Свойства электроискровых покрытий AlB$_{12}$–Al на алюминиевом сплаве Д1

А. П. Уманский$^{1}$, М. С. Стороженко$^{1}$, В. Е. Шелудько$^{1}$, В. Б. Муратов$^{1}$, В. В. Кременицкий$^{2}$, И. С. Марценюк$^{1}$, М. А. Васильковская$^{1}$, А. Д. Костенко$^{1}$, А. А. Васильев$^{1}$, А. Е. Терентьев$^{1}$, Д. С. Каменских$^{3}$

$^{1}$Институт проблем материаловедения им. И. Н. Францевича НАН Украины, ул. Академика Кржижановского, 3, 03142 Киев, Украина
$^{2}$Технический центр НАН Украины, ул. Покровская, 13, 04070 Киев, Украина
$^{3}$Институт биоорганической химии и нефтехимии им. В. П. Кухаря НАН Украины, ул. Мурманская, 1, 02094 Киев, Украина

Получена: 05.05.2021. Скачать: PDF

Статья посвящена исследованию структуры и свойств электроискровых покрытий из алюмоматричного композиционного электродного материала AlB$_{12}$–50% масс. Al на алюминиевом сплаве Д1. Оценена принципиальная возможность получения таких покрытий путём теоретического расчёта критерия Палатника (0,59). Коэффициент теплопроводности и теплоёмкость композита рассчитаны или определены экспериментально. Исследована кинетика массопереноса при электроискровом легировании (ЭИЛ). Учитывая достаточно высокие значения привеса катода, для дальнейшего исследования было выбрано покрытие, нанесённое на шестом режиме ($E$ = 2,52 Дж, $\tau$ = 700 мкс) установки ALIER-52. Для него определены: толщина ($h$ = 380 мкм), микротвёрдость ($H_{\mu}$ = 1,86 ГПа, ПМТ-3, $P$ = 0,05 Н) и износ при сухом трении (13,7 мг/(км$\cdot$см$^{2}$), машина трения МТ-68, схема трения штифт–диск, $V$ = 4 м/с, $P$ = 0,2 МПа, путь трения $S$ = 3 км). Фазовый состав покрытия изучен дифрактометром ДРОН-3М, а элементный рентгеноспектральный анализ поверхности и поперечного сечения проводили на сканирующем электронном микроскопе JEOL JSM-6490 LV, снабжённом системой энергодисперсионного рентгеновского микроанализа и дифракции отражённых электронов. РФА в покрытии обнаружены Al, Al$_2$O$_3$, следы B, B$_2$O$_3$, Fe$_2$O$_3$, AlFeO$_3$, AlB$_2$ и AlB$_{10}$. Содержание Al (в некоторых участках оно достигает 89,92% масс.) превышает содержание остальных фаз, что, в конечном итоге, влияет на устойчивость покрытия в условиях сухого трения. Обращает на себя внимание отсутствие фазы AlB$_{12}$, что является следствием термоокислительной деструкции додекаборида алюминия в жёстких условиях ЭИЛ.

Ключевые слова: AlB$_{12}$–Al, кинетика массопереноса, структура, фазовый состав, микротвёрдость, износ.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v43/i11/1443.html

PACS: 62.20.Qp, 68.55.Nq, 81.05.Je, 81.05.Mh, 81.15.Rs, 81.40.-z


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. I. N. Fridlyander, Tekhnologiya Lyogkih Splavov, 4: 12 (2002) (in Russian).
  2. A. A. Mityaev, S. B. Belikov, and I. P. Volchok, Vestnik Dvigatelestroeniya, 1: 155 (2006) (in Russian).
  3. Aluminum Alloys: Preparation, Properties and Application (Ed. Erik L. Persson) (New York, NY, USA: Nova Science Publishers Inc.: 2011).
  4. ASM Specialty Handbook®. Aluminum and Aluminum Alloys (Ed. by J. R. Davis&Associates) (Russell Township, Geauga County, OH, USA: ASM International: 1993).
  5. V. A. Duyunova, A. A. Leonov, and S. V. Molodtsov, Trudy VIAM, 2(86): 22 (2020) (in Russian). Crossref
  6. R. Cobden, Aluminum: Physical Properties, Characteristics and Alloys (TALAT Lecture 1501: EAA: 1994).
  7. Aluminum Alloys: Their Physical and Mechanical Properties (Eds. J. Hirsch, B. Skrotzki, and G. Gottstein) (Weinheim: Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA: 2008), vol. 1.
  8. V. D. Aleksandrov, Poverhnostnoe Uprochnenie Alyuminievykh Splavov [Surface Hardening of Aluminum Alloys] (Moscow: Tekhnopoligrafcentr: 2002) (in Russian).
  9. O. Yu. Usanova, A. V. Ryazantseva, I. L. Savelev, and V. S. Timohin, J. Phys.: Conf. Ser., 1515, No. 2: 022074 (2020). Crossref
  10. V. I. Agafii, V. I. Petrenko, V. M. Fomichev, V. I. Yurchenko, E. V. Yurchenko, and A. I. Dikusar, Surf. Eng. Appl. Elect., 49, No.3: 181 (2013). Crossref
  11. G. Renna, P. Leo, G. Casalino, and E. Cerri, Adv. Mater. Sci. Eng., Article ID 8563054, 11 pages (2018). Crossref
  12. Q. Zhu, B. Zhang, X. Zhao, and B. Wang, Coatings, 10, Iss. 2: 128 (2020). Crossref
  13. Ya. S. Kuzin, M. A. Fomina, I. A. Kozlov, and A. E. Kutyrev, Trudy VIAM, 4–5 (88): 70 (2020) (in Russian). Crossref
  14. M. Ezzat, M. A. El-Waily, M. Abdel-Rahman, and Y. Ismail, Surf. Rev. Lett., 25, No. 4: 1850079 (2018). Crossref
  15. W. Pakieła, L. A. Dobrzanski, K. Labisz, T. Tanski, K. Basa, and M. Roszak, Arch. Metall. Mater., 61, No. 3: 1343 (2016). Crossref
  16. V. A. Duyunova, I. A. Kozlov, M. S. Oglodkov, and A. A. Kozlova, Trudy VIAM, 8 (80): 79 (2019) (in Russian). Crossref
  17. A. D. Verkhoturov, I. A. Podchernyaeva, L. F. Pryadko, and F. F. Egorov, Elektrodnye Materialy dlya Elektroiskrovogo Legirovaniya [Electrode Materials for Electrospark Alloying] (Moscow: Nauka: 1988) (in Russian).
  18. A. D. Verkhoturov and S. V. Nikolenko, Uprochnyayushchie Tekhnologii i Pokrytiya, No. 2: 13 (2010) (in Russian).
  19. A. D. Verkhoturov, V. I. Ivanov, and L. A. Konevtsov, Surf. Eng. Appl. Elect., 55, No. 3: 241 (2019). Crossref
  20. O. O. Vasiliev, V. B. Muratov, and T. I. Duda, Physics and Chemistry of Solid State, 18, No. 3: 358 (2017). Crossref
  21. P. S. Kisly, V. A. Neronov, T. A. Prikhna, and Yu. V. Bevza, Boridy Aljuminiya [Aluminum Borides] (Kiev: Naukova Dumka: 1990) (in Russian).
  22. V. B. Muratov, P. V. Mazur, V. V. Garbuz, E. V. Kartuzov, and O. O. Vasiliev, Sposib Oderzhannya Poroshku Dodekaborydu Alyuminiyu AlB12 [The Method of Obtaining of AlB12 Aluminium Dodecaboride Powder]: Patent 107193 UA. MPK (2016.01), C01B 35/04, C01F 7/00 (Promyslova Vlasnist, No. 10: 4.52) (2016) (in Ukrainian).
  23. P. V. Mazur, V. B. Muratov, V. V. Garbuz, E. V. Kartuzov, and O. O. Vasiliev, Udarostijka Keramika na Osnovi Dodekaborydu Alyuminiyu [Aluminium Dodecaboride-Based Crash-Proof Ceramics]: Patent 107259 UA. MPK (2016.01), C22C 1/04, C01B 35/00, B22F 3/04, C04B 111/20 (Promyslova Vlasnist, No. 10: 4.60) (2016) (in Ukrainian).
  24. G. N. Dulnev and Yu. P. Zarichnyak, Teploprovodnost Smeseyi Kompozitsionnykh Materialov [Thermal Conductivity of Mixtures and Composite Materials] (Leningrad: Energiya: 1974) (in Russian).
  25. L. S. Palatnik, Dokl. Acad. Nauk SSSR, LXXXIX, No. 3: 455 (1953) (in Russian).
  26. O. S. Manakova, A. E. Kudryashov, and E. A. Levashov, Surf. Eng. Appl. Elect., 51, No. 5: 413 (2015). Crossref
  27. metallicheckiy-portal.ru/marki_metallov/alu/D1
  28. thermalinfo.ru
  29. V. S. Kovalenko, A. D. Verkhoturov, L. F. Golovko, and I. A. Podchernyaeva, Lazernoe i Electroerozionnoe Uprochnenie Materialov [Laser and Electroerosion Hardening of Materials] (Moscow: Nauka: 1986) (in Russian).
  30. T. Atoda, I. Higashi, and M. Kobayashi, Sci. Pap. Inst. Phys. Chem. Res., 61, No. 3: 92 (1967).
  31. V. I. Mikhailov, Poluchenie i Fiziko-Himicheskie Svoystva Materialov na Osnove Nanodispersnykh Oksidov Alyuminiya i Zheleza (III) [Obtaining and Physical-Chemical Properties of Materials Based on Nanodispersed Oxides of Aluminum and Iron (III)] (Thesis of Disser. for Cand. Chem. Sci.) (Syktyvkar: Institute of Chemistry Komi Science Centre UB RAS: 2016) (in Russian).
  32. L. V. Koroleva, Recent Advances in Abrasives Research (Ed. Ing. Dirk Bähre, PhD) (New York, NY, USA: Nova Science Publishers Inc.: 2013), p. 173.
  33. S. Okada and T. Atoda, J. Ceram. Association, Japan, 88, Iss. 1021: 547 (1980) (in Japanese). Crossref
  34. G. Will, Zeitschrift für Kristallogr., 128: 156 (1969). Crossref
  35. A. P. Abramchuk, G. A. Bovkun, V. V. Mikhailov, and Yu. G. Tkachenko, Electronnaya Obrabotka Materialov, 3: 25 (1987) (in Russian).