Наплавление многокомпонентных сплавов, содержащих тугоплавкие металлы
- Авторы: Олейник К.И.1,2, Бахтеев И.С.2, Русских А.С.1, Осинкина Т.В.1, Жилина Е.М.1
-
Учреждения:
- Институт металлургии УрО РАН
- Уральский федеральный университет
- Выпуск: № 1 (2024)
- Страницы: 90-100
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.rcsi.science/0235-0106/article/view/256467
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0235010624010073
- ID: 256467
Цитировать
Аннотация
В работе рассматривается возможность нанесения покрытия Al–Zr–V–Nb в виде порошка с фракцией 0.063 мм и влажностью 0.33%, измеренной с использованием прибора AND MX-50, на подложку из стали 08Х18Н10. Наплавление проводилось при использовании лазерного комплекса в составе источника лазерного излучения ЛС-5 и робота KUKA KR-60 hа в защитной атмосфере аргона. Продувку газом осуществляли перед процессом наплавления 0.3 с и после 1 с. Для надежного скрепления порошка-покрытия (Al–Zr–V–Nb) с поверхностью материала-основы (сталь 08Х18Н10) перед наплавлением на сталь была нанесена смесь порошка с поливиниловым спиртом. Согласно данным, полученным на сканирующем электронном микроскопе Carl Zeiss EVO 40, оптимальный режим наплавления порошка Al–Zr–V–Nb на материал основы соответствует мощности в 250 Вт при скорости обработки 0.5 м/с и толщине покрытия 0.6 мм. При более низкой мощности 230 Вт покрытие не может качественно расплавиться, и в связи с этим, происходит недостаточное проплавление металла основы металлом покрытия (адгезия), вследствие чего наблюдается частичное отслоение. Если же увеличить мощность до в 270 Вт, то металл основы и подложки так же отлично взаимодействуют друг с другом и создают прочный монослой покрытия, как и при оптимальном режиме, но при охлаждении, из-за значительной разницы в скоростях охлаждения (пластинка стали 08Х18Н10 не успевает охлаждаться со скоростью материала покрытия), происходит растрескивание и появление микротрещин. Таким образом, возникает необходимость дальнейшего увеличения числа проходов или же дополнительного оплавления для создания надежного покрытия с отсутствием несплошностей и островков. При этом замеры микротвердости по Виккерсу (HV) при наплавке покрытия Al–Zr–V–Nb показали повышение значений более чем в два раза по сравнению с материалом-основой, что является достаточным основанием для использования порошка Al–Zr–V–Nb в качестве упрочняющего покрытия для стали 08Х18Н10.
Ключевые слова
Полный текст
Об авторах
К. И. Олейник
Институт металлургии УрО РАН; Уральский федеральный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: 1007o1007@gmail.com
Россия, Екатеринбург; Екатеринбург
И. С. Бахтеев
Уральский федеральный университет
Email: 1007o1007@gmail.com
Россия, Екатеринбург
А. С. Русских
Институт металлургии УрО РАН
Email: 1007o1007@gmail.com
Россия, Екатеринбург
Т. В. Осинкина
Институт металлургии УрО РАН
Email: 1007o1007@gmail.com
Россия, Екатеринбург
Е. М. Жилина
Институт металлургии УрО РАН
Email: 1007o1007@gmail.com
Россия, Екатеринбург
Список литературы
- Девойно О.Г., Кардаполова М.А. и др. Технология формирования износостойких покрытий на железной основе методами лазерной обработки. Вып. БНТУ. Минск, 2020.
- Chen J.H., Chen P.N., Lin C.M. et al. Microstructure and wear properties of multicomponent alloy cladding formed by gas tungsten arc welding (GTAW) // Surf. Coatings Technol. 2009. 203. № 20–21. P. 3231–3234.
- Sethi A.K. Studies on hard surfacing of structural steel by gas thermal spraying process // Materials Today: Proceedings. 2020. 21. P. 1436–1440.
- Furman E.L., Usoltsev E.A., Bakhteev I.S. et al. Effect of laser heat treatment on structure and wear resistance of cobalt stellite // Journal of Physics: Conference Series. 2019. 1396. № 1. P. 12016.
- Momin A.G., Khatri B.C., Chaudhari M. et al. Parameters for cladding using plasma transfer arc welding — A critical // Materials Today: Proceedings. 2023. 77. P. 614–618.
- Ulianitsky V.Y., Korchagin M.A., Gavrilov A.I. et al. FeCoNiCu Alloys obtained by detonation spraying and spark plasma sintering of high-energy ball-milled powders // Journal of Thermal Spray Technology. 2022. 31. № 4. P. 1067–1075.
- Ulianitsky V.Y., Rybin D.K., Ukhina A.V. et al. Structure and composition of Fe–Co–Ni and Fe–Co–Ni–Cu coatings obtained by detonation spraying of powder mixtures // Materials Letters. 2021. 290. P. 129498.
- Lv Y., Lei L., Sun L., Cui B. Improvement of the wear resistance of 20CrMnTi steel gear by discrete laser surface melting // Optics and Laser Technology. 2023. 165. № 1. P. 109598.
- Bukhari S., Husnain N., Siddiqui F. et al. Effect of laser surface remelting on microstructure, mechanical properties and tribological properties of metals and alloys: A review // Optics and Laser Technology. 2023. 165. P. 109588.
- Kalainathan S., Sathyajith S., Swaroop S. Effect of laser shot peening without coating on the surface properties and corrosion behavior of 316L steel // Optics and Lasers in Engineering. 2012. 50. № 12. P. 1740–1745.
- Qiao Q., Cristino V., Tam L., Kwok C. Corrosion properties of Ti–Ni–Cu coatings fabricated by laser surface alloying // Corrosion Science. 2023. 222. P. 111426.
- Xiao Y., Sun C., Wu X. et al. Restoration of pure copper motor commutator for aviation by laser powder deposition // Journal of Materials Research and Technology. 2023. 23. P. 5796–5806.
- Cosma C., Moldovan M., Simion M., Balc N. Impact of laser parameters on additively manufactured cobalt-chromium restorations // Journal of Prosthetic Dentistry. 2022. 128. № 3. P. 421–429.
- Savinkin V.V., Kolisnichenko S.N., Kuznetsova V.N. et al. Substantiation of the optimal mix of multi-component pulverulent composition used for laser restoration // Materials Chemistry and Physics. 2023. 295. № December 2022. P. 127208.
- Rodríguez Ripoll M., Ojala N., Katsich C. et al. The role of niobium in improving toughness and corrosion resistance of high speed steel laser hardfacings // Materials and Design. 2016. 99. № 6. P. 509–520.
- Madadi F., Shamanian M., Ashrafizadeh F. Effect of pulse current on microstructure and wear resistance of Stellite6/tungsten carbide claddings produced by tungsten inert gas process // Surface and Coatings Technology. 2011. 205. № 17–18. P. 4320–4328.
- Abed H., Malek Ghaini F., Shahverdi H. Characterization of Fe49Cr18Mo7B16C4Nb6 high-entropy hardfacing layers produced by gas tungsten arc welding (GTAW) process // Surface and Coatings Technology. 2018. 352. P. 360–369.
- Wang M., Ma Z., Xu Z., Cheng X. Designing VxNbMoTa refractory high-entropy alloys with improved properties for high-temperature applications // Scripta Materialia. 2021. 191. P. 131–136.
- Pang J., Zhang H., Zhang L. et al. A ductile Nb40Ti25Al15V10Ta5Hf3W2 refractory high entropy alloy with high specific strength for high-temperature applications // Materials Science and Engineering: A. 2022. 831. P. 142290.
- Ларионов А.В., Таранов Д.В., Рылов А.Н. и др. Разработка технологии получения и апробация нового азоти углеродсодержащего прекурсора на основе ванадия и алюминия для выплавки лигатуры V–Al–N–C // Перспективные материалы. 2023. 5. С. 56–65.
- Гуляева Р.И., Пикулин К.В., Мансурова А.Н. и др. Фазообразование при алюминотермическом восстановлении титана из его оксидов со структурами анатаза и рутила // Неорганические материалы. 2023. 59. № 2. С. 139–149.
- Larionov A.V., Pikulin K.V., Zhidovinova S.V., Udoeva L.Y. Yttrium effect on the structural-phase state in situ of Mo — 15.3 V — 10.5 Si composite // Perspektivnye Materialy. 2020. 7. P. 19–28.
- Pérez R.J., Massih A.R. Thermodynamic evaluation of the Nb–O–Zr system // Journal of Nuclear Materials. 2007. 360. № 3. P. 242–254.
- Демиров А.П., Сергевнин В.С., Блинков И.В. и др. Термическая стабильность и электрохимическое поведение arc-PVD покрытий Ti–Al–Mo–Ni–N // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2020. 56. № 2. С. 181–185.
- Осипенко М.А., Харитонов Д.С., Макарова И.В. и др. Изучение коррозионного поведения модифицированных анодно-оксидных покрытий на сплаве алюминия АД31 // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2021. 57. № 3. С. 312–321.
- Карфидов Э.А., Русанов Б.А., Сидоров В.Е. и др. Коррозионно-электрохимическое поведение аморфных сплавов Al–Ni–Co–Nd // Расплавы. 2022. № 2. С. 189–195.
- Кайбичев А.В., Кайбичев И.А. Межэлектродный перенос элементов расплава Fe–Al (50 мас. %) в электрическом поле // Расплавы. 2022. № 2. С. 214–220.
- Zhilina E.M., Russkikh A.S., Krasikov S.A. et al. Synthesis of high-entropy alloy AlTiZrVNb by aluminothermic reaction // Russian Journal of Inorganic Chemistry. 2022. 67. № 6. P. 888–891.
- Balakirev V.F., Osinkina T.V., Krasikov S.A. et al. Joint metallothermic reduction of titanium and rare refractory metals of group V // Russian Journal of Non-Ferrous Metals. 2021. 62. № 2. P. 190–196.