Властивості електроіскрових покриттів AlB$_{12}$–Al на алюмінієвому стопі Д1

О. П. Уманський$^{1}$, М. С. Стороженко$^{1}$, В. Є. Шелудько$^{1}$, В. Б. Муратов$^{1}$, В. В. Кременицький$^{2}$, І. С. Марценюк$^{1}$, М. А. Васильківська$^{1}$, О. Д. Костенко$^{1}$, О. О. Васільєв$^{1}$, О. Є. Терентьєв$^{1}$, Д. С. Каменських$^{3}$

$^{1}$Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, вул. Академіка Кржижановського, 3, 03142 Київ, Україна
$^{2}$Технічний центр НАН України, вул. Покровська, 13, 04070 Київ, Україна
$^{3}$Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В. П. Кухаря НАН України, вул. Мурманська, 1, 02094 Київ, Україна

Отримано: 05.05.2021. Завантажити: PDF

Статтю присвячено дослідженню структури та властивостей електроіскрових покриттів з алюмоматричного композиційного матеріалу AlB$_{12}$–50% мас. Al на алюмінієвому стопі Д1. Оцінено теоретичну можливість одержання таких покриттів за допомогою теоретичного розрахунку критерію Палатніка (0,59). Коефіцієнт теплопровідності та теплоємність композиту розрахували чи визначили експериментально. Досліджено кінетику масопереносу під час електроіскрового леґування (ЕІЛ). Зваживши на достатньо високі значення приросту катоду, для подальшого дослідження обрано покриття, що нанесене на шостому режимі ($E$ = 2,52 Дж, $\tau$ = 700 мкс) установки ALIER-52. Для нього визначено: товщину ($h$ = 380 мкм), мікротвердість ($H_{\mu}$ = 1,86 ГПа, ПМТ-3, $P$ = 0,05 Н) та знос за сухого тертя (13,7 мг/(км$\cdot$см$^{2}$), машина тертя МТ-68, схема тертя штифт–диск, $V$ = 4 м/с, $P$ = 0,2 МПа, путь тертя $S$ = 3 км). Фазовий склад покриття вивчено за допомогою дифрактометра ДРОН-3М, а елементний рентґеноспектральний аналіз поверхні та поперечного перерізу проведено на сканувальному електронному мікроскопі JEOL JSM-6490 LV, обладнаному системою енергодисперсійного рентґенівського мікроаналізу та дифракції відбитих електронів. РФА в покритті виявлено Al, Al$_2$O$_3$, сліди B, B$_2$O$_3$, Fe$_2$O$_3$, AlFeO$_3$, AlB$_2$ та AlB$_{10}$. Кількість Al (на деяких ділянках вона досягає 89,92% мас.) перевищує кількість інших фаз, що впливає на стійкість покриття в умовах сухого тертя. Звертає на себе увагу відсутність фази AlB$_{12}$, що є наслідком термооксидаційної деструкції додекабориду алюмінію у жорстких умовах ЕІЛ.

Ключові слова: AlB$_{12}$–Al, кінетика масопереносу, структура, фазовий склад, мікротвердість, знос.

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

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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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).