Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья, Алматы, Казахстан:

Ф. Р. Капсаламова, старший научный сотрудник, эл. почта: faridakapsalamova@gmail.com

Ф. А. Бердикулова, директор Департамента координации научно-технических проектов и программ, канд. техн. наук, эл. почта: pheruza_b@mail.ru

Институт металлургии УрО РАН, Екатеринбург, Россия:

Е. М. Жилина, старший научный сотрудник, канд. хим. наук, эл. почта: ezhilina@bk.ru

Институт металлургии УрО РАН, Екатеринбург, Россия¹ ; Уральский государственный горный университет, Екатеринбург, Россия²:

С. А. Красиков, главный научный сотрудник¹, профессор кафедры химии², докт. техн. наук, эл. почта: sankr@mail.ru

Выполнен физико-химический анализ фазовых превращений на границе раздела композиции «сплав Fe – C — сплав Fe – Ni – – Cr – Cu – Si – B – C», что представляет интерес для перспективной металлотермической технологии получения износостойкого покрытия из ультрадисперсного материала для упрочнения и восстановления изношенных деталей техники. Осуществлено газопламенное напыление порошковой композиции Fe – Ni – Cr – Cu – Si – B – C, полученной методом механохимического легирования, на железоуглеродистую подложку. Целью работы являлось изучение особенностей физико-химических превращений при формировании износостойкого покрытия для упрочнения и восстановления изношенных деталей техники. Газопламенное напыление на подложку из образца стали марки 45 выполнено под воздействием факела пропанокислородной горелки. При исследовании физико-химических свойств границы раздела «сплав Fe – C — сплав Fe – Ni – Cr – Cu – Si – B – C» проведен рентгенофазовый анализ и получены снимки на сканирующем (растровом) электронном микроскопе. Результаты показали, что структура границы раздела «сплав Fe – C — сплав Fe – Ni – Cr – Cu – Si – B – C» многофазна и включает промежуточные фазы, интерметаллиды (CrNi₃, Fe_10,8Ni и т. п.), карбиды (Fe₃C, (Cr, Fe)₂₃C₆ и т. п.), бориды (Ni₂B, Cr₅B₃ и т. п.), силициды (FeSi₂, Cr₅Si₃ и т. п.). Главной причиной фазообразования при осуществлении газопламенного напыления является то, что под воздействием температуры протекают сложные процессы химического взаимодействия, диффузии, структурообразования, сопровождающиеся экзотермическим эффектом. Данные сканирующей электронной микроскопии показывают, что легирующие элементы имеют неравномерное распределение между ультрадисперсными фазами.

Работа выполнена по Государственному заданию ИМЕТ УрО РАН (номер госрегистрации темы: 122020100404-2).

1. Chawla K. K. Metal matrix composites. Composite Materials: Science and Engineering. New York : Springer Science + Business Media, 2012. DOI: 10.1007/978-0-387-74365-3_6
2. Mukhambetgaliyev Y., Baisanov S., Zharmenov A., Khayn Y. et al. Industrial smelting tests and organization of production of ferrosilicon aluminum (FSA) in Kazakhstan. Metalurgija. 2020. Vol. 59, Iss. 1. pp. 109–112.
3. Terlikbaeva A. Z., Alimzhanova A. M., Shayakhmetova R. A. et al. Investigation of the effect of aluminum on the phase composition of Ti – Al – Nb – Mo gamma alloys. Physics of Metals and Metallography. 2017. No. 118. pp. 1097–1104. DOI: 10.1134/S0031918X17110163
4. Kavalla R., Bazhin V. Yu. Forming of structure and properties of sheet strips from magnesium alloys in the conditions of twin roll casting process. Journal of Mining Institute. 2015. Vol. 214. p. 33.
5. Sharma A., Lee H., Ahn B. Effect of additive elements (x = Cr, Mn, Zn, Sn) on the phase evolution and thermodynamic complexity of AlCuSiFe-x high entropy alloys fabricated via powder metallurgy. Metals and Materials International. 2022. Vol. 28. pp. 2216–2224. DOI: 10.1007/s12540-021-01125-0
6. Murty B. S., Yeh J.-W., Ranganathan S. High entropy alloys. 1st ed. London : Butterworth-Heinemann, 2014.
7. Syrkov A. G., Kushchenko A. N., Silivanov M. O., Taraban V. V. Nanostructured regulation of the surface properties and hydrophobicity of nickel and iron by solid-state reduction and modifying methods. Tsvetnye Metally. 2022. No. 5. pp. 54–59.
8. Bazhin V. Y., Issa B. Influence of heat treatment on the microstructure of steel coils of a heating tub furnace. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 249. pp. 393–400.
9. Kolesnichenko S. V., Afanasieva O. V. Theoretical aspects of the technical level estimation of electrical engineering complexes. Journal of Mining Institute. 2018. Vol. 230. p. 167. DOI: 10.25515/pmi.2018.2.167
10. Kolesnichenko S. V. Research approaches for assessing the quality of complex engineering systems at various stages of development. Journal of Mining Institute. 2014. Vol. 208. pp. 244-244.
11. Vologzhanina S. A., Igolkin A. F., Zhuchkov D. V. Understanding the relationship between the chemical composition of welding materials and the properties of a weld joint. Scientific Journal NRU ITMO. Series “Processes and Food Production Equipment”. 2014. No. 2. p. 6.
12. Vologzhanina S. A., Igolkin A. F., Petkova A. P. Understanding the effect of low temperatures and strains on the properties of austenitic steel 12Kh18N10T. Global Energy. 2019. Vol. 25, No. 4. pp. 83–93.
13. Krasikov S. A., Zhilina E. M., Pichkaleva O. A. et al. Effect of the intermetallic compound composition of the character of interphase interactions during aluminothermic coreduction of titanium, nickel, and molybdenum from their oxides. Russian Metallurgy (Metally). 2016. No. 8. pp. 771–775.
14. Litvinova T. E. et al. The Gibbs energy of carboxylates of lanthanum and yttrium forming during naphthenic acid extraction. Vestnik of Saint Petersburg University. Physics and Chemistry. 2011. No. 2. pp. 134–141.
15. Prokopchuk N. R. et al. Enhancing the mechanical properties of epoxy coatings on steel with nanoparticles of different nature. Nanophysics & Nanomaterials. Saint Petersburg, 23–24 November 2022. pp. 229–233.
16. Hannora A., Mamaeva A., Mofa N., Aknazarov S. et al. Formation of hydroxyapatite coating by mechanical alloying method. Eurasian Chemico-Technological Journal. 2009. Vol. 11, Iss. 1. pp. 37–43.
17. GOST 5583–78. Technical and medical oxygen gas. Specifications. Introduced: 01.01.1980.
18. GOST 20448–80. Fuel liquefied hydrocarbon gases for domestic use. Specifications. Introduced: 09.06.1980.
19. GOST 1050–88. Gauged bars with special surface finish made of carbon quality structural steel. Introduced: 01.01.1991.
20. Zubov V. P., Golubev D. D. Prospects for the use of modern technological solutions in the flat-lying coal seams development, taking into account the dander of the formation of the places of its spontaneous combustion. Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 250. pp. 534–541. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.6
21. Schmidt E. D., Damm E. B., Sridhar S. A study of diffusion- and interface-controlled migration of the austenite/ferrite front during austenitization of a case-hardenable alloy steel. Metallurgical and Materials Transactions A. 2007. Vol. 38. pp. 698–715.
22. Boulos M. I., Fauchais P. L., J. Heberlein V. R. Thermal spray fundamentals : From Powder to Part. Springer, 2021. p. 1136. DOI: 10.1007/978-3-030-70672-2
23. Yurkova A. I., Cherniavskya V. V., Bolbutb V., Krügerbc M. et al. Structure formation and mechanical properties of the high-entropy AlCuNiFeCr alloy prepared by mechanical alloying and spark plasma sintering. Journal of Alloys and Compounds. 2019. Vol. 786. pp. 139–148. DOI: 10.1016/j.jallcom.2019.01.341
24. Tolokonnikovа V., Baisanov S., Narikbayeva G., Korsukova I. Assessment of dissociation rate of FeCr₂O₄ using the Bjerrum-Guggenheim coefficient. Metalurgija. 2021. Vol. 60, No. 3-4. pp. 303–305.
25. Longa Y., Takemoto M. Laser processing of high-chromium nickel-chromium coatings deposited by various thermal spraying methods. Corrosion. 1994. Vol. 11, No. 50. pp. 827–837.
26. Atkinson H. V. A review of the role of short-circuit diffusion in the oxidation of nickel, chromium, and nickel-chromium alloys. Oxidation of Metals. 1985. Vol. 3, No. 24. pp. 177–197.
27. Dong X. Y., Luo X. T., Zhang S. L. et al. A Novel strategy for depositing dense self-fluxing alloy coatings with sufficiently bonded splats by one-step atmospheric plasma spraying. Journal of Thermal Spray Technology. 2020. No. 29. pp. 173–184. DOI: 10.1007/s11666-019-00943-4
28. Tului M., Giambi B., Lionetti S., Pulci G. et al. Silicon carbide based plasma sprayed coatings. Surface and Coatings Technology. 2012. Vol. 207. pp. 182–189. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2012.06.062
29. Zimoglyadova T. A., Saage H., Pasichnik V. A. et al. Structure and properties of functional self-fluxing nickel-containing coatings obtained by nonvacuum electron-beam cladding. Metal Science and Heat Treatment. 2019. No. 60. pp. 633–640. DOI: 10.1007/s11041-019-00330-4
30. Xin Tong, Fu-hai Li, Min Liu, Ming-jiang Dai et al. Thermal fatigue resistance of non-smooth cast iron treated by laser cladding with different selffluxing alloys. Optics & Laser Technology. 2010. Vol. 42, Iss. 7. pp. 1154–1161. DOI: 10.1016/j.optlastec.2010.03.001