Физико-механические свойства керамических покрытий, получаемых короткоимпульсной лазерной наплавкой порошковой смеси на основе бора

   Традиционные технологии восстановления деталей, реализуемые в современном ремонтном производстве, не в состоянии обеспечить их необходимую износостойкость в связи с отсутствием современной номенклатуры присадочных материалов с высокими прочностными и технологическими свойствами. Вопросы поиска инновационных материалов и технологий их нанесения на поверхности изношенных деталей являются актуальными и требующими фундаментального исследования. Исследовались физико-механические свойства керамических покрытий, полученных короткоимпульсной лазерной обработкой композиций 5 составов: на основе карбида бора B4C, дополнительно легированных нитридом бора (0…40 % BN), оксидом магния (2…10 % MgO) и лития (5…25 % LiO). Лабораторные образцы покрытий получали на поверхности образцов из сталей 40Х, 35ХГСА. Научная новизна исследований заключается в применении технологий селективного лазерного спекания при формировании тонких покрытий (до 200 мкм) в условиях короткоимпульсного лазерного оплавления порошковых сред. Физико-механические свойства керамических покрытий оценивались на основе анализа микротвёрдости, микроструктуры и трибологических показателей работоспособности с использованием современных методик и приборного обеспечения. Результаты исследований подтверждают возможность практической реализации покрытий на основе керамических соединений. Многослойное керамическое покрытие (B4C-BN-MgO-Li₂O) толщиной до 200 мкм показало хорошую прирабатываемость, низкий коэффициент трения (0,18) и возможность работы в условиях высоких динамических нагрузок при отсутствии интенсивной смазки. Структура керамических покрытий без видимых дефектов имеет плотную адгезионную зону. Результаты физико-механических свойств керамических покрытий имеют высокий научный потенциал и практическую значимость, а их применение позволит повысить долговечность деталей машин в условиях эксплуатации.

1. Величко С. А. Пути повышения межремонтного ресурса силовых гидроцилиндров / С. А. Величко, П. В. Сенин, П. В. Чумаков // Ремонт. Восстановление. Модернизация. – 2015. – № 4. – С. 36-41. EDN: TOVGVN

2. Velichko S. A., Senin P. V., Ivanov V. I., Martynov A. V., Chumakov P. V. Formation of thick layer electro-spark coatings for restoring worn-out parts of power hydraulic cylinders. Surface Engineering and Applied Electrochemistry. 2017; 53: 116-123. doi: 10.3103/S1068375517020119

3. Ерохин М. Н. Износостойкость карбидосодержащих хромовых покрытий, полученных из газовой фазы / М. Н. Ерохин, С. П. Казанцев, Н. Н. Чупятов // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный агроинженерный университет имени В. П. Горячкина». – 2017. – № 5 (81). – С. 48-53. doi: 10.26897/1728-7936-2017-5-48-53

4. Kharanzhevskiy E. V., Ipatov A. G., Makarov A. V., Gil’mutdinov F. Z., Soboleva N. N., Krivilyov M. D. Tribological performance of boron-based superhard coatings sliding against different materials. 2021; 477: 203835. doi: 10.1016/j.wear.2021.203835

5. Meschter P. J., Opila E. J., Jacobson N. S. Water Vapor-Mediated Volatilization of High-Temperature Materials. Annual Review of Materials Research. 2013; 43: 559-588. doi: 10.1146/annurev-matsci-071312-121636

6. Ma D., Harvey T. J., Zhuk Y. N., Wellman R. G., Wood, R. J. K. Cavitation erosion performance of CVD W/WC coatings. Wear. 2020; 452-453: 203276. doi: 10.1016/j.wear.2020.203276

7. Волков К. Г. Восстановление и упрочнение рабочей фаски клапана двигателя внутреннего сгорания методом селективной лазерной наплавки (SLM) / К. Г. Волков [и др.] // Ремонт. Восстановление. Модернизация. – 2022. – № 9. – С. 20-26. URL: http://www.nait.ru/journals/number.php?p_number_id=3403

8. Meier С., Penny R. W., Zou Y., Gibbs J. S., Hart A. J. Thermophysical phenomena in metal additive manufacturing by selective laser melting: fundamentals, modeling simulation and experimentation. Annual Review of Heat Transfer. 2017; 20: 241-316. doi: 10.1615/AnnualRevHeatTransfer.2018019042

9. Ипатов А. Г. Исследование свойств керамических покрытий рабочей фаски клапанов двигателей / А. Г. Ипатов, Е. В. Харанжевский, К. Г. Волков // Сельский механизатор. – 2022. – № 3. – С. 42-44. EDN: JYJSKZ

10. Kharanzhevskiy E. V., Ipatov A. G., Makarov A. V., Gil’mutdinov F. Z., Soboleva N. N., Krivilyov M. D. Effect of oxygen in surface layers formed during sliding wear of Ni-ZrO2 coatings. Surface and Coatings Technology. 2022; 434: 128174. doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.128174

11. Ипатов А. Г. К обоснованию материала защитно-восстановительного покрытия рабочей поверхности тарелки клапана / А. Г. Ипатов, К. Г. Волков // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. – 2021. – № 1 (65). – С. 44-50. EDN: GDFFLE

12. Гавриленко О. О. К вопросу трещиностойкости сверхтвёрдых износостойких покрытий на основе B4C-BN / О. О. Гавриленко [и др.] // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Материаловедение и новые материалы». – 2021. – № 5 (111). – С. 23-32. EDN: FBLNUU

13. Дородов П. В. Повышение надежности сельскохозяйственных машин путем оптимизации формы их деталей : Дис. … д-ра техн. наук / П. В. Дородов. – М., 2015. – 327 с. EDN ZGDAUP.