Гидротермальное нанесение С/MoS2 на электроискровые Fe-Al покрытия для нержавеющей стали AISI 304

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Улучшение триботехнических свойств нержавеющих сталей может быть достигнуто путем создания антифрикционных покрытий. Цель работы: изучение структуры и износостойкости композиционных электроискровых покрытий из интерметаллидов Fe-Al с порами, заполненными C/MoS2. Методы исследования. В работе исследованы покрытия из интерметаллидов Fe-Al, полученных на нержавеющей стали AISI 304 методом электроискровой обработки в смеси гранул, состоящих из железа и алюминия. Было приготовлено пять смесей гранул с содержанием алюминия от 20 до 100 моль %. С целью увеличения пористости интерметаллидных покрытий они были подвергнуты травлению в 20 %-м растворе щелочи. Для заполнения пористой поверхности образцов аморфным углеродом и дисульфидом молибдена применялся метод гидротермального синтеза в два этапа: в растворе глюкозы при 160 оС и в растворе тиомочевины и молибдата натрия при 220 оС. Структуру покрытий изучали методами рентгеновского дифракционного анализа, растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа и рамановской спектроскопии. Износостойкость покрытий исследовалась согласно стандарту ASTM G99 – 04 при сухом трении скольжения с применением контртел в виде дисков из быстрорежущей стали Р6М5 на скорости 0,47 м/с при нагрузках 10 и 50 Н. Результаты и обсуждение. Установлено, что с ростом содержания алюминия в смеси гранул фазовый состав интерметаллидных покрытий изменяется от FeAl до Fe14Al86. Показано, что травление интерметаллидных покрытий приводило к расширению поперечных трещин и возникновению пор, которые заполнялись углеродом и сульфидом молибдена. Коэффициент трения покрытий находился в диапазоне от 0,26 до 0,46. Скорость износа Fe-Al-С-MoS2 покрытий находилась в пределах  1,1…9 × 10–5 мм3/Нм, что меньше чем у стали AISI 304 в 3…22,5 раз. Лучшую износостойкость ожидаемо продемонстрировали покрытия, приготовленные в среде гранул с наибольшим содержанием алюминия.

Об авторах

А. А. Бурков

Email: burkovalex@mail.ru
канд. физ.-мат. наук, Институт материаловедения Хабаровского научного центра ДВО РАН, ул. Тихоокеанская, 153, г. Хабаровск, 680042, Россия, burkovalex@mail.ru

П. Г. Чигрин

Email: pal_chig@mail.ru
канд. хим. наук, Институт материаловедения Хабаровского научного центра ДВО РАН, ул. Тихоокеанская, 153, г. Хабаровск, 680042, Россия, pal_chig@mail.ru

М. А. Кулик

Email: marijka80@mail.ru
Институт материаловедения Хабаровского научного центра ДВО РАН, ул. Тихоокеанская, 153, г. Хабаровск, 680042, Россия, marijka80@mail.ru

Список литературы

  1. Preparation of titanizing coating on AISI 316 stainless steel by pack cementation to mitigate surface damage: estimations of corrosion resistance and tribological behavior / N. Lin, L. Zhao, Q. Liu, J. Zou, R. Xie, S. Yuan, D. Li, L. Zhang, Z. Wang, B. Tang // Journal of Physics and Chemistry of Solids. – 2019. – Vol. 129. – P. 387–400. – doi: 10.1016/j.jpcs.2019.01.029.
  2. Properties and tribological performance of ceramic-base chromium and vanadium carbide composite coatings / A. Günen, B. Kurt, P. Milner, M.S. Gök // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2019. – Vol. 81. – P. 333–344. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2019.03.019.
  3. Ebrahimifar H. Microstructure and oxidation behavior of cobalt diffusional coating fabricated on AISI 429 stainless steel // Oxidation of Metals. – 2019. – Vol. 91. – P. 417–435. – doi: 10.1007/s11085-019-09889-y.
  4. Perminov A.E., Ignatov M.G., Prokof’;ev E.Yu. Rapid monitoring of the hardened-layer depth on a steel part // Russian Engineering Research. – 2019. – Vol. 39. – P. 394–395. – doi: 10.3103/S1068798X19050162.
  5. Cold sprayed WC reinforced maraging steel 300 composites: microstructure characterization and mechanical properties / C. Chen, Y. Xie, X. Yan, R. Huang, M. Kuang, W. Ma, R. Zhao, J. Wang, M. Liu, Z. Ren, H. Liao // Journal of Alloys and Compounds. – 2019. – Vol. 785. – P. 499–511. – doi: 10.1016/j.jallcom.2019.01.135.
  6. Abu-warda N., López A.J., Utrilla M.V. High temperature corrosion and wear behavior of HVOF-sprayed coating of Al2O3-NiAl on AISI 304 stainless steel // Surface and Coatings Technology. – 2019. – Vol. 359. – P. 35–46. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.12.047.
  7. Effect of LaB6 addition on the microstructure and properties of (Ti3Al + TiB)/Ti composites by laser cladding // Materials and Design. – 2019. – Vol. 181. – P. 107959. – doi: 10.1016/j.matdes.2019.107959.
  8. Fabrication of Fe-based composite coatings reinforced by TiC particles and its microstructure and wear resistance of 40Cr gear steel by low energy pulsed laser cladding / Z. Zhang, X. Wang, Q. Zhang, Y. Liang, L. Ren, X. Li // Optics and Laser Technology. – 2019. – Vol. 119. – P. 105622. – doi: 10.1016/j.optlastec.2019.105622.
  9. Furlan K.P., Mello J.D.B. De, Klein A.N. Self-lubricating composites containing MoS2: a review // Tribology International. – 2018. – Vol. 120. – P. 280–298. – doi: 10.1016/j.triboint.2017.12.033.
  10. Dry sliding 10 wear behavior of SS316L composites containing h-BN and MoS2 solid lubricants / S. Mahathanabodee, T. Palathai, S. Raadnui, R. Tongsri, N. Sombatsompop // Wear. – 2014. – Vol. 316. – P. 37–48. – doi: 10.1016/j.wear.2014.04.015.
  11. Tribological behavior of coppermolybdenum disulfide composites / J.K. Xiao, W. Zhang, L.M. Liu, L. Zhang, C. Zhang // Wear. – 2017. – Vol. 384–385. – P. 61–71. – doi: 10.1016/j.wear.2017.05.006.
  12. Superior lubrication of dense/porous-coupled nanoscale C/WS2 multilayer coating on ductile substrate / S. Xu, Y. Liu, M. Gao, K.-H. Kang, D.-G. Shin, D.-E. Kim // Applied Surface Science. – 2019. – Vol. 476. – P. 724–732. – doi: 10.1016/j.apsusc.2019.01.170.
  13. Characterization and frictional behavior of nanostructured Ni-W-MoS2 composite coatings / M.F. Cardinal, P.A. Castro, J. Baxi, H. Liang, F.J. Williams // Surface and Coatings Technology. – 2009. – Vol. 204. – P. 85–90. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2009.06.037.
  14. Cao T., Lei S., Zhang M. The friction and wear behavior of Cu/Cu-MoS2 self-lubricating coating prepared by electrospark deposition // Surface and Coatings Technology. – 2015. – Vol. 270. – P. 24–32. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2015.03.023.
  15. Tribological behaviour of laser textured Ti6Al4V alloy coated with MoS2 and graphene / M.A. Arenas, J.I. Ahuir-Torres, I. García, H. Carvajal, J. de Damborenea // Tribology International. – 2018. – Vol. 128. – P. 240–247. – doi: 10.1016/j.triboint.2018.07.031.
  16. YSZ/MoS2 self-lubricating coating fabricated by thermal spraying and hydrothermal reaction / S. Li, X. Zhao, Y. An, D. Liu, H. Zhou, J. Chen // Ceramics International. – 2018. – Vol. 44. – P. 17864–17872. – doi: 10.1016/j.ceramint.2018.06.258.
  17. Wang W., Wang D., Han F. Improvement of corrosion resistance of twinning-induced plasticity steel by hot-dipping aluminum with subsequent thermal diffusion treatment // Materials Letters. – 2019. – Vol. 248. – P. 60–64. – doi: 10.1016/j.matlet.2019.04.001.
  18. Yürektürk Y., Baydogan M. Effect of aluminizing and austempering processes on structural, mechanical and wear properties of a SSF ductile iron // Materials Research Express. – 2019. – Vol. 6. – P. 016550. – doi: 10.1088/2053-1591/aae804.
  19. Burkov A.A., Pyachin S.A. Formation of WC-Co coating by a novel technique of electrospark granules deposition // Materials and Design. – 2015. – Vol. 80. – P. 109–115. – doi: 10.1016/j.matdes.2015.05.008.
  20. Burkov A.A., Chigrin P.G. Effect of tungsten, molybdenum, nickel and cobalt on the corrosion and wear performance of Fe-based metallic glass coatings // Surface and Coatings Technology. – 2018. – Vol. 351. – P. 68–77. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2018.07.078.
  21. Salmaliyan M., Malek Ghaeni F., Ebrahimnia M. Effect of electro spark deposition process parameters on WC-Co coating on H13 steel // Surface and Coatings Technology. – 2017. – Vol. 321. – P. 81–89. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2017.04.04.

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

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).