Нанокомпозиційні покриття для захисту від зношування в умовах високих температур
The investigation results of friction and wear of the developed detonation composite coatings FeAl2-Ti-Si-B under high-temperature friction conditions are presented. The choice of FeAl2-Ti-Si-B composition and its optimal content for spraying wear-resistant coatings loaded with friction under high-t...
Saved in:
| Date: | 2024 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/826 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | System Research in Energy |
Institution
System Research in Energy| id |
oai:www.systemre.org:article-826 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
System Research in Energy |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2024-02-27T09:28:37Z |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
detonation coating: wear resistance surface layer structural adaptability temperature. |
| spellingShingle |
detonation coating: wear resistance surface layer structural adaptability temperature. Shchepetov, Vitalii Kharchenko, Sergii Kharchenko, Olena Dolzhenko, Gennadii Нанокомпозиційні покриття для захисту від зношування в умовах високих температур |
| topic_facet |
детонаційне покриття зносостійкість поверхневий шар структурна пристосовуваність температура. detonation coating: wear resistance surface layer structural adaptability temperature. |
| format |
Article |
| author |
Shchepetov, Vitalii Kharchenko, Sergii Kharchenko, Olena Dolzhenko, Gennadii |
| author_facet |
Shchepetov, Vitalii Kharchenko, Sergii Kharchenko, Olena Dolzhenko, Gennadii |
| author_sort |
Shchepetov, Vitalii |
| title |
Нанокомпозиційні покриття для захисту від зношування в умовах високих температур |
| title_short |
Нанокомпозиційні покриття для захисту від зношування в умовах високих температур |
| title_full |
Нанокомпозиційні покриття для захисту від зношування в умовах високих температур |
| title_fullStr |
Нанокомпозиційні покриття для захисту від зношування в умовах високих температур |
| title_full_unstemmed |
Нанокомпозиційні покриття для захисту від зношування в умовах високих температур |
| title_sort |
нанокомпозиційні покриття для захисту від зношування в умовах високих температур |
| title_alt |
Nanocomposite Coatings for Wear Protection at High Temperatures |
| description |
The investigation results of friction and wear of the developed detonation composite coatings FeAl2-Ti-Si-B under high-temperature friction conditions are presented. The choice of FeAl2-Ti-Si-B composition and its optimal content for spraying wear-resistant coatings loaded with friction under high-temperature conditions are justified. It is noted that the alloying elements at definite concentrations and technological parameters of spraying have a positive influence on the structure, properties, and quality assurance of multicomponent coatings. It is shown that the introduction of silicon and boron contributes the formation of hard-alloy high-temperature compounds with increased wear resistance. The maximum microhardness corresponds to the Cr-Si coatings with ~ 28 % titan content. In addition, the mechanical properties of the obtained material are improved by additional alloying of ~ 22 % silicon and bor. In turn, the coatings plating at a working gas flow rate in a ratio for acetylene ~ (20/25) l/min and oxygen ~ (22/27) l/min provides the chemical composition and spraying process parameters permanence as well as constant properties of coatings. The obtained results show that for the coatings of FeAl2-Ti-Si-B system at loading 5.0 MPa, sliding speed 1.5 m/s, and temperature up to 650 °C the stable performance of structural adaptability, which ensures the friction and wear parameters minimization, is demonstrated. The metallographic analysis and strip chart recording of specimens indicate that the friction surfaces are characterized by the absence of visible defects; the separate cold-welded regions are located in thin-film surface layers. The composition, structure, and tribological durability of coatings produced from the elements of the country's resource base were studied; their high adhesion, physical and mechanical characteristics and wear resistance under high-temperature conditions were defined. The thin-film surface structure patterns and properties were investigated with the help of modern physical and chemical methods of analysis. It was determined that the combination of mechanical, physical, and chemical properties of the investigated coatings provides vide opportunities for their usage as effective materials under high-temperature wear conditions. According to the test results, the application of the investigated composite coatings for friction unit efficiency improvement provides their operational reliability in accordance with requirements and opportunities that appear with the development of a new competitive material for wear-resistant coatings obtained with the help of the detonation method. |
| publisher |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| publishDate |
2024 |
| url |
https://systemre.org/index.php/journal/article/view/826 |
| work_keys_str_mv |
AT shchepetovvitalii nanocompositecoatingsforwearprotectionathightemperatures AT kharchenkosergii nanocompositecoatingsforwearprotectionathightemperatures AT kharchenkoolena nanocompositecoatingsforwearprotectionathightemperatures AT dolzhenkogennadii nanocompositecoatingsforwearprotectionathightemperatures AT shchepetovvitalii nanokompozicíjnípokrittâdlâzahistuvídznošuvannâvumovahvisokihtemperatur AT kharchenkosergii nanokompozicíjnípokrittâdlâzahistuvídznošuvannâvumovahvisokihtemperatur AT kharchenkoolena nanokompozicíjnípokrittâdlâzahistuvídznošuvannâvumovahvisokihtemperatur AT dolzhenkogennadii nanokompozicíjnípokrittâdlâzahistuvídznošuvannâvumovahvisokihtemperatur |
| first_indexed |
2025-09-24T17:34:04Z |
| last_indexed |
2025-09-24T17:34:04Z |
| _version_ |
1850410282849927168 |
| spelling |
oai:www.systemre.org:article-8262024-02-27T09:28:37Z Nanocomposite Coatings for Wear Protection at High Temperatures Нанокомпозиційні покриття для захисту від зношування в умовах високих температур Shchepetov, Vitalii Kharchenko, Sergii Kharchenko, Olena Dolzhenko, Gennadii детонаційне покриття, зносостійкість, поверхневий шар, структурна пристосовуваність, температура. detonation coating: wear resistance, surface layer, structural adaptability, temperature. The investigation results of friction and wear of the developed detonation composite coatings FeAl2-Ti-Si-B under high-temperature friction conditions are presented. The choice of FeAl2-Ti-Si-B composition and its optimal content for spraying wear-resistant coatings loaded with friction under high-temperature conditions are justified. It is noted that the alloying elements at definite concentrations and technological parameters of spraying have a positive influence on the structure, properties, and quality assurance of multicomponent coatings. It is shown that the introduction of silicon and boron contributes the formation of hard-alloy high-temperature compounds with increased wear resistance. The maximum microhardness corresponds to the Cr-Si coatings with ~ 28 % titan content. In addition, the mechanical properties of the obtained material are improved by additional alloying of ~ 22 % silicon and bor. In turn, the coatings plating at a working gas flow rate in a ratio for acetylene ~ (20/25) l/min and oxygen ~ (22/27) l/min provides the chemical composition and spraying process parameters permanence as well as constant properties of coatings. The obtained results show that for the coatings of FeAl2-Ti-Si-B system at loading 5.0 MPa, sliding speed 1.5 m/s, and temperature up to 650 °C the stable performance of structural adaptability, which ensures the friction and wear parameters minimization, is demonstrated. The metallographic analysis and strip chart recording of specimens indicate that the friction surfaces are characterized by the absence of visible defects; the separate cold-welded regions are located in thin-film surface layers. The composition, structure, and tribological durability of coatings produced from the elements of the country's resource base were studied; their high adhesion, physical and mechanical characteristics and wear resistance under high-temperature conditions were defined. The thin-film surface structure patterns and properties were investigated with the help of modern physical and chemical methods of analysis. It was determined that the combination of mechanical, physical, and chemical properties of the investigated coatings provides vide opportunities for their usage as effective materials under high-temperature wear conditions. According to the test results, the application of the investigated composite coatings for friction unit efficiency improvement provides their operational reliability in accordance with requirements and opportunities that appear with the development of a new competitive material for wear-resistant coatings obtained with the help of the detonation method. Наведено результати дослідження тертя та зношування детонаційних композитних покриттів FeAl2-Ti-Si-В в умовах високотемпературного тертя. Обґрунтовано вибір композиції FeAl2-Ti-Si-B та її оптимальний склад для напилення зносостійких покриттів, навантажених тертям в умовах високих температур. Відзначено, що легуючі елементи при певних концентраціях і технологічних параметрах напилення позитивно впливають на структуру, властивості та забезпечення якості багатокомпонентних покриттів. Показано, що введення кремнію та бору сприяє утворенню твердосплавних жаростійких з’єднань з підвищеними показниками зносостійкості. Максимальна мікротвердість відповідає покриттям Cr-Si з вмістом титану ~ 28 %. Крім того, механічні властивості отриманого матеріалу покращуються шляхом додаткового легування ~ 22 % кремнію та бору. У свою чергу, нанесення покриттів при витраті робочого газу в співвідношенні ацетилену ~ (20/25) л/хв та кисню ~ (22/27) л/хв забезпечує постійність хімічного складу та параметрів процесу напилення, а також стабільні властивості покриттів. Отримані результати показують, що для покриттів системи FeAl2-Ti-Si-B при навантаженні 5,0 МПа, швидкості ковзання 1,5 м/с і температурі до 650 °C стабільні показники структурної адаптивності, що забезпечує мінімізацію параметрів тертя та зношування. Металографічний аналіз та електронограми зразків свідчать про те, що поверхні тертя характеризуються відсутністю видимих дефектів, окремі ділянки острівків зварювання розташовані в тонкоплівкових поверхневих шарах. Досліджено склад, структуру та трибологічну довговічність покриттів, отриманих з елементів сировинної бази країни, визначено їх високу адгезію, фізико-механічні характеристики та зносостійкість в умовах високих температур. За допомогою сучасних фізико-хімічних методів аналізу досліджено структуру та властивості тонкоплівкової поверхні. Встановлено, що сукупність механічних, фізичних і хімічних властивостей досліджуваних покриттів дає можливість використовувати їх як ефективні матеріали в умовах високотемпературного зношування. За результатами випробувань встановлено, що застосування досліджуваних композиційних покриттів для підвищення ефективності вузлів тертя забезпечує їх експлуатаційну надійність відповідно до вимог і можливостей, що з’являються з розробкою нового конкурентоспроможного матеріалу, отриманого детонаційним методом. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2024-02-16 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/826 10.15407/srenergy2024.01.065 System Research in Energy; No. 1 (76) (2024): System Research in Energy; 65-72 Системні дослідження в енергетиці; № 1 (76) (2024): Системні дослідження в енергетиці; 65-72 2786-7102 2786-7633 en https://systemre.org/index.php/journal/article/view/826/732 |