powderИзвестия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытияPowder Metallurgy аnd Functional Coatings (Izvestiya Vuzov. Poroshkovaya Metallurgiya i Funktsional'nye Pokrytiya)1997-308X2412-8767НИТУ "МИСИС"10.17073/1997-308X-2016-2-63-70powder-207Research ArticleНаноструктурированные материалы и функциональные покрытияNanostructured Materials and Functional CoatingsЭлектроискровые покрытия из аморфного и нанокристаллического сплавов на основе железаElectrospark coatings of amorphous and nanocrystalline iron-based alloysКузнецовИ. С.KuznetsovI. S.

канд. техн. наук, ст. преподаватель кафедры «Надежность и ремонт машин»

302019, г. Орел, ул. Генерала Родина, 69, ауд. 2-205

Ph.D. (Eng), Senior Teacher of the Department «Reliability and repair of cars»,

302019, Orel, Gen. Rodina str., 69

ivan-654@yandex.ruОрловский государственный аграрный университетРоссияOrel State Agrarian UniversityRussian Federation201619062016026370Copyright © НИТУ "МИСИС", 20162016НИТУ "МИСИС"НИТУ "МИСИС"https://powder.misis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://powder.misis.ru/jour/article/view/207

Представлены результаты исследований износостойких электроискровых покрытий (ЭИП), полученных электроискровой обработкой стальной подложки. В качестве электродных материалов использовались аморфный сплав марки 2НСР (Fe78B12Si9Ni1) и нанокристаллический сплав 5БДСР (Fe78,5Si13,5B9Nb3Cu1), имеющие в основе железо. Анализ структуры ЭИП с использованием сканирующей электронной микроскопии и рентгеновского излучения показал, что покрытие из сплава 2НСР в целом аморфно, а покрытие из сплава 5БДСР имеет нанокристаллическую структуру, представляющую собой аморфную матрицу с нанокристаллами α-Fe. Микротвердость ЭИП из сплава 2НСР составила 7279 МПа при толщине 30 мкм, а из 5БДСР – 10147 МПа при толщине 33 мкм, что примерно в 1,5 раза больше толщины ЭИП из сплава ВК6-ОМ. Триботехнические испытания показали, что на стадии установившегося изнашивания износостойкость ЭИП из сплава 2HCP в 4 раза выше, чем у покрытий из 5БДСР, однако на стадии приработки его скорость изнашивания в 1,3 раза больше. В ходе эксплуатационных испытаний установлено, что покрытие из нанокристаллического сплава 5БДСР позволяет повысить ресурс режущих деталей машин, работающих в условиях абразивного изнашивания, не менее чем в 1,4 раза.

The article presents the results of the study covering wear resistant electrospark coatings (ESC) made with electrospark deposition of a steel substrate. The iron based amorphous alloy 2NSR (Fe78B12Si9Ni1) and nanocrystalline alloy 5BDSR (Fe78,5Si13,5B9Nb3Cu1) were used as electrode materials. The ESC structure analysis with scanning electron microscopy and X-rays determined that the 2NSR alloy coating is generally amorphous, while the 5BDSR alloy coating has a nanocrystalline structure that is an amorphous matrix with nanocrystals α-Fe. The microhardness of 2NSR alloy electrospark coating was 7279 MPa at a thickness of 30 microns, and 5BDSR — 10147 MPa at a thickness of 33 microns, that is about 1.5 times thicker than the VK6-OM alloy coating. Tribotechnical tests revealed that the 2NSR alloy electrospark coating has wear resistance 4 times higher than that of 5BDSR at the stage of steady wearing. However, its wear rate was 1,3 times higher at the stage of running. Performance tests found that the coating made of 5BDSR nanocrystalline alloy extends the life cycle of cutting machine parts running in abrasive wear conditions by at least 1,4 times.

электроискровая обработкаэлектроискровое покрытиеаморфный сплавнанокристаллический сплавмикротвердостьизносостойкостьelectrospark depositionelectrospark сoatingamorphous alloynanocrystalline alloymicrohardnesswear resistanceReferencesZamulaeva E.I., Levashov E.A., Kudryashov A.E. Effect of WC—CO electrode structure on the rate of electrospark coating deposition // Metallurgist. 2012. Vol. 55. No. 9-10. P. 628—633.Zamulaeva E.I., Levashov E.A., Kudryashov A.E. Effect of WC–CO electrode structure on the rate of electrospark coating deposition. Metallurgist. 2012. Vol. 55. No. 9-10, P. 628—633.Levashov E.A., Pogozhev Y. S., Sviridova T.A., Zamulaeva E.I. Petrzhik M.I., Kudryashov A.E. Formation of protective coatings on steel Kh12MF by the force of the sequential electric spark treatment by boride and carboncontaining electrodes // Russ. J. Non-Ferr. Met. 2014. Vol. 55. No. 2. P. 205—211.Levashov E.A., Pogozhev Y.S., Sviridova T.A., Zamulaeva E.I. Petrzhik M.I., Kudryashov A.E. Formation of protective coatings on steel Kh12MF by the force of the sequential electric spark treatment by boride and carbon-containing electrodes. Russ. J. Non-Ferr. Met. 2014. Vol. 55. No. 2, P. 205—211.Kolomeichenko A.V., Kuznetsov I.S., Kravchenko I.N. Investigation of the thickness and microhardness of electrospark coatings of amorphous and nanocrystalline alloys // Welding Int. 2015. Vol. 29. No. 10. P. 823—825.Kolomeichenko A.V., Kuznetsov I.S., Kravchenko I.N. Investigation of the thickness and microhardness of electrospark coatings of amorphous and nanocrystalline alloys. Welding Int. 2015. Vol. 29. No. 10. P. 823—825.Kolomeichenko A.V. Kuznetsov I.S. Tribotechnical properties the electrospark coating of amorphous and nanocrystalline alloys based on iron // Friction Wear. 2014. Vol. 35. No. 6. Р. 501—504.Kolomeichenko A.V. Kuznetsov I.S. Tribotechnical properties the electrospark coating of amorphous and nanocrystalline alloys based on iron. Friction Wear. 2014. Vol. 35. No. 6. Р. 501—504.Cadney S., Brochu M. Formation of amorphous Zr41.2Ti13.8Ni10Cu12.5Be22.5 coatings via the electrospark deposition process // Intermetal. 2008. Vol. 16. No. 4. P. 518—523.Cadney S., Brochu M. Formation of amorphous Zr41.2Ti13.8Ni10Cu12.5Be22.5 coatings via the electrospark deposition process. Intermetall. 2008. Vol. 16. No. 4. P. 518—523.Brochu M., Heard D.W., Milligan J., Cadney S. Bulk nanostructure and amorphous metallic components using the electrospark welding process // Assembly Automation. 2010. Vol. 30. No. 3. P. 248—256.Brochu M., Heard D.W.,Milligan J., Cadney S. Bulk nanostructure and amorphous metallic components using the electrospark welding process. Assembly Automation. 2010. Vol. 30. No. 3. P. 248—256.Milligan J., Heard D.W., Brochu M. Formation of nanostructured weldments in the Al–Si system using electrospark welding // Appl. Surf. Sci. 2010. Vol. 256. No. 12. P. 4009—4016.Milligan J., Heard D.W., Brochu M. Formation of nanostructured weldments in the Al-Si system using electrospark welding. Appl. Surface Sci. 2010. Vol. 256. No. 12. P. 4009—4016.Cadney S., Goodall G., Kim G., Moran A., Brochu M. The transformation of an al-based crystalline electrode material to an amorphous deposit via the electrospark welding process // J. Alloys Compounds. 2009. Vol. 476. No. 1-2. P. 147—151.Cadney S., Goodall G., Kim G., Moran A., Brochu M. The transformation of an Al-based crystalline electrode material to an amorphous deposit via the electrospark welding process. J. Alloys Compounds. 2009. Vol. 476. No. 1-2. P. 147—151.Brochu M., Portillo G. Grain refinement during rapid solidification of aluminumzirconium alloys using electrospark deposition // Mater. Trans. 2013. Vol. 54. No. 6. P. 934—939.Brochu M., Portillo G. Grain refinement during rapid solidification of aluminumzirconium alloys using electrospark deposition. Mater. Trans. 2013. Vol. 54. No. 6. P. 934—939.Tariq N.H., Hasan B.A., Shakil M., Akhter J.I., Haq M.A., Awan N.A. Electron beam brazing of Zr62Al13Ni7Cu18 bulk metallic glass with Ti metal // Vacuum. 2014. Vol. 101. P. 98—101.Tariq N.H., Hasan B.A., Shakil M., Akhter J.I., Haq M.A., Awan N.A. Electron beam brazing of Zr62Al13Ni7Cu18 bulk metallic glass with Ti metal. Vacuum. 2014. Vol. 101. P. 98—101.Heard D.W., Brochu M. Development of a nanostructure microstructure in the Al—Ni system using the electrospark deposition process // J. Mater. Process. Technol. 2010. Vol. 210. No. 6-7, P. 892—898.Heard D.W., Brochu M. Development of a nanostructure microstructure in the Al-Ni system using the electrospark deposition process. J. Mater. Process. Technol. 2010. Vol. 210. No. 6-7. P. 892—898.Аксенов Л.Б., Петров В.М., Кудряшов А.Е., Галышев А.А. Сравнительная износостойкость покрытий электроискрового легирования c применением СВС-электродов с нанодисперсными модификаторами // Металлообработка. 2010. No. 3. С. 15—19.Aksenov L.B., Petrov V.M., Kudryashov A.E., Galyshev A.A. Sravnitel’naya iznosostoikost’ pokrytii elektroiskrovogo legirovaniya c primeneniem SVS-elektrodov s nanodispersnymi modifikatorami [Comparative wear resistance of coatings of electrospark doping with application of SHS-electrodes with nanodispersed modifiers]. Metalloobrabotka. 2010. No. 3. P. 15—19.Левашов Е.А., Погожев Ю.С., Кудряшов А.Е., Рупасов С.И., Левина В.В. Дисперсно-упрочненные наночастицами композиционные материалы на основе TiC—Ni для электроискрового легирования // Изв. вузов. Порошк. металлургия и функц. покрытия. 2008. No. 2. С. 17—24.Levashov E.A., Pogozhev Y.S., Kudryashov A.E., Rupasov S.I., Levin V.V. Dispersno-uprochnennye nanochastitsami kompozitsionnye materialy na osnove TiC–Ni dlya elektroiskrovogo legirovaniya [Dispersion-hardened by nanoparticles the composite materials based on TiCNi for electrospark doping]. Izv. vuzov. Poroshk. metallurgiya i funkts. pokrytiya. 2008. No. 2. P. 17—24.Николенко С.В., Пячин С.А., Бурков А.А. Формирование электроискровых покрытий из твердого сплава ВК8 с добавкой Al2O3 // Изв. вузов. Цв. металлургия. 2011. No. 1. С. 58—62.Nikolenko S.V., Pyachin S.A., Burkov A.A. Formation of electrospark coatings of the VK8 hard alloy with the Al2O3 additive. R. J. Non-Ferr. Met. 2011. Vol. 52. No. 1. P. 56—61.Vereshchagin M.N., Goranskii G.G., Kukareko V.A. Structure and tribological properties of amorphous alloys based on iron and nickel // Friction Wear. 2012. Vol. 33. No. 3. Р. 181—183.Vereshchagin M.N., Goranskii G.G., Kukareko V.A. Structure and tribological properties of amorphous alloys based on iron and nickel. Friction Wear. 2012. Vol. 33. No. 3. Р. 181—183.Lyuzgin, D.V., Inoue А. Obtaining and nanocrystallization of metallic glasses (review). Pt. I // Mater. Technol. 2008. No. 11. P. 41—50.Lyuzgin D.V., Inoue А. Obtaining and nanocrystallization of metallic glasses (review) Pt. I. Mater. Technol. 2008. No. 11. P. 41—50.Glezer А.М. Plotnikova M.P., Shalimova A.V., Dobatkin S.V. Severe plastic deformation of amorphous alloys: i. structure and mechanical properties // Bull. RAS. Physics. 2009. Vol. 73. No. 9. P. 1233—1239.Glezer А.М. Plotnikova M.P., Shalimova A.V., Dobatkin S.V. Severe plastic deformation of amorphous alloys: i. structure and mechanical properties. Bull. RAS. Physics. 2009. Vol. 73. No. 9. P. 1233—1239.Кузнецов И.С. Электроискровая технология упрочнения деталей режущего аппарата жаток электродами из аморфных и нанокристаллических сплавов: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Саранск: Мордовский гос. ун-т им. Н.П. Огарева, 2013.Kuznetsov I.S. Jelektroiskrovaja tehnologija uprochnenija detalej rezhushhego apparata zhatok jelektrodami iz amorfnyh i nanokristallicheskih splavov [Electrospark technology of strengthening of reaper cutting apparatus details by electrodes from amorphous nanocrystalline alloys]: Diss. Cand. Sci. (Eng.). Saransk: Mordovskij Gosudarstvennyj Universitet, 2013.Шурыгина Н.А., Глезер А.М., Пермякова И.Е., Блинова Е.Н. Влияние нанокристаллизации на механические и магнитные свойства сплава типа FINEMET (Fe78.5Si13.5B9Nb3Cu1) // Изв. РАН. Сер. физическая. 2012. Т. 76. No. 1. С. 52—59.Shurygina N.A., Glezer A.M., Permyakova I.E., Blinova E.N. Vlijanie nanokristallizacii na mehanicheskie i magnitnye svojstva splava tipa FINEMET (Fe78.5Si13.5B9Nb3Cu1) [Effect of nanocrystallization on the mechanical and magnetic properties of FINEMET-type alloy (Fe78.5Si13.5B9Nb3Cu1)]. Izvestiya RAN. Ser. Fizika. 2012. Vol. 76. No. 1. P. 52—59.Гончукова Н.О., Ратушняк С.Л., Толочко О.В. Связь нанокристаллизации и структурной релаксации в сплаве Fe73.5Cu1Nb3Si13B9 // Физика и химия стекла. 2011. Т. 37. No. 4. С. 488—500.Gonchukova N.O., Ratushnyak S.L., Tolochko O.V. Svjaz’ nanokristallizacii i strukturnoj relaksacii v splave Fe73.5Cu1Nb3Si13B9 [Relation between nanocrystallization and structural relaxation in the Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 alloy]. Fizika i khimiya stekla. 2011. Vol. 37. No. 4. P. 488—500.Ратушняк С.Л., Гончукова Н.О. Cвязь между началом кристаллизации и внутренними напряжениями в аморфных сплавах на основе железа // Физика и химия стекла. 2012. Т. 38. No. 6. С. 926—930.Ratushnyak S.L., Gonchukova N.O. Cvyaz’ mezhdu nachalom kristallizatsii i vnutrennimi napryazheniyami v amorfnykh splavakh na osnove zheleza [The connection between the onset of crystallization and inner tension in amorphous alloys based on iron]. Fizika i khimiya stekla. 2012. Vol. 38. No. 6. P. 926—930.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.