DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.11(42).1.115-120
Поверхнева топографія електродугових покриттів з різних композицій порошкових дротів та її вплив на механізм зносу
Про авторів
В.М. Гвоздецький, старший дослідник, кандидат технічних наук, докторант, Фізико-механічний інститут НАН України, м. Львів, Україна, e-mail: gvosdetcki@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-2956-5182
О. Г. Лук`яненко, старший науковий співробітник, кандидат технічних наук, Фізико-механічний інститут НАН України, м. Львів, Україна, e-mail: alukanenko246@gmai, ORCID ID: 0000-0001-6642-2300
С.І. Маркович, доцент, кандидат технічних наук, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, e-mail: marko60@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-1393-2360
М.М. Студент, професор, доктор технічних наук, Фізико-механічний інститут НАН України, м. Львів, Україна, e-mail: student.phmi@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-5992-5898
Х.Р. Задорожна, науковий співробітник, кандидат технічних наук, Фізико-механічний інститут НАН України, м. Львів, Україна, e-mail: 880988@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-1310-6467
Н. З. Мозола, аспірант, Фізико-механічний інститут НАН України, м. Львів, Україна, e-mail: e-mail: Mozola.N.Z@gmail.com
Анотація
Робота присвячена дослідженню впливу компонентів складу порошкових дротів на поверхневі характеристики відшліфованих електродугових покриттів. Для нанесення покриттів застосовувався електродуговий розпилювач та порошкові дроти діаметром 1,8 мм, що містять порошки FеSі, FеTі, FеMn, чисті метали Al і Cr та карбід B4C з коефіцієнтом наповнення досяг 24%. Параметри розпилення: струм – 150 А, напруга – 32 В, тиск повітряного струменя – 0,6 МПа, відстань розпилення – 120 мм.
Топографія поверхні виявила пластинчасту структуру покриття з ламелями різного хімічного складу і мікротвердості, наявність карбідів та боридів, значну кількість оксидів заліза та оксидів легованих елементів на межах ламелей. Виступи з значної висоти сприяють інтенсивному зносу через зменшення поверхні пари тертя. Западини слугують резервуарами для мастила, посилюючи товщину плівки змащення. Взаємодія регулюється співвідношенням глибини виступів (H) до радіуса його гострого наконечника (r). Коли H/r < 0,02, відбувається лише еластична взаємодія, при цьому матеріал протидії еластично відновлюється. В діапазоні 0,02 < Н/r < 0,7 виступи індукують пластичну деформацію контртіла. Якщо H/r > 0,7, різкі виступи врізаються на поверхню, генеруючи мікрорізання. Зменшення кількості та розміру включень та збільшення їх радіусів округлення є критично важливими для поліпшення стійкості до зносу.
Покриття містять складні суміші оксиду Fe-C-Cr. З’єднання хрому та оксиди алюмінію протистоять різанню, вони або зламаються, утворюючи виразки поверхні, або залишкові виступи. Додавання фероманганця до складу дротів виробляє оксиди марганцю з низькою мікротвердістю, які не утворюють різання країв під час тертя. Додатки титану, який швидко реагує з киснем, призводить до тонко утворення дисперсних оксидних включення на основі Тi (7 ГПа). Ці оксиди на основі марганцю та титану не генерують різких країв різання, зменшують шорсткість поверхні роблячи покриття більш придатними для використання в парах тертя.
Покриття з мікровиступами на основі оксидів, протистоять абразивному шліфуванню та діють як краї різання у парах тертя. Включення фероманганцю або феротитану в склад дротів, утворює дрібно дисперсні оксиди з низькою мікротвердістю, які легко піддаються зносу, що призводить до низької шорсткості поверхні та покращення трибологічних характеристик.
Ключові слова
електродугові покриття, порошкові дроти, шорсткість поверхні, оксиди елементів, механізм зносу
Повний текст:
PDF
Посилання
1. Ndumia, J. N., Kang, M., Gbenontin, B. V., Lin, J., & Nyambura, S. M. (2021). A review on the wear, corrosion, and high-temperature resistant properties of wire arc-sprayed Fe-based coatings. Nanomaterials, 11, Article 2527. https://doi.org/10.3390/nano11102527.
2. Student, M. M., Markovych, S. I., Hvozdetskyi, V. M., Kalakhan, O. S., & Yuskiv, V. M. (2022). Abrasive wear resistance and tribological characteristics of electrometallized composite coatings. Materials Science, 58(1), 96–104. https://doi.org/10.1007/s11003-022-00673-1.
3. Stupnyts’kyi, T. R., Student, M. M., Pokhmurs’ka, H. V., & Hvozdets’kyi, V. M. (2016). Optimization of the chromium content of powder wires of the Fe–Cr–C and Fe–Cr–B systems according to the corrosion resistance of electric-arc coatings. Materials Science, 52(2), 165–172. https://doi.org/10.1007/s11003-016-9940-3.
4. Student, M. M., Pokhmurska, H. V., Hvozdetskyi, V. M., et al. (2018). Multifunctional electric arc coatings [Monograph]. Lviv: Prostir-M [in Ukrainian].
5. Student, M. M., Markovych, S. I., & Hvozdetskyi, V. M. (2022). Abrasive wear resistance and tribological characteristics of electrometallized composite coatings. Physicochemical Mechanics of Materials, (1), 90–97 [in Ukrainian].
6. Lima, C., Libardi, R., Camargo, R., Fals, H., & Ferraresi, V. (2014). Assessment of abrasive wear of nanostructured WC–Co and Fe-based coatings applied by HP-HVOF, flame, and wire arc spray. Journal of Thermal Spray Technology, 23, 1097–1104. https://doi.org/10.1007/s11666-014-0132-7
7. Student, M., Hvozdetskyi, V., Stupnytskyi, T., Student, O., Maruschak, P., Prentkovskis, O., & Skačkauskas, P. (2022). Mechanical properties of arc coatings sprayed with cored wires with different charge compositions. Coatings, 12(7), Article 925. https://doi.org/10.3390/coatings12070925.
8. Student, M. M. (2020). Influence of electrode powder wire diameter on the mechanical characteristics of electric arc coatings. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, (3(34)), 32–44 [in Ukrainian].
9. Arizmendi-Morquecho, A., Campa-Castilla, A., Leyva-Porras, C., Aguilar Martinez, J. A., Vargas Gutiérrez, G., Moreno Bello, K. J., & López, L. (2014). Microstructural characterization and wear properties of Fe-based amorphous-crystalline coating deposited by twin wire arc spraying. Advances in Materials Science and Engineering, 2014, Article 521361. https://doi.org/10.1155/2014/521361.
Пристатейна бібліографія ГОСТ
1. Ndumia J.N., Kang M., Gbenontin B.V., Lin, J., Nyambura S.M. A review on the wear, corrosion and high-temperature resistant properties of wire arc-sprayed Fe-based coatings. Nanomaterials. 2021, 11, P. 2527. DOI: https://doi.org/10.3390/nano11102527.
2. Student M.M., Markovych S.I., Hvozdetskyi V.М., Kalakhan О.S., Yuskiv V.M. Abrasive Wear Resistance and Tribological Characteristics of Electrometallized Composite Coatings. Materials Science, 2022, 58(1), P. 96–104. DOI: https://doi.org/10.1007/s11003-022-00673-1.
3. Stupnyts’kyi T.R., Student M.M., Pokhmurs’ka H.V., Hvozdets’kyi V.M. Optimization of the chromium content of powder wires of the Fe–Cr–C and Fe–Cr–B systems according to the corrosion resistance of electric-arc coatings. Materials Science. 2016, 52(2), P. 165–172. DOI: 10.1007/s11003-016-9940-3.
4. Багатофункціональні електродугові покриття : монографія / М. М. Студент, Г. В. Похмурська, В. М. Гвоздецький та ін. Львів : Простір-М, 2018. 335 с.
5. Студент М.М., Маркович С.І., Гвоздецький В.М. Абразивна зносостійкість та трибологічні характеристики електрометалізаційних композиційних покриттів. Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2022. № 1. C. 90-97.
6. Lima C., Libardi R., Camargo R., Fals H., Ferraresi V., Therm J. Assessment of abrasive wear of nanostructured WC–Co and Febased coatings applied by HPHVOF, flame, and wire arc spray. Spray Techn. 2014, 23, Article number: 10971104. DOI: https://doi.org/10.1007/s11666-014-0132-7.
7. Student M., Hvozdetskyi V., Stupnytskyi T., Student O., Maruschak P., Prentkovskis O., Skačkauskas P. Mechanical properties of arc coatings sprayed with cored wires with different charge compositions. Coatings. 2022, 12(7), P. 925. DOI: https://doi.org/10.3390/coatings12070925.
8. Студент М.М. Вплив діаметра електродних порошкових дротів на механічні характеристики електродугових покриттів. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2020. Вип. 3(34). С. 32-44.
9. Arizmendi-Morquecho A., Campa-Castilla A., Leyva-Porras C., Josué Almicar Aguilar Martinez, Gregorio Vargas Gutiérrez, Karla Judith Moreno Bello, López L. Microstructural Characterization and Wear Properties of Fe-Based Amorphous-Crystalline Coating Deposited by Twin Wire Arc Spraying. Advances in Materials Science and Engineering. 2014. URL: https://doi.org/10.1155/2014/521361.
Copyright (c) 2025 В. М. Гвоздецький, О. Г. Лук`яненко, С. І. Маркович, М. М. Студент, Х. Р. Задорожна, Н. З. Мозола
Поверхнева топографія електродугових покриттів з різних композицій порошкових дротів та її вплив на механізм зносу
Про авторів
В.М. Гвоздецький, старший дослідник, кандидат технічних наук, докторант, Фізико-механічний інститут НАН України, м. Львів, Україна, e-mail: gvosdetcki@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-2956-5182
О. Г. Лук`яненко, старший науковий співробітник, кандидат технічних наук, Фізико-механічний інститут НАН України, м. Львів, Україна, e-mail: alukanenko246@gmai, ORCID ID: 0000-0001-6642-2300
С.І. Маркович, доцент, кандидат технічних наук, Центральноукраїнський національний технічний університет, м. Кропивницький, Україна, e-mail: marko60@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-1393-2360
М.М. Студент, професор, доктор технічних наук, Фізико-механічний інститут НАН України, м. Львів, Україна, e-mail: student.phmi@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-5992-5898
Х.Р. Задорожна, науковий співробітник, кандидат технічних наук, Фізико-механічний інститут НАН України, м. Львів, Україна, e-mail: 880988@ukr.net, ORCID ID: 0000-0002-1310-6467
Н. З. Мозола, аспірант, Фізико-механічний інститут НАН України, м. Львів, Україна, e-mail: e-mail: Mozola.N.Z@gmail.com
Анотація
Ключові слова
Повний текст:
PDFПосилання
1. Ndumia, J. N., Kang, M., Gbenontin, B. V., Lin, J., & Nyambura, S. M. (2021). A review on the wear, corrosion, and high-temperature resistant properties of wire arc-sprayed Fe-based coatings. Nanomaterials, 11, Article 2527. https://doi.org/10.3390/nano11102527.
2. Student, M. M., Markovych, S. I., Hvozdetskyi, V. M., Kalakhan, O. S., & Yuskiv, V. M. (2022). Abrasive wear resistance and tribological characteristics of electrometallized composite coatings. Materials Science, 58(1), 96–104. https://doi.org/10.1007/s11003-022-00673-1.
3. Stupnyts’kyi, T. R., Student, M. M., Pokhmurs’ka, H. V., & Hvozdets’kyi, V. M. (2016). Optimization of the chromium content of powder wires of the Fe–Cr–C and Fe–Cr–B systems according to the corrosion resistance of electric-arc coatings. Materials Science, 52(2), 165–172. https://doi.org/10.1007/s11003-016-9940-3.
4. Student, M. M., Pokhmurska, H. V., Hvozdetskyi, V. M., et al. (2018). Multifunctional electric arc coatings [Monograph]. Lviv: Prostir-M [in Ukrainian].
5. Student, M. M., Markovych, S. I., & Hvozdetskyi, V. M. (2022). Abrasive wear resistance and tribological characteristics of electrometallized composite coatings. Physicochemical Mechanics of Materials, (1), 90–97 [in Ukrainian].
6. Lima, C., Libardi, R., Camargo, R., Fals, H., & Ferraresi, V. (2014). Assessment of abrasive wear of nanostructured WC–Co and Fe-based coatings applied by HP-HVOF, flame, and wire arc spray. Journal of Thermal Spray Technology, 23, 1097–1104. https://doi.org/10.1007/s11666-014-0132-7
7. Student, M., Hvozdetskyi, V., Stupnytskyi, T., Student, O., Maruschak, P., Prentkovskis, O., & Skačkauskas, P. (2022). Mechanical properties of arc coatings sprayed with cored wires with different charge compositions. Coatings, 12(7), Article 925. https://doi.org/10.3390/coatings12070925.
8. Student, M. M. (2020). Influence of electrode powder wire diameter on the mechanical characteristics of electric arc coatings. Central Ukrainian Scientific Bulletin. Technical Sciences, (3(34)), 32–44 [in Ukrainian].
9. Arizmendi-Morquecho, A., Campa-Castilla, A., Leyva-Porras, C., Aguilar Martinez, J. A., Vargas Gutiérrez, G., Moreno Bello, K. J., & López, L. (2014). Microstructural characterization and wear properties of Fe-based amorphous-crystalline coating deposited by twin wire arc spraying. Advances in Materials Science and Engineering, 2014, Article 521361. https://doi.org/10.1155/2014/521361.
Пристатейна бібліографія ГОСТ
1. Ndumia J.N., Kang M., Gbenontin B.V., Lin, J., Nyambura S.M. A review on the wear, corrosion and high-temperature resistant properties of wire arc-sprayed Fe-based coatings. Nanomaterials. 2021, 11, P. 2527. DOI: https://doi.org/10.3390/nano11102527.
2. Student M.M., Markovych S.I., Hvozdetskyi V.М., Kalakhan О.S., Yuskiv V.M. Abrasive Wear Resistance and Tribological Characteristics of Electrometallized Composite Coatings. Materials Science, 2022, 58(1), P. 96–104. DOI: https://doi.org/10.1007/s11003-022-00673-1.
3. Stupnyts’kyi T.R., Student M.M., Pokhmurs’ka H.V., Hvozdets’kyi V.M. Optimization of the chromium content of powder wires of the Fe–Cr–C and Fe–Cr–B systems according to the corrosion resistance of electric-arc coatings. Materials Science. 2016, 52(2), P. 165–172. DOI: 10.1007/s11003-016-9940-3.
4. Багатофункціональні електродугові покриття : монографія / М. М. Студент, Г. В. Похмурська, В. М. Гвоздецький та ін. Львів : Простір-М, 2018. 335 с.
5. Студент М.М., Маркович С.І., Гвоздецький В.М. Абразивна зносостійкість та трибологічні характеристики електрометалізаційних композиційних покриттів. Фізико-хімічна механіка матеріалів. 2022. № 1. C. 90-97.
6. Lima C., Libardi R., Camargo R., Fals H., Ferraresi V., Therm J. Assessment of abrasive wear of nanostructured WC–Co and Febased coatings applied by HPHVOF, flame, and wire arc spray. Spray Techn. 2014, 23, Article number: 10971104. DOI: https://doi.org/10.1007/s11666-014-0132-7.
7. Student M., Hvozdetskyi V., Stupnytskyi T., Student O., Maruschak P., Prentkovskis O., Skačkauskas P. Mechanical properties of arc coatings sprayed with cored wires with different charge compositions. Coatings. 2022, 12(7), P. 925. DOI: https://doi.org/10.3390/coatings12070925.
8. Студент М.М. Вплив діаметра електродних порошкових дротів на механічні характеристики електродугових покриттів. Центральноукраїнський науковий вісник. Технічні науки. 2020. Вип. 3(34). С. 32-44.
9. Arizmendi-Morquecho A., Campa-Castilla A., Leyva-Porras C., Josué Almicar Aguilar Martinez, Gregorio Vargas Gutiérrez, Karla Judith Moreno Bello, López L. Microstructural Characterization and Wear Properties of Fe-Based Amorphous-Crystalline Coating Deposited by Twin Wire Arc Spraying. Advances in Materials Science and Engineering. 2014. URL: https://doi.org/10.1155/2014/521361.
Copyright (c) 2025 В. М. Гвоздецький, О. Г. Лук`яненко, С. І. Маркович, М. М. Студент, Х. Р. Задорожна, Н. З. Мозола