Особенности формирования на хромовой подложке электроискровых покрытий при использовании керамических электродов ZrSi2-MoSi2-ZrB2 и HfSi2-MoSi2-HfB2

Abstract

Исследованы особенности массопереноса, структуры и свойств электроискровых покрытий на подложках из низколегированного хромового сплава марки ВХ1-17А при использовании керамических электродов ZrSi2-MoSi2-ZrB2 и HfSi2-MoSi2-HfB2, изготовленных методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Покрытия были изучены методами рентгеноструктурного фазового анализа, растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа; также проведены трибологические испытания по схеме «стержень-диск» и наноиндентирование. Кинетику массопереноса и жаростойкость покрытий определяли гравиметрическим методом. Выявлено, что максимальный привес на катоде наблюдается после первой минуты обработки, а в дальнейшем отмечается убыль массы катода. На поверхности хромового сплава ВХ1-17А были сформированы покрытия со 100% сплошностью и толщиной 10–20 мкм. Цирконий-содержащие покрытия характеризуются твердостью 18,2 ГПа и модулем упругости 274 ГПа, а покрытия, полученные с использованием электрода HfSi2-MoSi2-HfB2. твердостью 16,9 ГПа и модулем упругости 332 ГПа. Применение СВС-электродов позволило в 4 раза увеличить твердость поверхностного слоя хромового сплава, в 1,4 раза – износотойкость и в 1,6 раз –жаростойкость при t 1000 °С в течение 30 часов испытаний.

The work is devoted to the study of the features of mass transfer, structure and properties of electrospark coatings on substrates made of the chromium alloy grade VKh1-17A using SHS-electrode ceramics of the compositions ZrSi2-MoSi2-ZrB2 and HfSi2-MoSi2-HfB2. The coatings were studied using X-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy-dispersive analysis, and tribological tests using the “pin-on-disk”; nanoindentation was also carried out. The kinetics of the mass transfer and heat resistance of coatings were determined by the gravimetric method. In accordance with the Palatnik criterion, the formation of coatings occured in the form of an alloy of an anode (electrode) and a cathode (substrate) materials, which ensures high adhesion of the surface layer. The maximum weight gain on the cathode was observed after the first minute of treatment, and subsequently a decrease in the mass of the cathode was noted. As a result of electrospark deposition, coatings with 100% continuity and a thickness of 10–20 μm were deposited on the surface of the chrome alloy VKh1-17A. Zirconium-containing coatings are characterized by a hardness of 18.2 GPa and an elastic modulus of 274 GPa, and coatings obtained using the HfSi2-MoSi2-HfB2 electrode were characterized by a hardness of 16.9 GPa and an elastic modulus of 332 GPa. The use of SHS-electrodes made it possible to increase the hardness of the surface layer of the chromium alloy by 4 times, wear resistance by 1.5 times, and oxidation resistance by 1.6 times at t 1000 °C for 30 hours of testing.