СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОВЗРЫВНЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ПОКРЫТИЙ ПОСЛЕ ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКИ

Проведена электронно-пучковая обработка покрытий систем TiC – Mo, TiC – Ni, TiB2  – Mo и TiB2  – Ni, нанесенных на поверхность стали Hardox 450 методом электровзрывного напыления. Установлено, что после электровзрывного напыления покрытий исследуемых систем рельеф поверхности имеет ряд морфологических особенностей: деформированные закристаллизовавшиеся микроглобулы, наплывы, микрократеры, микротрещины, наслоения. После электронно-пучковой обработки покрытий на их поверхности исчезают микроглобулы, микрократеры и микротрещины, формируется поликристаллическая структура, в объеме которой наблюдается структура ячеистой кристаллизации. Шероховатость покрытий после электронно-пучковой обработки составляет 1,1 – 1,2 мкм. Установлено, что толщина слоев электровзрывных покрытий, модифицированных электронным пучком, в зависимости от поверхностной плотности энергии имеет линейный характер. Максимальная толщина покрытия наблюдается при использовании системы TiB2  – Mo, минимальная – системы TiC – Ni, что объясняется их теплофизическими свойствами. В покрытиях выявлены следующие субструктуры: ячеистая, полосовая, фрагментированная, субзеренная, а также зерна с хаотически распределенными дислокациями и дислокациями, формирующими сетки. Электронно-пучковая обработка покрытий приводит к формированию композиционной наполненной структуры по всему сечению переплавляемого слоя, формированию в нем более дисперсной и однородной структуры по сравнению с покрытиями, сформированными без электронно-пучковой обработки. Размеры включений карбида титана или диборида титана в молибденовой или никелевой матрице уменьшаются в  2  –  4  раза по сравнению с их размерами сразу после электровзрывного напыления. В объеме зерен молибдена или никеля и на границах обнаруживаются частицы вторых фаз (карбида титана или диборида титана) округлой формы. По размерам они могут быть разделены на два класса: частицы исходных порошков с размерами 80 – 150 нм, не растворившиеся в процессе облучения; частицы размерами 10  –  15  нм, выделившиеся при кристаллизации расплава. Основой структурообразования в электровзрывных порошковых покрытиях являются динамические ротации напыляемых частиц, которые формируют вихревую структуру как в покрытии, так и в верхних слоях подложки. Сформированные покрытия обладают повышенными эксплуатационными свойствами: нано- и микротвердостью, модулем упругости первого рода, износостойкостью в условиях сухого трения скольжения. 

1. Вопнерук А.А., Валиев Р.М., Ведищев Ю.Г., Шак А.В., Купцов С.Г., Фоминых М.В., Мухинов Д.В., Иванов А.В. Абразивная износостойкость покрытий, нанесенных методом высоко- скоростного газопламенного напыления // Известия Самарского научного центра РАН. 2010. Т. 12. № 1 (2). С. 317 – 320.

2. Ibragimov A.R., Ilinkova T.A., Shafigullin L.N., Saifutdinov A.I. Investigation of mechanical properties of thermal coatings obtained during plasma spraying of powder zirconium dioxide // IOP Conference Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2017. Vol. 789. P. 012022.

3. Savkova J., Houdková Š., Kašparová M. High temperature tribological properties of the HVOF sprayed TiC-based coatings // Metal. 2012. Vol. 25. No. 5.

4. Xiaoqian G., Yaran N., Liping H., Heng J., Xuebin Z. Microstructure and tribological property of TiC-Mo coating prepared by vacuum plazma spraying // Journal of Termal Spray Technology. 2012. Vol. 21. No. 5. P. 1083 – 1089.

5. Da Cunha C.A., de Lima N.B., Martinelli J.R., de Almeida Bressiani A.H., Fernando Padial A.G., Ramanathan L.V. Microstructure and mechanical properties of thermal sprayed nanostructured Cr3 C2 –Ni20Cr coatings // Materials Research. 2008. Vol. 11. No. 2. P. 137 – 143.

6. Serek A., Budniok A. Electrodeposition and thermal treatment of nickel layers containing titanium // Journal of Alloys and Compounds. 2003. Vol. 352. No. 1-2. Р. 290 – 295.

7. PanekJ.,BudniokA.Productionandelectrochemicalcharacterization of Ni-based composite coatings containing titanium, vanadium or molybdenum powders // Surface and Coatings Technology. 2007. Vol. 201. No. 14. Р. 6478 – 6483.

8. Strzeciwilk D., Wokulski Z., Tkacz P. Microstructure of TiC crystals obtained from high temperature nickel solution // Journal of Alloys and Compounds. 2003. Vol. 350. No. 1-2. Р. 256 – 263.

9. Arya A., Dey G.K., Vasudevan K. Vijay, Banerjee S. Effect of chromium addition on the ordering behaviour of Ni-Mo alloy: experimental results vs. electronic structure calculations // Acta Materialia. 2002. Vol. 50. No. 13. Р. 3301 – 3315.

10. Lemster K., Graule T., Kuebler J. Processing and microstructure of metal matrix composites prepared by pressureless Ti-activated infiltration using Fe-base and Ni-base alloys // Materials Science and Engineering: A. 2005. Vol. 393. No. 1-2. P. 229 – 238.

11. Zhao Y., Jiang C., Xu Z., Cai F., Zhang Z., Fu P. Microstructure and corrosion behavior of Ti nanoparticles reinforced Ni–Ti composite coatings by electrodeposition // Materials & Design. 2015. Vol. 85. P. 39 – 46.

12. Chang C.H., Jeng M.C., Su C.Y., Huang T.S. A study of wear and corrosion resistance of arc-sprayed Ni-Ti composite coatings//Journal of Thermal Spray Technology. 2011. Vol. 20. No. 6. Р. 1278 – 1285.

13. Surzhenkov A., Antonov M., Goljandin D., Vilgo T., Mikli V., Viljus M., Latokartano J., Kulu P. Sliding wear of TiC-NiMo and Cr3 C2 -Ni cermet particles reinforced FeCrSiB matrix HVOF sprayed coatings // Estonian Journal of Engineering. 2013. Vol. 19. No. 3. P. 203 – 211.

14. Surzhenkov A., Antonov M., Goljandin D., Kulu P., Viljus M., Traksmaa R., Mere A. High-temperature erosion of Fe-based coatingsreinforced with cermet particles//Journal Surface Engineering. 2016. Vol. 32. No. 8. P. 624 – 630.

15. Николенко С.В., Сюй Н.А., Бурков A.A. Исследование микро- структуры и свойств покрытий на стали 45, нанесенных мето- дом электроискрового осаждения электродами на основе TiC – Ni – Mo // Цветные металлы. 2017. № 4. С. 69 – 75 .

16. Romanov D.A., Goncharova E.N., Budovskikh E.A., Gromov V.E., Ivanov Yu.F., Teresov A.D. Elemental and Phase Composition of TiB2 –Mo Coating Sprayed on a Steel by Electro-Explosive Method // Inorganic Materials: Applied Research. 2017. Vol. 8. No. 3. P. 423 – 427.

17. Romanov D.A., Goncharova E.N., Budovskikh E.A., Gromov V.E., Ivanov Yu. F., Teresov A.D., Kazimirov S.A. Structure of electroexplosive TiC–Ni composite coatings on steel after electronbeam treatment // Russian Metallurgy (Metally). 2016. No. 11. P. 1064 – 1071.

18. Romanov D.A., Goncharova E.N., Budovskikh E.A., Gromov V.E., Ivanov Yu. F., Teresov A.D. Structure of Electroexplosive TiB2 –Ni composite coatings after electron beam processing // Inorganic Materials: Applied Research. 2015. Vol. 6. No. 5. P. 536 – 541.

19. Пат. 2518037 РФ. Способ электровзрывного напыления композиционных износостойких покрытий системы TiC – Mo на поверхности трения / Д.А. Романов, О.В. Олесюк, Е.А. Будовских, В.Е. Громов; заявл. 25.03.2013; опубл. 10.06.2014. Бюл. № 16.

20. Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф. Наноструктурирование поверхности металлокерамических и керамических материалов при импульсной электронно-пучковой обработке. // Известия вузов. Физика. 2008. № 5. C. 60 – 70.