Підвищення зносостійкості алюмінієвого сплаву Д16 різними методами поверхневого зміцнення

  • O. Kalahan Львівський національний аграрний університет
  • Kh. Zadorozhna Фізико-механічний інститут ім. Г. Карпенка НАН України
  • M. Student Фізико-механічний інститут ім. Г. Карпенка НАН України
  • H. Veselivska Львівський національний аграрний університет
Ключові слова: алюмінієвий сплав Д16, надзвукове газополуменеве, напилення (HVOF), плазмове напилення у динамічному вакуумі, лазерне армування, плазмоелектролітне оксидування, абразивна зносостійкість

Анотація

Стаття присвячена оцінці впливу поверхневозміцнювальної обробки на структуру та зносостійкість алюмінієвого сплаву Д16. Поверхню зміцнювали такими методами: надзвуковим газополуменевим (HVOF) та плазмовим напилюванням покрит­тів VC-FeCr у динамічному вакуумі, лазерним оплавленням поверхневих шарів сплаву з уведенням у них дисперсних порошків SiC та плазмоелектролітним оксидуванням.

Надзвуковим газополуменевим методом (HVOF) покриття напиляли використовуючи установки для високошвидкісного напилювання покриттів Diamond Jet Hybrid gun та JP5000 gun. Швидкість частинок порошку, фракцією 20…45 мкм, становила 650 м/с. Для напилювання використовували порошки карбіду ванадію, ферохрому та сплаву кобальту з нікелем.

Для лазерного поверхневого армування сплаву Д16 застосовували порошок SiC дисперсністю 80 мкм, твердістю 2600 HV і температурою плавлення 2760°С. Порошок вдували струменем аргону в поверхневий шар зразків, оплавлених лазером (Nd:YAG Lazer Rofin Sinar DY 044/022), зі швидкістю 25 мм/с. Попередньо зразок підігрівали до температури 170°С.

Плазмоелектролітно оксидовані (ПЕО) шари формували на установці ІМПЕЛОМ в електролітній плазмі в електроліті складу 3 г/л КОН + 2 г/л nNa2mSiO2, решта дистильована вода. Густина струму 10 А/дм2, співвідношення між Іс/Іа = 1, тривалість синтезу покриттів 60 хв.

Зносостійкість поверхневих шарів оцінювали за умов тертя жорстко та нежорстко закріпленими абразивними частинками та порівнювали з еталонами зносостійкості – сталлю ШХ-15, наплавленим шаром ПД 80Х20Р3Т та покриттям, одержаним електродуговою металізацією з порошкового дроту ПД 70Х18Р3.

Покриття на основі VC-FeCr виявляє високу абразивну зносостійкість незалежно від виду палива. Під час лазерного модифікування поверхні сплаву Д16 частинки SiC активно взаємодіють із розплавом алюмінію з утворенням карбідів Al4C3. Зносостійкість лазерно зміцненої поверхні, за умов жорстко закріпленого абразиву, у понад 220 разів вища, ніж незміцненої. За умови зношування нежорстко закріпленим абразивом лазерне армування сплаву незначно змінює його зносостійкість. Із досліджуваних покриттів найбільшу зносостійкість мають плазмоелектролітні оксидні шари на сплаві Д16.

Встановлено, що зносостійкість напилених покриттів у 85–100 разів вища, ніж основи сплаву Д16, у 4-5 разів вища, ніж сталі ШХ15 та дещо вища, ніж наплавленого шару з ПД 80Х20Р3Т. Плазмоелектролітне оксидування забезпечує найвищу зносостійкість поверхневого шару на сплаві Д16, незалежно від умов абразивного зношування.

Посилання

Vplyv poruvatosti plazmo-elektrolitnoho pokryvu na koroziinu tryvkist splavu D16 / M. M. Student ta in. Fizyko-khimichna mekhanika materialiv. 2018. 54, № 6. S. 6-11.

Elektroduhovi vidnovni ta zakhysni pokryttia / V. I. Pokhmurskyi ta in. Lviv: Natsionalna akademiia nauk Ukrainy, Fizyko-mekhanichnyi instytut im. H. V. Karpenka, 2005. 192 s.

Klapkiv M. D. Vyznachennia fizyko-khimichnykh parametriv protsesu syntezu v elektrolitnii plazmi oksydo-keramichnykh pokryttiv na aliuminiievykh splavakh: avtoref. dys. … kand. tekhn. nauk. Lviv, 1996. 19 s.

Pokhmurska H. V., Student M. M., Pokhmurskyi V. I. Hazotermichni pokryttia: navch. posib. Lviv: Prostir-M, 2017.180 s.

Student M. M., Pokhmurska H. V., Zadorozhna Kh. R. Struktura ta znosotryvkist pokryviv VC-FeCr ta VC-FeCrCo, otrymanykh nadzvukovym hazopolumenevym napylenniam. Fizyko-khimichna mekhanika materialiv. 2018. 54, № 1. S. 31-38. https://doi.org/10.1007/s11003-018-0152-9

Hruschov M. M., Babichev M. A. Abrazivnoe iznashivanie. Moskva: Nauka, 1970. 272 s.

Arc-sprayed iron-based coatings for erosion-corrosion protection of boiler tubes at elevated temperatures / V. Pokhmurskyi et al. Journal of Thermal Spray Technology. 2013. Vol. 22, is. 5. Р. 808-819. https://doi.org/10.1007/s11666-013-9921-z

Corrosion and wear behavior of alumina coatings оbtained by various methods / T. Lampke et al. Materials Science. 2011. 46, No 5. Р. 591-598. https://doi.org/10.1007/s11003-011-9328-2

De Hosson J. T., Ocelik V., Oliveira U. Coatings with laser melt injection of ceramic particles. Surface Engineering: In Materials Science II, TMS Annual Meeting. 2003. P. 197-207.

Deposition of duplex Al2O3 / Aluminum coatings on steel using a combined technique of arc spraying and plasma electrolytic oxidation / W. Gu et al. Applied Surf. Sci. 2006. 252, No. 8. Р. 2927-2932. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2005.04.036

Evaluation of the Mechanical Properties of Combined Metal-Oxide-Ceramic Layers on Aluminum Alloys / М. М. Student et al. Materials Science. 2014. 50, No. 2. Р. 290-295. https://doi.org/10.1007/s11003-014-9720-9

Influence of Vibration in the Course of Surfacing of a Protective Layer on Its Microstructure and Impact-Abrasive Wear / H. V. Pokhmurs'ka, M. M. Student, O. S. Lanets', A. A. Voitovych. Materials Science. 2015. Vol. 51, No. 3. P. 412-417. https://doi.org/10.1007/s11003-015-9856-2

Interfacial indentation and shear tests to determine the adhesion of thermal spray coatings / G. Marot et al. Surf. Coat. Technol. 2006. 201. Р. 2080-2085. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2006.04.046

Niu Jitai, Zhang Deku, Ji Guojuan. Mechanism of laser beam welding for SiC(ind P)/6063Al composite. Rare Metals. 2002. Vol. 21, No. 2. P. 123-126.

Optimization and Characterization of High Velocity Oxy-fuel Sprayed Coatings: Techniques, Materials, and Applications / M. Oksa et al. Coatings. 2011. No. 1. Р. 17-52. https://doi.org/10.3390/coatings1010017

Plasma electrolysis for surface engineering / A. L. Yerokhin et al. Surface and Coatings Technology. 1999. 122, No. 2-3. P. 73-93. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(99)00441-7

Plasma electrolytic oxidation of arc-sprayed aluminium coatings / V. Pokhmurski et al. Proc. Int. Thermal Spray Conf.: Global Coating Solutions, Beijing, China, 2007. Ohio, USA: ASM International, Materials Park, 2007. P. 1029-1034.

Sastikumar D., Jamal Mohamed Jaffar M., Jagdheesh R., Nath A. K. Formation of metal-ceramic layer on aluminium alloy (Al-12Si) by laser processing. Surface Engineering: In Materials Science II, TMS Annual Meeting, 2003. P. 209-218.

Shatskyi I. P., Ropyak L. Ya., Makoviichuk M. V. Strength optimization of a two-layer coating for the particular local loading conditions. Strength of Materials. 2016. Vol. 48, No. 5. P. 28-35. https://doi.org/10.1007/s11223-016-9817-5

Student М. М., Pokhmurs'ka H. V., Zadorozh¬na Kh. R. Structure and Wear Resistance of VC-FeCr and VC-FeCrСо Coatings Obtained by Supersonic Flame Spraying. Materials Science. 2018. 54, No. 1. Р. 22-29. https://doi.org/10.1007/s11003-018-0152-9

Structure and wear resistance of aluminium alloys coated with surface layer laser-modified by silicon carbide / M. Student et al. Ukrainian Journal of mechanical engineering and materials science. 2018. 4, No. 1. Р. 49-57. https://doi.org/10.23939/ujmems2018.01.049

Tribological properties of combined metal-oxide-ceramic layers on light alloys / M. M. Student et al. Materials Science. 2012. Vol. 48, No. 2. Р. 180-190. https://doi.org/10.1007/s11003-012-9489-7

Wear and corrosion properties of SiC reinforced surface layers in magnesium and aluminium alloys obtained by laser melt injection / H. Pokhmurska et al. Materials of the Third International Conference on Laser Technologies in Welding and Materials Processing Crimea. 2007. P. 190.

Zhang K., Chen G. N. Influence of SiC particulates on grain structure development of an aluminum 7075 alloy during laser rapid solidification. Journal of Materials Science Letters. 2000. Vol. 19, No. 9. P. 795-796.

Опубліковано
2018-12-01
Як цитувати
Kalahan, O., Zadorozhna, K., Student, M., & Veselivska, H. (2018). Підвищення зносостійкості алюмінієвого сплаву Д16 різними методами поверхневого зміцнення. Вісник Львівського національного аграрного університету. Агроінженерні дослідження, (22), 153-160. https://doi.org/10.31734/agroengineering2018.01.153