Структурно-фазовое состояние и износ покрытия Ni–Cr–B–Si–С на стали 45 в условиях трения со сдвиговым компонентом нагрузки

Б. Н. Мордюк$^{1}$, О. А. Микосянчик$^{2}$, Р. Г. Мнацаканов$^{2}$

$^{1}$Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^{2}$Национальный авиационный университет, просп. Космонавта Комарова, 1, 03058 Киев, Украина

Получена: 16.09.2019; окончательный вариант - 16.10.2019. Скачать: PDF

Экспериментально изучены структурно-фазовые изменения и износ газопламенного покрытия системы Ni–Cr–B–Si–С на стали 45 в условиях его интенсивной деформации трением со сдвиговой компонентой нагрузки в среде трансмиссионного масла. С помощью оптической микроскопии, растровой электронной микроскопии, рентгеноспектрального и рентгеновского структурно-фазового анализа исследованы морфология, микроструктура, фазовый и химический состав покрытия Ni–Cr–B–Si–С до и после трибологических испытаний. Установлено, что в условиях приложения нормальных (250 МПа) и сдвиговых $P_{\textrm{SH}}$ = 30–50 МПа (20%) напряжений в зоне контакта покрытие Ni–Cr–B–Si–С демонстрирует в два раза более высокую износостойкость по сравнению с материалом основы (сталь 45). Основными факторами повышения износостойкости и снижения работы трения покрытия Ni–Cr–B–Si–С является наличие в наноструктурированном матричном твёрдом растворе на основе Ni равномерно распределённых дисперсных частиц боридов Ni и Cr, карбидов Cr, а также силицидов Ni. Повышение триботехнических характеристик фрикционно-упрочнённого слоя покрытия Ni–Cr–B–Si–С также обусловлено его насыщением элементами среды и смазки (углерод, фосфор).

Ключевые слова: твёрдое защитное покрытие, микроструктура, карбиды, бориды, микротвёрдость, износ, сталь 45.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v42/i02/0175.html

PACS: 61.72.Dd, 62.20.Qp, 68.35.-p, 81.15.Rs, 81.40.Pq, 81.65.Lp


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. D. A. Lesyk, S. Martinez, B. N. Mordyuk, V. V. Dzhemelinskyi, A. Lamikiz, and G. I. Prokopenko, Optics and Laser Technol., 111: 424 (2019). Crossref
  2. I. Hemmati, V. Ocelík, and J. Th. M. De Hosson, Phys. Procedia, 41: 302 (2013). Crossref
  3. I. Hemmati, R. M. Huizenga, V. Ocelík, and J. Th. M. De Hosson, Acta Mater., 61: 6061 (2013). Crossref
  4. I. Hemmati, J. C. Rao, V. Ocelík, and J. Th. M. De Hosson, Microsc. Microanal., 19: 120 (2013). Crossref
  5. B. N. Mordyuk, G. I. Prokopenko, P. Yu. Volosevych, L. E. Matokhnyuk, A. V. Byalonovich, and T. V. Popova, Mater. Sci. Eng. A, 659: 119 (2016). Crossref
  6. T. Liyanage, G. Fisher, and A. P. Gerlich, Surf. Coat. Technol., 205: 759 (2010). Crossref
  7. Газотермические покрытия из порошковых материалов (Ред. Ю. С. Борисов, Ю. А. Харламов, С. Л. Сидоренко, Е. И. Ардатовская) (Киев: Наукова думка: 1987).
  8. Є. А. Астахов, В. В. Артемчук, Східно-Європейський журнал передових технол., 3, № 5 (57): 4 (2012).
  9. A. L. Ortiz, J.-W. Tian, L. L. Shaw, and P. K. Liaw, Scripta Mater., 62: 129 (2010). Crossref
  10. L. Zhou, G. Liu, X. L. Ma, and K. Lu, Acta Mater., 56: 78 (2008). Crossref
  11. B. N. Mordyuk and G. I. Prokopenko, Mater. Sci. Eng. A, 437: 396 (2006). Crossref
  12. B. N. Mordyuk and G. I. Prokopenko, Handbook of Mechanical Nanostructuring (Wiley-VCH: 2015), p. 417. Crossref
  13. H. Nykyforchyn, V. Kyryliv, and O. Maksymiv, Nanoscale Res. Lett., 12: 150 (2017). Crossref
  14. B. N. Mordyuk, G. I. Prokopenko, K. E. Grinkevych, N. A. Piskun, and T. V. Popova, Surf. Coat. Technol., 309: 969 (2017). Crossref
  15. B. N. Mordyuk, G. I. Prokopenko, Yu. V. Milman, M. O. Iefimov, K. E. Grinkevych, A. V. Sameljuk, and I. V. Tkachenko, Wear, 319: 84 (2014). Crossref
  16. C. R. Das, S. K. Аlbert, A. K. Вhaduri, C. Sudha, and A. L. E. Terrance, Surf. Eng., 21, No. 3: 290 (2005). Crossref
  17. О. О. Мікосянчик, Структурно-енергетичні та реологічні показники мастильного шару в контакті тертя в умовах несталих режимів роботи (Дис.  д-ра техн. наук) (Київ: Національний Авіаційний Університет: 2017).
  18. Б. М. Мордюк, О. О. Мікосянчик, Металлофиз. новейшие технол., 39, № 6: 795 (2017). Crossref
  19. O. Mikosyanchyk, R. Mnatsakanov, А. Zaporozhets, and R. Kostynik, Eastern-European J. Enterprise Technol., 4, No. 1 (82): 24 (2016). Crossref
  20. T. M. A. Al-Quraan, O. O. Mikosyanchyk, and R. G. Mnatsakanov, Mech. Eng. Res., 6, No. 2: 48 (2016). Crossref
  21. O. A. Mikosyanchik and R. G. Mnatsakanov, J. Frict. Wear, 38: 279 (2017). Crossref
  22. S. M. Hsu, M. C. Shen, E. E. Klaus, H. S. Cheng, and P. I. Lacey, Wear, 175: 209 (1994). Crossref
  23. B. E. Gurskii and A. V. Chichinadze, J. Frict. Wear, 28: 395 (2007). Crossref
  24. Б. И. Костецкий, И. Г. Носовский, А. К. Караулов, Поверхностная прочность материалов при трении (Киев: Техника: 1976).
  25. С. А. Беспалов, Успехи физ. мет., 10, № 4: 415 (2009). Crossref
  26. В. В. Тихонович, Металлофиз. новейшие технол., 40, № 8: 1005 (2018). Crossref
  27. D. A. Lesyk, S. Martinez, B. N. Mordyuk, V. V. Dzhemelinskyi, А. Lamikiz, G. I. Prokopenko, Yu. V. Milman, and K. E. Grinkevych, Surf. Coat. Technol., 328: 344 (2017). Crossref
  28. L. Zhou, G. Liu, Z. Han, and K. Lu, Scripta Mater., 58: 445 (2008). Crossref
  29. R. Sorokatyi, M. Chernets, A. Dykha, and O. Mikosyanchyk, Advances in Mechanism and Machine Science (Ed. T. Uhl) (Springer: 2019), p. 3761. Crossref
  30. Q. Li, D. Zhang, T. Lei, C. Chen, and W. Chen, Surf. Coat. Technol., 137: 122 (2001). Crossref
  31. Binary alloy Phase Diagrams (Ed. T. B. Massalski) (ASM International: 1990).
  32. P. Rogl, Phase Diagrams of Ternary Metal–Boron–Carbon Systems (Ed. G. Effenberg), (Novelty, OH: ASM International: 1998), p. 36.
  33. C. E. Campbell and U. R. Kattner, Calphad, 26: 477 (2002). Crossref
  34. И. А. Любинин, М. В. Курбатова, К. Э. Гринкевич, Л. М. Куликов, Н. Б. Кёниг, Л. Г. Аксельруд, В. Н. Давыдов, Наносистеми, наноматеріали, нанотехнології, 7, № 1: 271 (2009).
  35. M. A. Vasylyev, S. P. Chenakin, and L. F. Yatsenko, Acta Mater., 103: 761 (2016). Crossref
  36. М. О. Васильєв, Б. М. Мордюк, С. І. Сидоренко, С. М. Волошко, А. П. Бурмак, Металлофиз. новейшие технол., 37, № 7: 1269 (2015). Crossref
  37. H. Toda, K. Minami, K. Koyama, K. Ichitani, M. Kobayashi, K. Uesugi, and Y. Suzuki, Acta Mater., 57: 4391 (2009). Crossref
  38. A. I. Dekhtyar, B. N. Mordyuk, D. G. Savvakin, V. I. Bondarchuk, I. V. Moiseeva, and N. I. Khripta, Mater. Sci. Eng. A, 641: 348 (2015). Crossref