31. Guo S., Lu Y., Wu S., Liu L., He M., Zhao C., Lin J. Preliminary Study on the Corrosion Resistance, Antibacterial Activity and Cytotoxicity of Selective-Laser-Melted Ti6Al4V – xCu Alloys // Mater. Sci. Eng. C. 2017. V. 72. Р. 631–640. https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.11.126
  32. Бурков А.А. Получение аморфных покрытий электроискровой обработкой стали 35 в смеси железных гранул с CrMoWCBSi порошком // Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты. 2019. Т. 21. № 4. С. 19–30. https://doi.org/10.17212/1994-6309-2019-21.4-19-30

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Schematic diagram of the EILNE coating deposition unit (a) and integral particle diameter distribution (b).

Download (261KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Optical photograph of the indentation results of the Al70 sample.

Download (165KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependences of cathode weighting on the duration of EILNE.

Download (111KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. SEM images of the cross section of the coatings: Al30 (a, b), Al50 (c, d) and Al70 (e, f).

Download (731KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Distribution of elements over the cross-section of Al30 (a), Al50 (b), Al70 (c) coatings and dependence of average values of element concentration in the coating on aluminium concentration in Ni-Al powder according to EDS analysis (d).

Download (529KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. X-ray diffractograms of the prepared Ni-Al coatings.

Download (124KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Friction coefficient dynamics in sliding test (a) and reduced wear (b) of coatings compared to steel 35.

Download (233KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Potentiodynamic polarisation curves (a) and impedance plots in Nyquist coordinates (b) of Ni-Al coatings compared to steel 35.

Download (207KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Bode impedance plots in coordinates of total impedance (a) and phase angle (b) of Ni-Al coatings and steel 35.

Download (235KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Cyclic heat resistance of coatings at 700°C compared to steel 35.

Download (86KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

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».