Осаждение силицида титана на нержавеющую сталь AISI304

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Металлокерамические покрытия на основе силицида титана привлекательны для защиты нержавеющей стали AISI304 от износа, коррозии и высокотемпературного окисления. Цель работы. Изучение структуры поверхностного слоя нержавеющей стали AISI 304 после ЭИЛ в смеси титановых гранул с порошком кремния и исследование жаростойкости, коррозионных и триботехнических свойств полученных покрытий. Методика исследований. Получены Fe-Ti-Si-покрытия на нержавеющей стали AISI304 электроискровой обработкой нелокализованным электродом, состоящим из титановых гранул и 2,6…6 об.% смеси порошков титана и кристаллического кремния. Результаты и обсуждение. Показано, что стабильный положительный привес катода наблюдается, когда доля кремния в порошковой смеси не превышает 32 %. В фазовом составе покрытий присутствовали: твердый раствор хрома в железе, силицид титана Ti5Si3, титан и кремний, что подтверждается данными энергодисперсионного анализа. Твердость Ti-Si-покрытий находилась в диапазоне от 10,05 до 12,86 ГПа, что выше, чем у стали AISI304 в 5–6 раз. Коэффициент трения покрытий был примерно на 20 % ниже по сравнению со сталью AISI304 и находился в пределах 0,71…0,73. Испытания на износ в режиме сухого скольжения показали, что Ti-Si-покрытия могут повысить износостойкость стали AISI304 до 6 раз. Жаростойкость покрытий при температуре 900 оС была от 7 до 12 раз выше по сравнению со сталью AISI304. Проведенные исследования показали, что новые электроискровые Fe-Ti-Si-покрытия позволяют повысить коррозионную устойчивость, жаростойкость и твердость, а также снизить коэффициент трения и износ поверхности нержавеющей стали AISI304.

Об авторах

А. А. Бурков

Email: burkovalex@mail.ru
канд. физ.-мат. наук, Хабаровский Федеральный исследовательский центр Институт материаловедения ДВО РАН, ул. Тихоокеанская, 153, 680042, г. Хабаровск, Россия, burkovalex@mail.ru

В. О. Крутикова

Email: nm32697@gmail.com
Институт тектоники и геофизики им. Ю.А. Косыгина ДВО РАН, ул. Ким Ю. Чена, 65, 680000, г. Хабаровск, Россия, nm32697@gmail.com

Список литературы

  1. Рыбалка К.В., Бекетаева Л.А., Давыдов А.Д. Определение скорости коррозии стали AISI 304 в растворах HCl методом измерения омического сопротивления исследуемого образца // Электрохимия. – 2019. – Т. 55, № 9. – С. 1147–1152. – doi: 10.1134/S0424857019080139.
  2. Tribocorrosion behaviour of duplex surface treated AISI 304 stainless steel / A. de Frutos, M.A. Arenas, G.G. Fuentes, R.J. Rodríguez, R. Martínez, J.C. Avelar-Batista, J.J. de Damborenea // Surface and Coatings Technology. – 2010. – Vol. 204, N 9–10. – P. 1623–1630. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2009.10.039.
  3. Штефан В.В., Канунникова Н.А. Оксидирование стали AISI 304 в Al-, Ti-содержащих растворах // Физикохимия поверхности и защита материалов. – 2020. – Т. 56, № 2. – 202–207. – doi: 10.31857/S0044185620020230.
  4. The influence of the pre-placed powder layers on the morphology, microscopic characteristics and microhardness of Ti-6Al-4V/WC MMC coatings during laser cladding / C. Qi, X. Zhan, Q. Gao, L. Liu, Y. Song, Y. Li. // Optics and Laser Technology. – 2019. – Vol. 119. – P. 105572. – doi: 10.1016/j.optlastec.2019.105572.
  5. Nurminen J., Näkki J., Vuoristo P. Microstructure and properties of hard and wear resistant MMC coatings deposited by laser cladding // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. – 2009. – Vol. 27. – P. 472–478. – doi: 10.1016/j.ijrmhm.2008.10.008.
  6. In-situ Ti (C, N) reinforced AlCoCrFeNiSi-based high entropy alloy coating with functional gradient double-layer structure fabricated by laser cladding / G. Yan, M. Zheng, Z. Ye, J. Gu, C. Li, C. Wu, B. Wang // Journal of Alloys and Compounds. – 2021. – Vol. 886. – P. 161252. – doi: 10.1016/J.JALLCOM.2021.161252.
  7. Liu X.B., Wang H.M. Microstructure, wear and high-temperature oxidation resistance of laser clad Ti5Si3/γ/TiSi composite coatings on γ-TiAl intermetallic alloy // Surface and Coatings Technology. – 2006. – Vol. 200, N 14–15. – P. 4462–4470. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2005.03.006.
  8. Effect of Si content on microstructure and tribological properties of Ti5Si3/TiC reinforced NiTi laser cladding coatings / W. Su, X. Cui, Y. Yang, Y. Guan, Y. Zhao, S. Wan, J. Li, G. Jin // Surface and Coatings Technology. – 2021. – Vol. 418. – P. 127281. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2021.127281.
  9. Aluminum diffusion inhibiting properties of Ti5Si3 at 900 °C and its beneficial properties on Al-rich oxidation protective coatings on γ-TiAl / P.-P. Bauer, R. Swadzba, L. Klamann, N. Laska // Corrosion Science. – 2022. – Vol. 201. – P. 110265.
  10. Microstructure and dry sliding wear behavior of plasma transferred arc clad Ti5Si3 reinforced intermetallic composite coatings / Y.F. Liu, Y.L. Zhou, Q. Zhang, F. Pu, R.H. Li, S.Z. Yang // Journal of Alloys and Compounds. – 2014. – Vol. 591. – P. 251–258. – doi: 10.1016/J.JALLCOM.2013.12.225.
  11. Бурков А.А., Кулик М.А., Крутикова В.О. Характеристика Ti–Si-покрытий на сплаве Ti6Al4V, осажденных электроискровой обработкой в среде гранул // Цветные металлы. – 2019. – № 4. – С. 54–59. – doi: 10.17580/tsm.2019.04.07.
  12. Pliszka I., Radek N. Corrosion resistance of WC-Cu coatings produced by electrospark deposition // Procedia Engineering. – 2017. – Vol. 192. – P. 707–712. – doi: 10.1016/j.proeng.2017.06.122.
  13. Палатник Л.С. Фазовые превращения при электроискровой обработке металлов и опыт установления критерия наблюдаемых взаимодействий // Доклады Академии наук СССР. – 1953. – Т. 89, № 3. – С. 455–458.
  14. Бурков А.А. Получение аморфных покрытий электроискровой обработкой стали 35 в смеси железных гранул с CrMoWCBSi порошком // Обработка металлов: технология, оборудование, инструменты. – 2019. – Т. 21, № 4. – С. 19–30. – doi: 10.17212/1994-6309-2019-21.4-19-30.
  15. Бурков А.А., Кулик М.А. Электроискровое осаждение покрытий с использованием порошка Cr3C2 и их характеристика // Письма о материалах. – 2019. – Т. 9, № 2. – С. 243–248. – doi: 10.22226/2410-3535-2019-2-243-248.
  16. Бурков А.А., Кулик М.А. Коррозионная и триботехническая характеристика металломатричных Fe-Ti-Cr-B покрытий // Сварочное производство. – 2021. – № 12. – С. 43–49.
  17. The synthesis of bulk material through explosive compaction for making intermetallic compound Ti5Si3 and its composites / K. Hokamoto, J.S. Lee, M. Fujita, S. Itoh, K. Raghukandan // Journal of Materials Science. – 2002. – Vol. 37, N 19. – P. 4073–4078. – doi: 10.1023/A:1020071416063.
  18. Frommeyer G., Rosenkranz R. Structures and properties of the refractory silicides Ti5Si3 and TiSi2 and Ti-Si-(Al) eutectic alloys // Metallic Materials with High Structural Efficiency. – Dordrecht: Springer, 2004. – P. 287–308. – doi: 10.1007/1-4020-2112-7_30.
  19. Электроискровое легирование титана и его сплавов металлами и композиционными материалами / А.Д. Верхотуров, И.А. Подчерняева, В.М. Панашенко, Л.А. Коневцов. – Комсомольск-на-Амуре: ИмиМ ДВО РАН, 2014. – 320 с.
  20. Oxidation of pentatitanium trisilicide (Ti5Si3) powder at high temperature / J.-I. Matsushita, T. Satsukawa, N. Iwamoto, X. Wang, J. Yang, T. Goto, T. Sekino, X. Wu, S. Yin, T. Sato // Materials Science Forum. – 2016. – Vol. 868. – P. 38–42. – doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/MSF.868.38' target='_blank'>www.scientific.net/MSF.868.38.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).