Триботехнические и физико-механические свойства защитных покрытий из Ni-Cr-B-Si-Fe /WC-Co-Cr до и после оплавления плазменной струей

Abstract

Разработан новый тип покрытия, состав которого представляет механическую смесь двух разных порошков таких составов: Ni-Cr-B-Si-Fe (ПГ-19Н-01) и WC-Co (твердый сплав). После нанесения покрытий из этой смеси полученный приповерхностный слой был оплавлен плазменной струей с эродирующим электродам из W. В результате дополнительной обработки покрытия плазменной струей было обнаружено формирование новых фаз и перераспределение элементов в слое глубиной 45-60 мкм, а также изменение процентного соотношения сформировавшихся при осаждении покрытия фаз: WC, -CoCr, Co, Ni, Cr3Ni2+-(Fe, Ni). Обнаружено перераспределение элементов в верхнем слое покрытия в результате плавления плазменной струей. В результате этих процессов происходит изменение физико-механических свойств (твердости, модуля упругости), скорость износа при трении цилиндра по поверхности образцов уменьшается в несколько раз. Было обнаружено, что с увеличением нагрузки на пирамидку Берковича модуль упругости Еср в покрытии уменьшается от Е = 240 ГПа (при глубине индентации 50 нм ) до Е = 175 ГПа (при 150 нм). При этом модуль упругости подложки из меди растет от 25 до 42 ГПа соответственно. Твердость покрытия, рассчитанная по кривым «нагрузка-разгрузка», составляет от 15,3 ГПа до 10,6 ГПа (при увеличении нагрузки на индентор). При трении цилиндра по поверхности покрытия наименьший унос материала обнаружен у образцов с покрытием, оплавленным плазменной струей в 3 прохода.

A new type of coating is developed, which is a mechanical mixture of two different powders, namely, Ni–Cr–B–Si–Fe (PG 19N 01) and WC–Co (hard alloy). After the coatings from this mixture are deposited, their surface layer is fused with a plasma jet using an eroding electrode made of W. The additional treatment of the coatings with the plasma jet yields new phases and causes the redistribution of elements in the layer 45– 60 μm deep; the percentage ratio of the phases WC, α CoCr, Co, and Ni, as well as Cr3Ni2 + γ (Fe, Ni) appear ing during coating deposition also changes. The redistribution of elements occurs in the upper coating layer owing to fusion with the plasma jet. These processes yield variations in the physical–mechanical properties of the coatings, such as the hardness and elastic modulus; the coating wear rate decreases severalfold. It is found that with increasing load applied to the Berkovich pyramid the elastic modulus of the coating drops from 240 (at an indentation depth of 50 nm) to 175 GPa (at 150 nm). The elastic modulus of the substrate rises from 25 to 42 GPa. The coating hardness calculated from the loading–unloading curves is 15.3 to 10.6 GPa under increased load applied to the indentor. Specimens covered with the coating fused with the plasma jet in three passes demonstrate the lowest material wear.