PRODUCTION OF HIGH-TEMPERATURE PROTECTIVE COATINGS BY MODIFICATION OF HARD-FUSING CARBIDES OF CHEMICAL COMPOUNDS
- Authors: Trofimova A.1, Strokina I.1, Flores M.1, Marinich V.1
-
Affiliations:
- Siberian State Industrial University
- Issue: No 4 (2025)
- Section: Статьи
- URL: https://ogarev-online.ru/2304-4497/article/view/380626
- ID: 380626
Cite item
Abstract
Progress in the production of heat-resistant alloys, nuclear energy, and industrial high-temperature chemistry necessitates the use of materials capable of withstanding high temperatures, as well as improving the functional and operational characteristics (hardness, strength, wear resistance, corrosion resistance, and service life) of steels and cast iron. Existing compounds have low heat–resistant properties and a limited service life, increasing which is an urgent task that can be solved by modification. Modification is one of the effective and relatively inexpensive ways to change the structure of various industrial alloys. The most promising materials having a long service life and maintaining high hardness over a wide temperature range are carbides of refractory chemical compounds. Various ways of modifying refractory metals with carbides are considered. The characteristics of multilayer and single-layer coatings are presented. The substantiation of the modifying effect exerted on the structure of alloys by refractory chemical compounds of carbides is given. The results of modification of carbon structural steel with tungsten carbide showed an increase in the service life of steel by 70%. It is revealed that a high proportion of the carbide refractory phase grain ensures a small crystal size, which leads to higher hardness and strength of the coating. The analysis of the modified aluminum surface showed the dependence of the properties of the surface layer on the modes of the modification process. It has been established that tantalum carbide is prone to thermal destruction, eliminated by additional alloying. The presented approaches to modifying the surface of metals and alloys can be a solution to the problem of the lack of materials used when heated by high-temperature flows to temperatures exceeding 2000-2500 ° C under the influence of aggressive media.
About the authors
Arina D. Trofimova
Siberian State Industrial University
Author for correspondence.
Email: arinaatrva.053@mail.ru
ORCID iD: 0009-0008-5441-2381
Russian Federation
Irina V. Strokina
Siberian State Industrial University
Email: strokina_iv@sibsiu.ru
ORCID iD: 0000-0003-3719-8949
SPIN-code: 3928-1409
Maria J. Noriega Flores
Siberian State Industrial University
Email: cereso13@hotmail.es
ORCID iD: 0009-0001-2475-1349
Vitaly S. Marinich
Siberian State Industrial University
Email: marinich_vs@mail.ru
ORCID iD: 0009-0000-5083-6226
References
- Климов Д.А., Мыктыбеков Б., Низовцев В.Е., Ухов П.А. Перспективы применения наноструктурных композиционных материалов на основе карбидов и оксидов тугоплавких металлов для авиакосмических объектов. В кн.: Труды МАИ. Технологии материалов. 2011:1–8.
- Елизарова Ю.А., Захаров А.И. Высокотемпературные защитные покрытия функционального назначения. Научные исследования и разработки. Новые огнеупоры. 2020;(10):52-60.
- Hatamleh M. I., Mahadevan J., Malik A. Prediction of residual stress random fields for selective laser melted A357 aluminum alloy subjected to laser shock peening. Journal of Manufacturing Science & Engineering. 2019;141(10):101011.
- Сатаева Н.Е., Емельяненко К.А., Домантовс-кий А.Г. Лазерная обработка алюминиевых сплавов для создания атмосферостойких супергидрофобных покрытий. Российские нанотехнологии. 2020;15(2):158‒163.
- Куис Д.В., Волочко А.Т., Шегидевич А.А., Свидунович Н.А., Омелюсик А.В., Лежнев С.Н., Мухамедзянова Э.Р., Кузнецова О.Н. Композиционные материалы, полученные при обработке алюминиевого расплава лигатурами, содержащими углеродные частицы. Вестник Казанского технологического университета. 2014;17(18):143‒145.
- Тошев М.Т. Применение нитридов качестве модификаторов алюминия. Политехнический вестник. Инженерные исследования. 2019;1(45):93–96. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2025-2(52)-110-117. EDN: TDWYFZ.
- Shinkaryov A.S., Ozherelkov D.Y., Pelevin I.A. Laser fusion of aluminum powder coated with diamond particles via selective laser melting: Powder preparation and synthesis description. Coatings. 2021;11(10):1219.
- Liu A., Guo M., Hu H. Improved wear re-sistance of low carbon steel with plasma melt injection of WC particles. Journal of Materials Engineering and Performance. 2010;1(19):848–851.
- Шульман Д.А., Скудин В.В., Шамкина Н.А. Получение тонких слоев карбидов молибдена на поверхности микрофильтрационных мембран. Успехи в химии и химической технологии. 2010;5(24):46–51.
- Рузиев У.Н., Гуро В.П., Шарипов Х.Т., Каю- мов Б.Б., Ниязматов А.А. Сырье для модифицированных твердых сплавов на основе карбида вольфрама. Химический журнал Казахстана. 2022;1(77):37 – 48.
- Schalk N., Tkadletz M., Mitterer C. Hard coa-tings for cutting applications: Physical vs. chemical vapor deposition and future challen-ges for the coatings community. Surface and Coatings Technology. 2022;2(15):429–441. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2021.127949
- Нориега Флорес М.Х., Строкина И.В., Трофимова А. Д. и др. Анализ методов модифицирования алюминиевых сплавов. Вестник Сибирского государственного индустриального университета. 2025;2(52):110‒117. https://doi.org/10.57070/2304-4497-2025-2(52)-110-117. EDN: TDWYFZ.
- Григорьянц А.Г., Шиганов И.Н., Третьяков Р.С., Мисюров А.И., Асютин Р.Д., Дренин А.А., Пересторонин А.В. Повышение износостойкости стали методом лазерного поверхностного модифицирования карбидом вольфрама. Вестник ВНИИЖТ. 2019;78(5):290‒296.
- Крючков П.М. Совершенствование твердого сплава для буровых работ за счет применения вакуумного спекания в сочетании с легированием карбидом тантала. Физическая мезомеханика. Технологии материалов. 2002;20(4):117 – 121.
- Mariappan T. Recent developments of intu-mescent fire protection coatings for structural steel: A review. Journal of Fire Sciences. 2016;34(2):120‒163.
- Kumar S., Singh R., Singh T.P., Sethi B.L. Surface modification by electrical discharge machining: A review. Journal of Materials Processing Technology. 2009;209(8):367–368.
- Сытченко А.Д., Фатыхова М.Н., Кузне- цов В.П., Купцов К.А., Петржик М.И., Кудряшов А.Е., Кирюханцев-Корнеев Ф.В. Покрытия на основе карбида тантала, полученные методами магнетронного распыления и электроискрового легирования, для повышения износостойкости деталей за-порной арматуры. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2023;17(3):67–78.
- Калюжный Д.Г., Палабугин М.В., Бурны-шев И.Н., Лыс В.Ф., Ладьянов В.И. Формирование керамического покрытия на поверхности алюминиевого сплава ВАЛ10 при лазерном модифицировании в растворе полисиликатов. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2024;18(2):53–60.
- Кочанов Г.П., Костиков И.А., Ковалев И.А., Канныкин С.В., Шевцов С.В., Конова- лов А.А. Синтез тугоплавкой керамики на основе карбида циркония прямой карбидизацией циркония. ВГТУ. Неорганические материалы. 2023;59(2):202–207.
- Голиков А.Ю., Головин Е.Д., Савенко Т.И., Кузнецов В.А., Черепанов А.Н. Модифицирование алюминиевых сплавов мелкодисперсными тугоплавкими частицами с целью повышения их механических свойств. Известия вузов. Функциональные покрытия. 2021:303–304.
- Witkin D.B., Patel D.N., Helvajian H. Surface treatment of powder-bed fusion additive manufactured metals for improved fatigue life. Journal of Materi Engineering and Perform. 2019;28:681–692.
- Zeng, Yi, Dini Wang, Xiang Xiong. Ablation-resistant carbide Zr0, 8Ti0, 2C0, 74B0, 26 for oxidizing environments up to 3000 °C. Nature Communications. 2017;17(8):35–46.
- Mariappan T. Recent developments of intu-mescent fire protection coatings for structural steel: A review. Journal of Fire Sciences. 2016;34(2):120–163.
- Jinliang Z., Qingsong W., Dave B. A review of selective laser melting of aluminum alloys: Processing, microstructure, property and developing trends. Journal of Materials Science & Technology. 2019;35(2):270–284.
- Пантелеева А.В., Никонова Р.М. Модифи-цирование алюминия упрочняющими фазами TiB2 и TiC методом СВС в расплаве. Химическая физика и мезоскопия. 2019;21(1):65–69.
- Шиганов И.Н., Самарин П.Е. Модифицирование поверхности алюминиевых сплавов карбидами кремния методом лазерного оплавления. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия: Машиностроение. 2012;5:62‒68.
- Olakanmi E.O., Cochrane R.F., Dalgarno K.W. A review on selective laser sintering/melting (SLS/SLM) of aluminium alloy powders: Processing, microstructure, and properties. Progress in Materials Science. 2015;74:401‒477.
- Pratik S., Subhasisa N., Guanjun W. Surface property modifications of silicon carbide ce-ramic following laser shock peening. Journal of the European Ceramic Society. 2017;37(9):302–308.
- Luo H., Yazdi M. A., Chen S., Sun H., Gao F., Heintz O., Monteynard A., Sanchette F., Billard A. Structure, mechanical and tribological properties, and oxidation resistance of TaC/a-C:H films deposited by high power impulse magnetron sputtering. Ceramics International. 2022;17(3):249–250.
- Du S., Wen M., Yang L., Ren P., Meng Q., Zhang K., Zheng W. Structural, hardness and toughness evolution in Si-incorporated TaC films. Ceramics International. 2018;44(8):931–935.
- Lurie S., Belov P., Solyaev Yu., Aifantis E.C. On one class of applied gradient models with simplified boundary problems. Mater. Phys. Mech. 2017;32(3):353‒369.
Supplementary files
