techusguИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологииProceedings of the Southwest State University. Series: Engineering and Technology2223-1528Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1528-2023-13-3-61-73techusgu-165Research ArticleМЕТАЛЛУРГИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕMETALLURGY AND MATERIALS SCIENCEНанесение покрытий из карбидосталей на стальную основу методом плазменного напыленияCoating of Carbide Steels on a Steel Base by Plasma SprayingНарваВ. К.NarvaV. K.

Нарва Валентина Константиновна, кандидат технических наук, профессор кафедры «Порошковой металлургии и функциональных покрытий»  

Ленинский проспект, д. 4, г. Москва 119049, Российская Федерация 

Valentina K. Narva, Candidate of Technical Sciences, Professor of the Department of Powder Metallurgy and Functional Coatings 

 4 Leninsky prospect Moscow 119049, Russian Federation 

zeinalova@rambler.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1790-5004ЕремееваЖ. В.EremeevaZh. V.

Еремеева Жанна Владимировна, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий 

Ленинский проспект, д. 4, г. Москва 119049, Российская Федерация 

ул. Большая Семёновская, д. 38, г. Москва 107023, Российская Федерация

Zhanna V. Eremeeva, Doctor of Sciences (Engineering), Professor, Professor of the Department of Powder Metallurgy and Functional Coatings 

4 Leninsky prospect Moscow 119049, Russian Federation 

38 Str. Bolshaya Semyonovskaya, Moscow 107023, Russian Federation 

eremeeva-shanna@yandex.ruГомжинВ. В.GomzhinV. V.

Гомжин Владимир Владимирович, аспирант кафедры «Металлургия»

ул. Большая Семёновская, д. 38, г. Москва 107023, Российская Федерация 

Vladimir V. Gomzhin, Post-Graduate Student of the Department of Metallurgy 

38 Str. Bolshaya Semyonovskaya, Moscow 107023, Russian Federation 

v.gomzhin@mail.ruВолгинаН. И.VolginaN. I.

Волгина Наталья Ивановна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Металлургия»

ул. Большая Семёновская, д. 38, г. Москва 107023, Российская Федерация

Natalia I. Volgina, Candidate of Sciences (Engineering), Associate Professor of the Department of Metallurgy 

38 Str. Bolshaya Semyonovskaya, Moscow 107023, Russian Federation 

nvolgina2008@rambler.ruНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»РоссияNational Research Technological University MISiSRussian FederationНациональный исследовательский технологический университет «МИСиС»; Московский политехнический университетРоссияNational Research Technological University MISiS; Moscow Polytechnic UniversityRussian FederationМосковский политехнический университетРоссияMoscow Polytechnic UniversityRussian Federation2023290820231336173Copyright © Нарва В.К., Еремеева Ж.В., Гомжин В.В., Волгина Н.И., 20232023Нарва В.К., Еремеева Ж.В., Гомжин В.В., Волгина Н.И.Narva V.K., Eremeeva Z.V., Gomzhin V.V., Volgina N.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://techusgu.elpub.ru/jour/article/view/165

Цель. Установить возможность использования метода плазменного напыления покрытий из карбидосталей на стальную основу с целью повышения износостойкости, определить режимы, исследовать свойства полученных покрытий.Методы. Карбидосталь получали смешиванием компонентов стали и карбида титана в шаровой твердосплавной мельнице в спирте (0,25 л на 1 кг смеси) в течение 48 часов при соотношении шары: смесь = 3:1.Режим смешивания установлен ранее проведенными работами на кафедре. После смешивания шихту сушили при 80–100°С в сушильном шкафу. Грансостав определяли на универсальном лазерном приборе FRITSCH ANALYSETTE 22 MicroTec plus, оснащенном блоком диспергирования в жидкой среде. Текучесть измеряли по ГОСТ 20899-98. Насыпная плотность измерялась по ГОСТ 19440-94.Результаты. Исследован процесс плазменного напыления покрытий из карбидосталей на основу из углеродистой стали 45. Установлена возможность использования метода плазменного напыления покрытий из карбидосталей разных марок на стальную основу с целью повышения износостойкости. Исследован способ подготовки порошковых смесей методом оплавления в атмосфере водорода, обеспечивающий достаточную текучесть карбидосталей при формировании покрытий. Установлены оптимальные режимы нанесения покрытий.Заключение. Экспериментальные исследования показали не только возможность практического применения, но и положительный результат. Установлена высокая прочность сцепления покрытий с основой после вакуумного спекания (для карбидосталей состава 10% TiC и стали Х6В3М – 116 МПа, для карбидостали состава 40% TiC и стали Х12М – 220 МПа).

Purpose. Establish the possibility of using the method of plasma spraying of coatings from carbide steels on the steel base in order to increase wear resistance, to identify modes of spraying and to investigate the properties of the resulting coatings.Methods. Carbide steel has been obtained by mixing the components of steel and titanium carbide in a hard-alloy ball mill in alcohol (0.25 l per 1 kg of mixture) for 48 hours with a ball and mixture ratio of 3 to 1. The mixing mode was established during the previous work at the department. After mixing, it was dried at 80-100 °C in the drying chamber.The granulometric composition was determined on the FRITSCH ANALYSETTE 22 MicroTec plus universal laser device, equipped with a liquid dispersion unit. Fluidity measured according to GOST 20899-98. Bulk density was measured according to GOST 19440-94.Results. The analysis and classification of methods of surface treatment of parts and tools of various purposes was carried out, the most common and promising methods for restoration of products were identified, which include methods of spray coating, vacuum metallization and electrophoretic deposition. The process of plasma spraying of coatings from carbide steels on the basis of carbon steel 45 was studied. The possibility of using the method of plasma spraying of coatings from different types of carbide steels on the steel base in order to increase wear resistance was established. The method of preparation of powder mixture by melting in the hydrogen atmosphere which ensures sufficient fluidityof carbide steels during the formation of coatings was studied. Optimal modes of coatings were established.Conclusion. The conducted analysis and classification of methods of surface treatment of parts revealed the most common and promising methods, among which the process of plasma spraying of coatings was noted. Experimental studies have shown not only the possibility of practical application, but also a positive result. The high strength of adhesion of coatings with the base metal after vacuum sintering (For 10% TiC carbide steels and base of Cr6W3Mo steel - 116 MPa, for the 40% TiC carbide steels and base of Cr12Mo steel - 220 MPa) has been established.

нанесение покрытийкарбидосталиизносостойкостьстальпорошковые смесинапылениевакуумная металлизацияcoatingscarbide steelswear resistancesteelpowdered mixturessprayingvacuum metallizationReferencesCosnahan T., Watt A., Assender H. Surface and Coatings Technology Modelling of a vacuum metallization // Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 336. P. 128–132.Cosnahan T., Watt A., Assender H. Surface and Coatings Technology Modelling of a vacuum metallization. Surface and Coatings Technology, 2018, vol. 336, рр. 128–132.Газотермическое напыление композиционных порошков / А. Я. Кулик, Ю. С. Борисов, А. С. Мнухин, М. Д. Никитин. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. 199 с.Kulik A. Ya., Borisov Yu. S., Mnukhin A. S., Nikitin M. D. Gazotermicheskoe napylenie kompozitsionnykh poroshkov [Gas-thermal spraying of composite powders]. Leningrad, Mashinostroenie Publ., Leningr. otd-nie, 1985. 199 p.Харламов Ю. А. Состояние и современные тенденции развития детонационно-газового метода нанесения покрытий // Защитные покрытия на металле. Киев, 1986. № 20. С. 17–20.Kharlamov Yu. A. Sostoyanie i sovremennye tendentsii razvitiya detonatsionno-gazovogo metoda naneseniya pokrytii [The state and modern trends in the development of the detonation-gas coating method]. Zashchitnye pokrytiya na metalle = Protective coatings on metal. Kiev, 1986, no. 20, pp. 17–20.Борисов Ю. С., Борисова А. Л. Плазменные порошковые покрытия. Киев: Техника, 1986. 223 с.Borisov Yu. S., Borisova A. L. Plazmennye poroshkovye pokrytiya [Plasma powder coatings]. Kiev, Tekhnika Publ., 1986. 223 p.Линник В. А., Пекшев П. Ю. Современная техника газотермического нанесения покрытий. М.: Машиностроение, 1985. 128 с.Linnik V. A., Pekshev P. Yu. Sovremennaya tekhnika gazotermicheskogo naneseniya pokrytii [Modern technique of gas-thermal coating]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1985. 128 p.Porant Paut R. Vacuum metallizing. 1987. Vol. 85, no. 1A. P. 359–369.Porant Paut R. Vacuum metallizing. 1987, vol. 85, no 1A, pp. 359–369.Johnoson R. N., Sheldon G. Z. Advances In the electrospark deposition coating process // Z. Vac. Sci. and technol. 1986. Vol. A.4, no. 6. P. 2740–2746.Johnoson R. N., Sheldon G. Z. Advances In the electrospark deposition coating process. Z. Vac. Sci. and technol, 1986, vol. A.4, no. 6, pp. 2740–2746.Закономерности формирования покрытий в вакууме // В. А. Барвинок, В. И. Богданович, Б. С. Митин [и др.] // Физика и химия обработки материалов. 1986. № 5. С. 92–97.Barvinok V. A., Bogdanovich V. I., Mitin B. S., eds. Zakonomernosti formirovaniya pokrytii v vakuume [Regularities of the formation of coatings in vacuum]. Fizika i khimiya obrabotki materialov = Physics and Chemistry of materials processing, 1986, no. 5, pp. 92–97.Дорожкин Н. Н., Абрамович Т. М., Ярошева В. К. Импульсные методы нанесения порошковых покрытий. Минск: Наука и техника, 1985. 279 с.Dorozhkin N. N., Abramovich T. M., Yarosheva V. K. Impul'snye metody naneseniya poroshkovykh pokrytii [Pulsed methods of powder coating application]. Minsk, Nauka i tekhnika Publ., 1985. 279 p.Гуревич Ю. Г., Нарва В. К., Фраге Н. Карбидостали. М.: Металлургия, 1988. 141 с.Gurevich Yu. G., Narva V. K., Frage N. Karbidostali [Carbidostali]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1988. 141 p.Термохимическое исследование образования силицидов, боридов, карбидов в сплаве Fe–Ni–Cr–Cu–Si–B–C / Ф. Р. Капсаламова, С. А. Красиков, А. Ж. Терликбаева, Е. М. Жилина, А. М. Алимжанова // Расплавы. 2023. № 4. С. 414–425.Kapsalamova F. R., Krasikov S. A., Terlikbaeva A. Zh., Zhilina E. M., Alimzhanova A. M. Termokhimicheskoe issledovanie obrazovaniya silitsidov, boridov, karbidov v splave Fe–Ni–Cr–Cu–Si–B–C [Thermochemical study of the formation of silicides, borides, carbides in Fe–Ni–Cr–Cu–Si–B–C alloy]. Rasplavy = Melts, 2023, no. 4, pp. 414–425.Кирюханцев-Корнеев Ф. В., Шевейко А. Н. Особенности измерения твердости тонких функциональных покрытий методами склерометрии, микро- и наноиндентирования // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2018. Т. 54, № 5. С. 514–520.Kiryukhantsev-Korneev F. V., Sheveyko A. N. Osobennosti izmereniya tverdosti tonkikh funktsional'nykh pokrytii metodami sklerometrii, mikro- i nanoindentirovaniya [Features of measuring the hardness of thin functional coatings by sclerometry, micro- and nanoindentation methods]. Fizikokhimiya poverkhnosti i zashchita materialov = Physical chemistry of the surface and protection of materials, 2018, vol. 54, no. 5, pp. 514–520.Перспективы применения технологии лазерной наплавки для восстановления роликов машин непрерывного литья заготовок / А. В. Макаров, А. Е. Кудряшов, С. В. Невежин, А. С. Герасимов, А. А. Владимиров, Н. Е. Авдеева // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2020. № 7. С. 108–118.Makarov A. V., Kudryashov A. E., Nevezhin S. V., Gerasimov A. S., Vladimirov A. A., Avdeeva N. E. Perspektivy primeneniya tekhnologii lazernoi naplavki dlya vosstanovleniya rolikov mashin nepreryvnogo lit'ya zagotovok [Prospects of application of laser surfacing technology for restoration of rollers of continuous casting machines]. Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V. G. Shukhova = Bulletin of Belgorod State Technological University named after V. G. Shukhov, 2020, no. 7, pp. 108–118.Перспективы применения поверхностного пластического деформирования для снижения шероховатости поверхностей деталей прокатных станов, упрочненных СВС-электродными материалами / А. В. Макаров, А. П. Титова, А. Н. Афонин, А. Е. Кудряшов, А. А. Владимиров // Вестник Брянского государственного технического университета. 2020. № 8 (93). С. 4–12.Makarov A. V., Titova A. P., Afonin A. N., Kudryashov A. E., Vladimirov A. A. Perspektivy primeneniya poverkhnostnogo plasticheskogo deformirovaniya dlya snizheniya sherokhovatosti poverkhnostei detalei prokatnykh stanov, uprochnennykh SVS-elektrodnymi materialami [Prospects for the use of surface plastic deformation to reduce the roughness of the surfaces of parts of rolling mills hardened with SHS-electrode materials]. Vestnik Bryanskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Bulletin of the Bryansk State Technical University, 2020, no. 8 (93), pp. 4–12.Перспективы применения технологии электроискрового легирования и СВС-электродных материалов для повышения стойкости прокатных валков / А. Е. Кудряшов, Е. А. Левашов, Н. И. Репников, А. В. Макаров // Нанотехнологии: наука и производство. 2018. № 2. С. 63–66.Kudryashov A. E., Levashov E. A., Repnikov N. I., Makarov A. V. Perspektivy primeneniya tekhnologii elektroiskrovogo legirovaniya i SVS-elektrodnykh materialov dlya povysheniya stoikosti prokatnykh valkov [Prospects for the use of electric spark alloying technology and SHS-electrode materials to increase the durability of rolling rolls]. Nanotekhnologii: nauka i proizvodstvo = Nanotechnology: science and production, 2018, no. 2, pp. 63–66.Кудряшов А. Е. Анализ современных методов обработки поверхности и электроискровой обработки // Нанотехнологии: наука и производство. 2017. № 4. С. 67–75.Kudryashov A. E. Analiz sovremennykh metodov obrabotki poverkhnosti i elektroiskrovoi obrabotki [Analysis of modern methods of surface treatment and electric spark processing]. Nanotekhnologii: nauka i proizvodstvo = Nanotechnology: science and production, 2017, no. 4, pp. 67–75.Перспективы применения электродных СВС-материалов и технологии электроискрового легирования для упрочнения прокатных валков / А. Е. Кудряшов, О. Н. Доронин, Е. И. Замулаева, Е. А. Левашов, Н. В. Швындина // Черные металлы. 2013. № 10 (982). С. 61–69.Kudryashov A. E., Doronin O. N., Zamulaeva E. I., Levashov E. A., Shvyndina N. V. Perspektivy primeneniya elektrodnykh SVS-materialov i tekhnologii elektroiskrovogo legirovaniya dlya uprochneniya prokatnykh valkov [Prospects of application of electrode SHS materials and technology of electric spark alloying for hardening of rolling rolls]. Chernye metally = Ferrous metals, 2013, no. 10 (982), pp. 61–69.Получение и свойства износостойких комбинированных PVD/CVD-покрытий на твердосплавном инструменте / И. В. Блинков, В. Н. Аникин, Р. В. Кратохвил, М. И. Петржик, Ю. Михальски, А. Наконечны // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2010. № 1. С. 37–43.Blinkov I. V., Anikin V. N., Kratokhvil R. V., Petrzhik M. I., Mikhalski Yu., Nakonechny A. Poluchenie i svoistva iznosostoikikh kombinirovannykh PVD/CVD-pokrytii na tverdosplavnom instrumente [Obtaining and properties of wear-resistant combined PVD/CVD coatings on a carbide tool Proceedings of higher educational institutions]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional'nye pokrytiya = Proceedings of higher educational institutions. Powder metallurgy and functional coatings, 2010, no. 1, pp. 37–43.Оценка термической стабильности многослойных наноструктурных покрытий на основе анализа диффузионной подвижности компонентов слоев / А. О. Волхонский, И. В. Блинков, Ю. В. Левинский, Е. А. Скрылева // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2016. № 4. С. 86–93.Volkhonsky A. O., Blinkov I. V., Levinsky Yu. V., Skryleva E. A. Otsenka termicheskoi stabil'nosti mnogosloinykh nanostrukturnykh pokrytii na osnove analiza diffuzionnoi podvizhnosti komponentov sloev [Assessment of the thermal stability of multilayer nanostructured coatings based on the analysis of the diffusion mobility of the components of layers]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional'nye pokrytiya = Proceedings of higher educational institutions. Powder metallurgy and functional coatings, 2016, no. 4, pp. 86–93.Наноструктурные керамикометаллические покрытия, полученные ионноплазменным вакуумнодуговым методом / И. В. Блинков, Д. С. Белов, А. О. Волхонский, А. В. Черногор, В. С. Сергевнин // Вакуумная техника и технология. 2019. Т. 29, № 3. С. 35–37.Blinkov I. V., Belov D. S., Volkhonsky A. O., Chernogor A. V., Sergevnin V. S. Nanostrukturnye keramikometallicheskie pokrytiya, poluchennye ionnoplazmennym vakuumnodugovym metodom [Nanostructured ceramic-metal coatings obtained by the ion-plasma vacuum arc method]. Vakuumnaya tekhnika i tekhnologiya = Vacuum technique and technology, 2019, vol. 29, no. 3, pp. 35–37.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.