Влияние температуры подложки на прочностные характеристики покрытий, полученных методом электроискрового легирования
The influence of temperature of a processable substrate on the strength characteristics of coverings obtained by the method of ESA is investigated by using the microstructural microdurometrical analysis. It is established that a decrease of the temperature of a substrate allows one to increase the t...
Збережено в:
| Дата: | 2007 |
|---|---|
| Автори: | , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2007
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/2439 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Влияние температуры подложки на прочностные характеристики покрытий, полученных методом электроискрового легирования/ В.Ф. Мазанко, Е.Н. Храновская, Е.В. Иващенко, С.П. Ворона // Доп. НАН України. — 2007. — N 8. — С. 96-99. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859588557268582400 |
|---|---|
| author | Мазанко, В.Ф. Храновская, Е.Н. Иващенко, Е.В. Ворона, С.П. |
| author_facet | Мазанко, В.Ф. Храновская, Е.Н. Иващенко, Е.В. Ворона, С.П. |
| citation_txt | Влияние температуры подложки на прочностные характеристики покрытий, полученных методом электроискрового легирования/ В.Ф. Мазанко, Е.Н. Храновская, Е.В. Иващенко, С.П. Ворона // Доп. НАН України. — 2007. — N 8. — С. 96-99. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | The influence of temperature of a processable substrate on the strength characteristics of coverings obtained by the method of ESA is investigated by using the microstructural microdurometrical analysis. It is established that a decrease of the temperature of a substrate allows one to increase the thickness of the strengthened layer by 2–5 times and the microhardness by 1.5–2.5 times depending on a material of electrodes. The increase of corrosion stability of coverings by more than 1000 times in relation to a processable material in an unconfigured state is revealed. It is supposed that this effect can be caused by the formation of a liquid-like structure of a covering.
|
| first_indexed | 2025-11-27T11:56:25Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
8 • 2007
МАТЕРIАЛОЗНАВСТВО
УДК 539.219.3
© 2007
В.Ф. Мазанко, Е.Н. Храновская, Е.В. Иващенко, С.П. Ворона
Влияние температуры подложки на прочностные
характеристики покрытий, полученных методом
электроискрового легирования
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины Ю.Н. Ковалем)
The influence of temperature of a processable substrate on the strength characteristics of cove-
rings obtained by the method of ESA is investigated by using the microstructural microduromet-
rical analysis. It is established that a decrease of the temperature of a substrate allows one to
increase the thickness of the strengthened layer by 2–5 times and the microhardness by 1.5–2.5
times depending on a material of electrodes. The increase of corrosion stability of coverings by
more than 1000 times in relation to a processable material in an unconfigured state is revealed.
It is supposed that this effect can be caused by the formation of a liquid-like structure of a
covering.
В современной практике машиностроения решение проблемы повышения надежности и дол-
говечности деталей машин и механизмов, работающих в условиях повышенных температур
и в агрессивных средах, стараются обеспечить изменением поверхностных свойств, а не
объемных, чем существенно расширяют область использования конструкционных матери-
алов. В связи с этим значительный интерес представляет исследование процессов получе-
ния упрочняющих коррозионно-стойких покрытий методом электроискрового легирования
(ЭИЛ).
В то же время существующие в литературе данные касаются, главным образом, тех-
нологических аспектов процесса ЭИЛ, а влияние режима нанесения покрытия, в частнос-
ти температуры обрабатываемой поверхности, на особенности взаимодействия материалов
практически не изучено. В связи с этим данная работа посвящена исследованию влияния
температуры подложки на прочностные характеристики покрытий, полученных методом
ЭИЛ.
Материалы и методики эксперимента. Образцы (катоды) из нержавеющей ста-
ли 12Х18Н10Т, меди и твердого сплава ВТ1 имели форму цилиндра диаметром и высотой
10 мм. В качестве электродов (анодов) применяли сплавы на основе железа: Н32 (32% Ni),
Г18Д2 (18% Mn, 2% Cu), 35Г15 (15% Mn), Н28Т2 В2 (28% Ni, 2% Ti, 2% W), а также W,
96 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №8
Ti, Ni и Mo. Легирование образцов осуществлялось на установке “ЭФИ-Элитрон” с энер-
гией единичного импульса 1 Дж, частотой импульсных разрядов 50 Гц, рабочей емкостью
c = 360 мкФ и длительностью импульса 200 мкс. Образцы обрабатывались при температу-
рах подложки 293 К (на воздухе) и 77 К (в среде жидкого азота). Для обработки в среде
жидкого азота образцы помещали в специальный контейнер.
Исследования микроструктуры и микротвердости выполнены с использованием микро-
скопа МИМ-10 и микротвердомера ПМТ–3 по стандартным методикам. Коррозионная стой-
кость покрытий определялась путем выдержки образцов в растворе гидрооксида натрия
(770 г/л) при температуре 460 К в течение 150 ч.
Результаты экспериментов и их обсуждение. Результаты исследования прочност-
ных характеристик легированных слоев, полученных при различных температурах под-
ложки, представлены в табл. 1, откуда видно, что максимальная толщина упрочненного
слоя при обработке на воздухе составляет 24 мкм, минимальная — 15 мкм. Проведение
процесса ЭИЛ в среде жидкого азота приводит к заметному увеличению толщины упроч-
ненного слоя по сравнению с обработкой на воздухе. Так, максимальное значение толщины
упрочненного слоя достигает 84 мкм, а минимальное — 63 мкм. Следовательно, проведение
процесса ЭИЛ в среде жидкого азота позволяет увеличить толщину покрытия в 2–5 раз,
в зависимости от материала электродов.
Максимальное увеличение толщины упрочненного слоя наблюдается при легировании
медной подложки, минимальное — при легировании подложки из сплава ВТ1. Данный
факт можно объяснить таким образом. Проведение процесса ЭИЛ в среде жидкого азо-
та существенно влияет на параметры кристаллической решетки подложки, ее энергетиче-
ские и механические характеристики, увеличивает градиенты температур и, соответствен-
но, термоупругие напряжения, что, как известно, способствует измельчению зерна подлож-
ки и, в свою очередь, приводит к увеличению глубины проникновения атомов легирующего
электрода. В результате этого на обрабатываемой поверхности формируется упрочненный
слой большей толщины по сравнению с обработкой при комнатной температуре. Макси-
мальное значение микротвердости упрочненного слоя при легировании медной подложки
на воздухе составляет 233,98 ГПа, а в среде жидкого азота — 358,6 ГПа. Однако в данном
случае представляют интерес не конкретные значения микротвердости легированного слоя,
а их отношение при различных температурах подложки. Так, понижение температуры под-
ложки до 77 К позволяет увеличить микротвердость легированного слоя в 1,5–2,5 раза,
Таблица 1. Характеристики покрытий на Cu и ВТ1, полученных при ЭИЛ стальными анодами
Параметры покрытия
Материал электродов
Катод — Cu Катод — ВТ1
Н32 Г18Д2 35Г15 Н28Т2 В2
293 К
Толщина слоя h, мкм ± 3 мкм 15 21 24 21
Микротвердость, Hµ, ГПа ± 1ГПа 115,9 233,98 193,8 144,9
77 К
Толщина слоя h, мкм ± 3 мкм 75 84 63 68
Микротвердость, Hµ, ГПа ± 1ГПа 287,9 358,6 302,7 273,2
Hµ(77K)/Hµ(293K) 2,48 1,53 1,56 1,89
h(77K)/h(293K) 5 4 2,63 3,24
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №8 97
Таблица 2. Коррозионная стойкость покрытий, полученных ЭИЛ стали 12Х18Н10Т анодами из Ni и Mo
(Vk основы 0,62 (г/м2) · ч)
Скорость коррозии
покрытия
Материал электродов
Катод — 12Х18H10Т
Ni Mo
V
(азот)
k , г/м2) · ч 0,0001 0,0009
V
(комн)
k , г/м2) · ч 0,0003 0,0013
в зависимости от материала электродов. Различие значений микротвердости при обработке
в жидком азоте и при комнатной температуре может быть связано с изменением фазового
состава покрытия, происходящего более интенсивно при низких температурах. В сплавах,
используемых в качестве анодов, при низких температурах происходят мартенситные прев-
ращения, в результате которых на поверхности подложки образуется мартенситная струк-
тура, обладающая высокой микротвердостью.
Результаты испытаний на коррозионную стойкость приведены в табл. 2. Анализ данных
табл. 2 свидетельствует о том, что оба вида покрытий имеют повышенную коррозионную
стойкость по сравнению с основой (сталь 12Х18Н10Т). Коррозионная стойкость увеличива-
ется более чем в 1000 раз. Причем с пониженим температуры подложки скорость коррозии
уменьшается. Полученный эффект можно объяснить склонностью стали 12Х18Н10Т при
взаимодействии Ni и Mo в процессе ЭИЛ к аморфизации [3]. В данном случае имеет место
процесс поверхностной аморфизации, позволяющий получать материалы со свойствами,
которые характерны для кристаллического состояния в объеме и с комплексом свойств,
характерным для аморфного состояния на поверхности — в первую очередь, с высокой
коррозионной стойкостью.
Как известно [3], структура аморфных металлов, хотя и является наиболее неупорядо-
ченной среди всех твердых структур, в химическом отношении близка к однородной. Из-за
особенностей аморфной структуры такие дефекты, как границы зерен и дислокации, кото-
рые характерны для кристаллов и являются центрами развития коррозии, в аморфных ме-
таллах не существуют. Кроме того, в процессе ЭИЛ, возможно, происходит закалка металла
из жидкого состоянии с достаточно большими скоростями охлаждения, в результате в по-
крытии, имеющем аморфную структуру, отсутствуют дефекты, которые характерны для
металлов, охлажденных с обычными скоростями, а именно, в аморфных металлах отсут-
ствует ликвация, включения и другие неоднородности, которые являются дополнительной
причиной снижения коррозионной стойкости.
Таким образом, установлено, что понижение температуры подложки позволяет увели-
чить толщину упрочненного слоя в 2–5 раз, микротвердость — в 1,5–2,5 раза, в зависи-
мости от материала электродов. Повышение коррозионной стойкости покрытий болем чем
в 1000 раз может быть обусловлено формированием аморфной структуры покрытия. Кроме
того, исследование обнаруженных эффектов может существенно расширить наши представ-
ления о физических механизмах процессов, протекающих в металлах при ЭИЛ, тем самым
дав возможность построить физическую модель данного процесса.
1. Верхотуров А.Д. Исследование электродных материалов для электроискрового легирования и прин-
ципы их создания. – Киев: Наук. думка, 1980. – С. 3–38.
2. Гитлевич А. Е., Михайлов В. В., Парканский Н.Я., Ревуцкий В.М. Электроискровое легирование
металлических поверхностей. – Кишенев, 1985. – 280 с.
98 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №8
3. Судзуки К., Фудзимори Х., Хасимото К. Аморфные металлы / Под ред. Масумото Ц. Пер. с япон. –
Москва: Металлургия, 1987. – 328 с.
4. Герцрикен Д.С., Мазанко В.Ф., Тышкевич В.М., Фальченко В.М. Массоперенос в металлах при
низких температурах в условиях внешних воздействий. – Киев: РИО ИМФ, 1999. – 435 с.
Поступило в редакцию 30.01.2007Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова
НАН Украины, Киев
НТУ Украины “Киевский политехнический институт”
УДК 621.375.826:621.793
© 2007
В.Ю. Хаскин
Комбинированное лазерно-микроплазменное нанесение
керамических покрытий на стали
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины И.В. Кривцуном)
A possibility for the ceramic coating deposition using the laser-microplasma technique without
the preliminary abrasive jet machining of the part surface is demonstrated. The coverings obtai-
ned have high cohesive resistance and are the chemical compounds of a deposited material with
iron. These coverings have high resistance to dynamic loads and sufficient thermostability.
Керамические покрытия обладают рядом полезных эксплуатационных свойств, которые
обуславливают их применение в промышленности. В первую очередь, это изоляционные
свойства, износо- и коррозионная стойкость, а также термостойкость и жаропрочность [1].
Обычно их применяют в медицине для создания защитных покрытий на металлических
протезах, для получения изоляционных покрытий на различного рода инструментах, на
поверхностях сопел и трубок, контактирующих с горячим газом или плазмой и т. д. Однако
при газотермическом нанесении керамических покрытий возникает ряд трудностей, свя-
занных с геометрией напыляемой поверхности, качеством ее подготовки, использованием
дорогостоящих подслоев, подбором режима напыления, возможностями оборудования [2, 3].
Полученное в результате газотермического (обычно плазменного) напыления керамиче-
ское покрытие наряду с описанными преимуществами имеет и недостатки. Это хрупкость
покрытия, опасность его разрушения даже при сравнительно невысоких динамических на-
грузках, а также сравнительно невысокая прочность сцепления с подложкой. С ростом
толщины покрытия эти недостатки проявляются в большей мере. Для устранения необхо-
димости в применении дорогостоящих подслоев (например, Ni-Al), повышения прочности
сцепления с основным металлом и снижения хрупкости за счет диффузии небольшого ко-
личества железа основы в покрытие, предлагается использовать лазерно-микроплазменный
способ нанесения покрытий, подробно описанный в [4]. При этом технология комбиниро-
ванного нанесения керамических покрытий будет отличаться от технологии, предложенной
в статье [4], из-за различий в поглощении и рассеянии лазерного излучения металличе-
скими и керамическими частицами присадочных материалов [5]. В первом случае частицы
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №8 99
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-2439 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T11:56:25Z |
| publishDate | 2007 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мазанко, В.Ф. Храновская, Е.Н. Иващенко, Е.В. Ворона, С.П. 2008-10-10T11:45:46Z 2008-10-10T11:45:46Z 2007 Влияние температуры подложки на прочностные характеристики покрытий, полученных методом электроискрового легирования/ В.Ф. Мазанко, Е.Н. Храновская, Е.В. Иващенко, С.П. Ворона // Доп. НАН України. — 2007. — N 8. — С. 96-99. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/2439 539.219.3 The influence of temperature of a processable substrate on the strength characteristics of coverings obtained by the method of ESA is investigated by using the microstructural microdurometrical analysis. It is established that a decrease of the temperature of a substrate allows one to increase the thickness of the strengthened layer by 2–5 times and the microhardness by 1.5–2.5 times depending on a material of electrodes. The increase of corrosion stability of coverings by more than 1000 times in relation to a processable material in an unconfigured state is revealed. It is supposed that this effect can be caused by the formation of a liquid-like structure of a covering. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Матеріалознавство Влияние температуры подложки на прочностные характеристики покрытий, полученных методом электроискрового легирования Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние температуры подложки на прочностные характеристики покрытий, полученных методом электроискрового легирования Мазанко, В.Ф. Храновская, Е.Н. Иващенко, Е.В. Ворона, С.П. Матеріалознавство |
| title | Влияние температуры подложки на прочностные характеристики покрытий, полученных методом электроискрового легирования |
| title_full | Влияние температуры подложки на прочностные характеристики покрытий, полученных методом электроискрового легирования |
| title_fullStr | Влияние температуры подложки на прочностные характеристики покрытий, полученных методом электроискрового легирования |
| title_full_unstemmed | Влияние температуры подложки на прочностные характеристики покрытий, полученных методом электроискрового легирования |
| title_short | Влияние температуры подложки на прочностные характеристики покрытий, полученных методом электроискрового легирования |
| title_sort | влияние температуры подложки на прочностные характеристики покрытий, полученных методом электроискрового легирования |
| topic | Матеріалознавство |
| topic_facet | Матеріалознавство |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/2439 |
| work_keys_str_mv | AT mazankovf vliânietemperaturypodložkinapročnostnyeharakteristikipokrytiipolučennyhmetodomélektroiskrovogolegirovaniâ AT hranovskaâen vliânietemperaturypodložkinapročnostnyeharakteristikipokrytiipolučennyhmetodomélektroiskrovogolegirovaniâ AT ivaŝenkoev vliânietemperaturypodložkinapročnostnyeharakteristikipokrytiipolučennyhmetodomélektroiskrovogolegirovaniâ AT voronasp vliânietemperaturypodložkinapročnostnyeharakteristikipokrytiipolučennyhmetodomélektroiskrovogolegirovaniâ |