Тихоокеанский государственный университет, кафедра «Литейное производство и технология металлов», Хабаровск, Россия:

Э. Х. Ри, заведующий кафедрой, докт. техн. наук, эл. почта: erikri999@mail.ru
Х. Ри, профессор, докт. техн. наук, эл. почта: ri@mail.khstu.ru
Е. Д. Ким, преподаватель, канд. техн. наук., эл. почта: jenya_1992g@mail.ru

Институт материаловедения ХНЦ ДВО РАН, Хабаровск, Россия:
Л. А. Коневцов, старший научный сотрудник лаборатории «Функциональные материалы и покрытия», канд. техн. наук

Разработаны рациональные составы четырех алюмоматричных сплавов (А, Б, В, Г) из оксидных соединений (NiO, TiO₂, ZrO₂, Cr₂O₃) с применением алюмотермии (самораспространяющегося высокотемпературного синтеза — СВС-металлургии) для повышения износостойкости покрытий на стали 45 при электроискровом легировании (ЭИЛ). Получены различные сочетания структурных составляющих — алюминидов Ni, Zr, Cr, Ti, комплексно-легированного твердого раствора и эвтектики в зависимости от состава синтезированных сплавов. Методами электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа элементов идентифицированы вышеуказанные структурные составляющие алюмоматричных сплавов. Установлены и обоснованы особенности формирования структуры и закономерности изменения характера распределения элементов (ликвационные процессы) в зависимости от составов синтезированных сплавов. Для повышения износостойкости покрытий на стали 45 использованы синтезированные сплавы в качестве анодных материалов А, Б, В и Г. Получены ряды привеса (∑Δ_к·10^–4, г), эрозии (∑Δ_а·10^–4, г), коэффициента переноса (∑К_п, %) и износа (∑И_лс·10^–4, г). Для всех вышеуказанных показателей покрытий получены математические выражения полиномиальных уравнений тренда кинетических зависимостей от длительности времени электроискрового легирования (ЭИЛ) исследованными анодными материалами и определены критерии достоверности полученных полиномиальных линий тренда R^л кинетических зависимостей ∑Δ_к, ∑Δ_а, ∑К_п,∑И_лс. Во всех случаях можно наблюдать высокие показатели износостойкости после ЭИЛ анодным материалом Г, % (мас.): 33,29 Al; 41,6 Ni; 10,27 Cr; 4,6 Zr; 7,23 Ti; 2,98 Fe, который показал оптимальные значения на всех исследованных режимах, соответственно величина ∑И_лс увеличилась в 3,27 раза. Меньшие результаты получены для сплава А, % (мас.): 36,52 Al; 47,65 Ni; 15,83 Ti, износ ∑И_лс возрос в 1,85 раза. При этом износ стали 45 без покрытия при аналогичных режимах истирания составил ∑И_(ст.45) = 72·10^–4 г.

Работа выполнена при финансовой поддержке со стороны Минобрнауки РФ в рамках ГЗ № FEME-2020-0010 «Физико-химические и технологические основы металлотермического синтеза металлов в ионных расплавах щелочных металлов и комплексно-легированных алюминидов никеля методом СВС-металлургии». Исследования проводились на оборудовании ЦКП «Прикладное материаловедение» ФГБОУ ВО «ТОГУ».

1. Umanskyi O. P., Storozhenko M. S. et al. Electrospark deposition of FeNiCrBSiC – MeB₂ coatings on steel // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2020. Vol. 59, No. 1. P. 57–67.
2. Kirik G. V., Gaponova O. P. et al. Quality analysis of aluminized surface layers produced by electrospark deposition // Powder Metallurgy and Metal Ceramics. 2018. Vol. 56, No. 11. P. 688–696.
3. Пат. 70010 SU. Способ обработки металлов, сплавов и других токопроводящих материалов / Б. Р. Лазаренко, Н. И. Лазаренко ; заявл. 03.04.1943 ; опубл. 04.02.1971.
4. Tarelnyk V., Kozachenko N. et al. Modeling technological parameters for producing combined electrospark deposition coatings // Materials Science Forum. 2019. Vol. 968. P. 131–142.
5. Burkov A. A., Chigrin P. G. Synthesis of Ti-Al intermetallic coatings via electrospark deposition in a mixture of Ti and Al granules technique // Surface and Coatings Technology. 2020. Vol. 387. P. 125550
6. Enrique P. D., Marzbanrad E. et al. Surface modification of binder-jet additive manufactured Inconel 625 via electrospark deposition // Surface and Coatings Technology. 2019. Vol. 362. P. 141–149.
7. Wang Yaru, Cheng Chong et al. Phase equilibria in the Al – C – Ni – W quaternary system // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2014. Vol. 46. P. 43–51.
8. Peng J., Franke P. et al. Experimental investigation and thermodynamic re-assessment of the Al – Mo – Ni system // Journal of Alloys and Compounds. 2016. Vol. 674. P. 305–314.

9. Song X., Cui H. et al. Microstructure and evolution of (TiB₂ + Al₂O₃)/NiAl composites prepared by self-propagation hightemperature synthesis // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016. Vol. 26, No. 7. P 1878–1884.
10. Awotunde M. A., Adewale A. et al. NiAl intermetallic composites — a review of processing methods, reinforcements and mechanical properties // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2019. Vol. 104, No. 5. P. 1733–1747.
11. Rahaei M. B. In-situ manufacturing of NiAl – TiC composites with three dimensional (3D) discrete particular network and Bi-continuous microstructures // Advanced Powder Technology. 2019. Vol. 30, No. 5. P. 1025–1033.
12. Riyadi T. W. B., Tao Zhang, Marchant D. et al. NiAl – TiC – Al₂O₃ composite formed by self-propagation high-temperature synthesis process: combustion behaviour, microstructure, and properties // Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 805. P. 104–112.
13. Yuan J., Zhang X. et al. Microstructure and tribological behavior of NiAl/WC composites fabricated by thermal explosion reaction at 800 ^oC // Journal of Alloys and Compounds. 2017. Vol. 693. P. 70–75.
14. Bochenek K., Basista M. Advances in processing of NiAl intermetallic alloys and composites for high temperature aerospace applications // Progress in Aerospace Sciences. 2015. Vol. 79. P. 136–146.
15. Hadef F. Synthesis and disordering of B2 TM – Al (TM = Fe, Ni, Co) intermetallic alloys by high energy ball milling: A review // Powder Technology. 2017. Vol. 311. P. 556–578.
16. Ри Х., Гостищев В. В., Меднева А. В., Химухин С. Н. и др. Синтез алюминида никеля, упрочненного боридом молибдена // Ученые записки Комсомольского-на-Амуре государственного технического университета. 2016. Т. 1, № 2. С. 71–75.
17. Nikolenko S., Konevtsov L. et al. Use of aluminum matrix material for electrospark Alloying of carbon steels // International Scientific Siberian Transport Forum. 2020. P. 291–299.
18. Gostishchev V., Ri E. et al. Synthesis of complex-alloyed nickel aluminides from oxide compounds by aluminothermic method // Metals. 2018. Vol. 8, No. 6. P. 439.