STRUCTURE AND PROPERTIES OF PLASMA COATINGS WHEN SPUTTERED WITH A COMPOSITE MATERIAL OBTAINED USING THE SHS PROCESS
DOI:
https://doi.org/10.35546/kntu2078-4481.2023.2.6Keywords:
resource, machine parts, SHS process, charge, composite material, plasma spraying, coating, structure, phase composition, microhardness, wear resistance, carbideAbstract
The structure and properties of plasma-sputtered coatings based on a self-fluxing alloy of the Ni-Cr-B-Si system of PG-10N-01 grade modified with a material obtained by the self-propagating high-temperature synthesis (SHS process) were investigated. Powders of titanium (Ti), carbon black (C), aluminium powder (Al), silicon dioxide (SiO2) and aluminium oxide (Al2O3), iron oxide (Fe2O3) and PT-NA-01 thermosetting powder were used as the primary components of the modifying composite material. The mechanical activation of the charge was performed in the KM-1 ball mill for 15 minutes, at 130 rpm and a ratio 1:40 of the charge weight to the grinding media weight. The SHS process was initiated by the heat of a red-hot nichrome helix of diameter 0.8 mm in an argon (Ar) medium. The plasma sputtering process was carried out on the MPN-004 microplasma-based sputtering system, at a current of 45 A, voltage 30 В, with a distance of 100 mm on a 65G steel sample of thickness 3 mm. Argon (Ar) was used as a plasma-forming and shielding gas, with a flow rate of 70 l/h and 280 l/h, respectively. In the course of the work, the microstructure of the sputter-deposited coatings was studied using metallographic analysis and electron microscopy, their X-ray phase analysis was carried out, and their microhardness and wear resistance were determined. It was found that plasma sputtering of the composite material resulted in the formation of coatings with a dense and multiphase structure. The composition of the PG-10N-01 coating includes a solid solution of γ-Ni with nickel boride (Ni3B). With the addition of a modifying composite material, along with γ-Ni with nickel boride (Ni3B), titanium carbide (TiC) and diboride (TiB2), as well as silicon carbide (SiC), were found in the coating, which led to an increase in the microhardness of the coating and its higher wear resistance in the process of abrasive wear. The developed composite material is recommended for strengthening the surfaces of machine parts that are used in abrasive environments.
References
Наука про матеріали: Досягнення та перспективи / редкол. Л.М. Лобанов (голова) та ін. Київ : НАН України, Академперіодика, 2018. Т. 1. 652 с.
Коржик В.М., Рябоволик Ю.В., Шевченко В.Ю., Демянов О.І. Трибологічні характеристики електродугових покриттів для відновлювання деталей сільськогосподарських машин та обладнання. Міжвузівський збірник «Наукові нотатки». Луцьк. 2011. № 32. С. 185–190.
Kharatyan S.L., Merzhanov A.G. Coupled SHS reactions as a useful tool for synthesis of materials: an overview. International Journal of SHS. 2012. № 21. P. 59–73. DOI: https://doi.org/10.3103/S1061386212010074
Merzhanov A.G., Borovinskaya I.P. Historical retrospective of SHS: an autoreview. International Journal of SHS. 2008. № 4. P. 242–265. DOI: https://doi.org/10.3103/S1061386208040079
Tavadze G.F., Shteinberg A.S. Production of advanced materials by methods of self-propagating high-temperature synthesis. Tbilisi : Meridian, 2011. 206 p.
Тавадзе Г.Ф. Про розвиток напряму самопоширюваного високотемпературного синтезу. Доповідь з нагоди вручення Золотої медалі ім. В.І. Вернадського НАН України. Вісник НАН України. 2017. № 5. С. 46–51.
Лузан С.О., Ситников П.А. Ретроспективний аналіз формування та розвитку самопоширюваного високотемпературного синтезу. Вісник Кременчуцького національного університету імені Михайла Остроградського. 2022. № 4 (135). С. 88–96. DOI: https://doi.org/10.32782/1995-0519.2022.4.12
Лузан С.О., Ситников П.А. Самопоширюваний високотемпературний синтез: стан, проблеми та перспективи розвитку. Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. 2022. № 6. Т. 33 (72). С. 17–23. DOI: https://doi.org/10.32782/2663-5941/2022.6/04
Ющенко К.А., Борисов Ю.С., Кузнецов В.Д., Корж В.М. Інженерія поверхні: підручник. Київ, Наукова думка. 2007. 553 с.
Смирнов І.В., Чорний А.В., Фурман В.К., Долгов Н.А. Вплив домішок нанодисперсних сполук оксидів на зносо- та корозійну стійкість плазмово-напилених покриттів. Проблеми тертя та зношування. 2017. № 1 (74). С. 14–22.
Фурман В.К., Чорний А.В., Смирнов І.В. Дослідження впливу домішок нанопорошки оксиду алюмінію на зносостійкість плазмових покриттів. Проблеми трибології. 2016. № 1. С. 100–104.
Пристрій для плазмового – дугового напилення покриттів: пат. 54496 Україна, МПК (2009) В23К 10/00. № 54496; заявл. 20.05.2010; опубл. 10.11.2010, бюл. № 21. 6 с.
Borisov Yu.S., Borisova A.L., Grishchenko A.P., Vigilanskaya N.V., Kolomiitsev M.V., Vasilkovskaya M.A. Structure and phase composition of ZrB2-SiC-AlN plasma coatings on the surface of C/C-SiC composite materials. Automatic Welding, 2019. № 5. P. 25–35. DOI: https://doi.org/10.15407/as2019.05.03
Борисов Ю.С., Борисова А.Л., Цимбаліста Т.В., Кільдій А.І., Янцевич К.В., Іпатова З.Г. Отримання і властивості детонатоційних покриттів на основі аморфізованого сплаву FeMoNiCrB з введенням зміцнюючих фаз. Автоматичне зварювання. 2021. № 12. С. 38–45. DOI: https://doi.org/10.37434/as 2021.12.05
Лузан С.О., Ситников П.А. Дослідження впливу параметрів механічної активації шихти Ti–C–Al–SiO2–Al2O3–Fe2O3–ПТ-НА-01 на тривалість синтезу композиційного матеріалу, що модифікує. Вісник Харківського автомобільно-дорожнього університету. 2023. № 100. С. 42–47. DOI: https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2023.100.0.42
Luzan S.O., Sytnykov P.A. Device for initiating the SHS process. Materials VI International scientific and practical conference. “Science and innovation of modern world”, London, 23–25 February 2023. London. P. 237–239.
