Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, Россия ; Томский научный центр СО РАН, Томск, Россия

Т. А. Крылова, научный сотрудник^{1, 2}, канд. техн. наук, эл. почта: kta@ispms.ru

Томский научный центр СО РАН, Томск, Россия

Ю. А. Чумаков, научный сотрудник, канд. физ.-мат. наук

Представлены результаты абразивного изнашивания композитных покрытий АМг6 – WC, полученных методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки при разных режимах обработки. Исследована структура, фазовый состав и свойства композитных покрытий (КП). Установлено влияние поверхностной плотности введенной энергии на растворение частиц WC, образование новых фаз и их распределение в покрытиях. Показано, что упрочнение частицамиWC приводит к повышению твердости КП. Проведенные испытания показали, что абразивная износостойкость покрытий, полученных при Е = 4,25 кДж/см² и Е = 4,48 кДж/см², выше износостойкости сплава АМг6 в 1,7 и 2,5 раза соответственно, а твердость по Бринеллю у покрытий по сравнению со сплавом АМг6 возрастает на 27 и 32 % соответственно. Анализ морфологии изношенной поверхности КП и сплава АМг6 показал, что основной причиной износа исходного сплава АМг6 являются разрушения навалов бороздок, которые образуются в результате микрорезания и «пропахивания» (абразивного изнашивания) частицами. Износ КП связан с выкрашиванием упрочняющих частиц из мягкой матрицы. Установлена прямая корреляционная зависимость между твердостью, износостойкостью и объемной долей упрочняющих частиц покрытий. Износостойкость возрастает с повышением твердости и объемной доли упрочняющих частиц в поверхностном слое покрытий. Выявлено, что на износостойкость КП влияют структурные изменения в поверхностном слое, вызванные разрушением упрочняющих частиц, и их перераспределение в матрице в процессе износа.

Работа выполнена в рамках государственного задания ИФПМ СО РАН, тема номер FWRW–2021–0009 и государственного задания ТНЦ СО РАН, проект № FWRW-2024-0010.

1. Хрущов М. М., Бабичев М. А. Абразивное изнашивание. – М. : Наука, 1970. – 252 с.
2. Dursun T., Soutis C. Recent developments in advanced aircraft aluminium alloys // Materials and Design, 2014. Vol. 56, Р. 862–871.
3. Gloria A., Montanari R., Richetta M., Varone A. Alloys for aeronautic applications: state of the art and perspectives // Metals. 2019. Vol. 9. Iss. 6. Р. 662.
4. Миронов А. Е., Гершман И. С., Гершман Е. И. и др. Алюминиевые литейные антифрикционные сплавы с повышенной способностью к приспосабливаемости поверхностей трения // Вестник ВНИИЖТ. 2017. Т. 76, № 6. С. 336–340.
5. Владиславлев А. А. Защита деталей из алюминиевых сплавов от абразивного износа // Вестник машиностроения. 2004. № 8. С. 36–38.
6. Деев В. Б., Прусов Е. С., Ри Э. Х., Мей Шуньци. Структура и трибологические свойства литых алюмоматричных композиционных материалов, модифицированных кальцием // Цветные металлы. 2025. № 3. С. 48–55.
7. Александров В. Д., Петрова Л. Г., Белашова И. С., Морщилов М. В. Системный подход к проблеме поверхностного упрочения алюминиевых сплавов лазерной обработкой // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2022. № 5. С. 11–19.
8. Владиславлев Р. А., Рощин М. Н. Повышение износостойкости алюминиевых сплавов нанесением плазменных покрытий // Мехатроника, автоматика и робототехника. 2019. № 4. С. 23–25.
9. Амосов А. П., Луц А. Р., Рыбаков А. Д., Латухин Е. И. Применение различных порошковых форм углерода для армирования алюмоматричных композиционных материалов углеродом и карбидом титана. Обзор // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2020. № 4. С. 44–64.
10. An Q., Cong X., Shen P., Jiang Q. Roles of alloying elements in wetting of SiC by Al // J. Alloys Compd. 2019. Vol. 784. Р. 1212–1220.
11. Jiang L., Wen H., Yang H., Hu T. et al. Influence of length-scales on spatial distribution and interfacial characteristics of B4C in a nanostructured Al matrix // Acta Materialia, 2015. Vol. 89. Р. 327–343.
12. Zhang L., Jiang H., He Jie, Zhao Ji. Kinetic behaviour of TiB2 particles in Al melt and their effect on grain refinement of aluminium alloys // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2020. Vol. 30, Iss. 8, Р. 2035–2044.
13. Jahan M. P., Rahman M., Wong Y. S. A review on the conventional and micro-electrodischarge machining of tungsten carbide // International journal of machine tools and manufacture. 2011. Vol. 51, Iss. 12. P. 837–858.
14. Megahed A. A., Mohamed M. A., Abdel-Hamid M., Zoalfakar S. H. Microstructure, hardness, and wear properties of AA6061/WC nanocomposite fabricated by friction stir processing // Journal of Mechanical Engineering Science. 2022. Vol. 236. Iss. 16, P. 9148–9156.
15. Krishna A. R., Arun A., Unnikrishnan D., Shankar K. V. An investigation on the mechanical and tribological properties of alloy A356 on the addition of WC // Materials Today: Proceedings. 2018. Vol. 5, Iss. 5 P. 12349–12355.
16. Никитин Д. С., Насырбаев А., Циммерман А. И., Шаненков И. И. и др. Формирование композитов с алюминиевой матрицей, армированных наночастицами карбида вольфрама // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2024. Т. 335. № 3. С. 124–136.
17. Dobrzański L. A. Advanced composites with aluminum alloys matrix and their fabrication processes // Advanced Aluminium Composites and Alloys. Rijeka: IntechOpen. 2021. Р. 3–92.
18. Константинов В. М., Пантелеенко Ф. И., Иванов В. П. Абразивная износостойкость покрытий из ДЛС-порошков // Трение и износ. 1996. Т. 17, № 4. С. 508–512.
19. Куксенова Л. И., Алексеева М. С. Исследование структурного состояния и износостойкости азотированных сплавов железа с разными типами кристаллической решетки // Вестник научно-технического развития. 2019. № 9. С. 21–29.
20. Полетика И. М., Голковский М. Г., Перовская М. В., Крылова Т. А. и др. Формирование покрытий двойного назначения методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки // Физическая мезомеханика. 2006. № 9. С. 177–180.
21. Berezin N. M, Peregudov A. A, Andreev A. K, Igolkin A. F. et ai. Study of steel hardness effect on the abrasive wear resistance // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 826. DOI: 10.1088/1757-899X/826/1/012021
22. Крылова Т. А., Чумаков Ю. А., Васильева М. П., Буякова С. П. Получение композиционных покрытий методом вневакуумной электронно-лучевой наплавки WC на сплаве АМг6: микроструктура, фазовый состав и свойства // Цветные металлы. 2023. № 6. С. 47–51.
23. Coronado J. J., Sinatora A. Effect of abrasive size on wear of metallic materials and its relationship with microchips morphology and wear micromechanisms: Part 1. // Wear. 2011. Vol. 271. P. 1794–1803.
24. Дворук В. И., Борак К. В., Бучко И. А., Кириенко Н. А. Влияние типа почвы на разрушение низколегированных сталей при изнашивании // Трение и износ. 2022. Т. 43. № 6. С. 583–593.