Оренбургский государственный университет, Оренбург, Россия:

С. Е. Крылова, профессор кафедры материаловедения и технологии материалов (МиТМ), докт. техн. наук, эл. почта: krilova27@yandex.ru
А. Ю. Плесовских, аспирант Аэрокосмического института (АКИ)
И. А. Курноскин, аспирант АКИ
И. Ш. Тавтилов, доцент кафедры МиТМ, канд. техн. наук

Выявлено влияние режимов термической обработки на структуру и свойства покрытия системы Ni – Cr – B – WC, наносимого методом холодного газотермического напыления (Gas Dynamic Cold Spray, GDCS) на рабочую часть изделия «шток компрессора» нефтегазового оборудования. Рекомендован оптимальный режим закалки вольфрамового покрытия на стали AISI 4140, включающий нагрев до температуры 1150 ºC и выдержку с последующим быстрым охлаждением в водополимерной среде. С применением оптической и растровой электронной микроскопии определены особенности формирования структуры и распределения карбидной фазы в покрытии. Согласно структурному анализу, после термической обработки происходят частичная перекристаллизация связующих компонентов (Ni) и перераспределение упрочняющих частиц (WС, Cr, B), что приводит к изменению структуры и дисперсности напыленного поверхностного слоя изделия. Установлено, что в зависимости от параметров термической обработки и дальнейшего локального переплавления наблюдаются характерные для данного процесса повышение межпластинчатой когезии, уменьшение пористости, снижение микротвердости основы покрытия в среднем на 20 % от исходного значения. Процессы перекристаллизации на стадии термической обработки легированного покрытия повышают износостойкость, несмотря на снижение твердости. Достигнутые результаты позволяют прогнозировать возможность эксплуатации подобных изделий после термической обработки в паре трения с повышенными требованиями к износостойкости и адгезионной прочности.

1. Плесовских А. Ю., Крылова С. Е., Оплеснин С. П. Импортозамещающая технология изготовления деталей нефтегазодобывающей отрасли с нанесением износостойких покрытий на основе вольфрама // Вестник современных технологий. 2019. № 2 (14). С. 9–14.
2. Plesovskikh A. Y., Oplesnin S. P., Kurnoskin I. A., Krylova S. E. Importsubstituting technology for manufacturing parts of the oil and gas industry with the application of tungsten based wear-resistant coatings // Materials Today: Proceedings. International Conference on Modern Trends in Manufacturing Technologies and Equipment 2020, ICMTMTE 2020. 2021. P. 1595–1598.
3. Плесовских А. Ю., Крылова С. Е. Импортозамещающая технология изготовления деталей с нанесением износостойкого покрытия на основе вольфрама // Физическое материаловедение. Актуальные проблемы прочности : сборник материалов X Международной школы, посвященной 10-летию лаборатории «Физика прочности и интеллектуальные диагностические системы» и LXIII Международной конференции. Тольятти, 2021. С. 56, 57.
4. Корниенко Е. Е., Никулина А. А., Баннов А. Г. и др. Влияние температуры оплавления на структуру и свойства самофлюсующихся покрытий на основе никеля // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2016. № 4 (73). С. 52–62.
5. Gonzalez R., Cadenas M., Fernandez R., Cortizo J. L., Rodriguez E. Wear behaviour of flame sprayed NiCrBSi coating remelted by flame or by laser // Wear. 2007. Vol. 262. P. 301–307.
6. Rong Hu, Jun Zhang, Ruidong Wang, Chao Zhang, Zixin Xie, Yuwen Zhang, Guangshi Li, Xionggang Lu. Effect of heat treatment on microstructure and properties of WC reinforced co-based composite coating on copper // Materials Letters. 2022. Vol. 319. 132262.
7. Ghadami F., Heydarzadeh Sohi M., Ghadami S. Effect of bond coat and post-heat treatment on the adhesion of air plasma sprayed WC–Co coatings // Surface and Coatings Technology. 2015. Vol. 261. P. 289–294.
8. Deenadayalan K., Murali Vela, Elayaperumal A., Satheesh Kumar A., Arulvel S., Mehdi Shahedi Asl. Friction and wear properties of short time heat-treated and laser surface re-melted NiCr–WC composite coatings  at various dry sliding conditions // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 17. P. 3080–3104.

9. Shi-Hong Zhang, Tong-Yul Cho, Jae-Hong Yoon, Wei Fang, Ki-O Song, Ming-Xi Li, Yun-Kon Joo, Chan Gyu Lee. Characterization of microstructure and surface properties of hybrid coatings of WC – CoCr prepared by laser heat treatment and high velocity oxygen fuel spraying // Materials Characterization. 2008. Vol. 59, Iss. 10. P. 1412–1418.
10. Serres N., Hlawka F., Costil S., Langlade C., Machi F. An investigation of the mechanical properties and wear resistance of NiCrBSi coatings carried out by in situ laser remelting // Wear. 2011. Vol. 270, Iss. 9-10. P. 640–649.
11. Genga R. M., Cornish L. A., Akdogan G. Effect of Mo₂C additions on the properties of SPS manufactured WC – TiC – Ni cemented carbides // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2013. Vol. 41. P. 12–21.
12. Фень Е. К. Износо- и жаростойкие материалы покрытий для сверхзвукового плазменного и электродугового напыления // Сварщик: технологии, производство, сервис. 2011. № 1. С. 32–35.
13. Плесовских А. Ю., Крылова С. Е., Оплеснин С. П. Разработка металлургической порошковой композиции для восстановления деталей нефтегазодобывающей отрасли // Уральская школа молодых металловедов : сб. материалов XX Международной научно-технической Уральской школы-семинара металловедов-молодых ученых, Екатеринбург, 3–7 февраля 2020 г. — Екатеринбург : Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, 2020. С. 504–507.
14. Bradai Mohand Amokrane, Bounar Nedjemeddine, Benabbas Abderrahim, Ati Abdelaziz. Study of microstructure, phases and microhardness of metallic coatings deposited by flame thermal spray // J. Mater. Process. Technol. 2008. Vol. 200, Iss. 1–3. P. 410–415.
15. ГОСТ 9450–76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников. — Введ. 01.01.1977.
16. Гончаров А. Н., Колмыков Д. В., Гончарова Е. В. Современные материалы для газотермического напыления // Научное обеспечение агропромышленного производства : материалы Международной научно-практической конференции, Курск, 25–27 января 2012 г. Ч. 3. Курск, 2012. С. 227–230.
17. Черновол М. И., Ворона Т. В., Штемпель О. П., Лопата Л. А. Использование структурно-фазовых превращений и модифицирования при электроконтактной обработке стальных газотермических покрытий для повышения износостойкости деталей сельскохозяйственной техники // Вестник Полоцкого государственного университета. Серия В. Промышленность. Прикладные науки. Машиноведение и машиностроение. 2016. Вып. № 3. С. 115–122.