ФГБОУ ВО «МГТУ им. Г. И. Носова», Магнитогорск, Россия:
Л. С. Белевский, докт. техн. наук, профессор кафедры проектирования и эксплуатации металлургических машин и оборудования, эл. почта: l.belevskiy@mail.ru
Е. В. Губарев, ассистент кафедры физики, эл. почта: john_g@mail.ru
Ю. Ю. Ефимова, канд. техн. наук, доцент кафедры технологий обработки материалов, эл. почта: jefimova78@mail.ru

Рассмотрена обработка металлических поверхностей и нанесение функциональных покрытий гибким инструментом — вращающимися проволочными щетками. Данный процесс — фрикционное плакирование — реализуется на металлорежущих станках с использованием простой оснастки или ручных углошлифовальных машин. Проведены эксперименты по использованию бойков перфоратора для пластического деформирования поверхностного слоя с последующим нанесением функциональных покрытий. Минимальная толщина покрытий при фрикционном плакировании составила 10–12 мкм, максимальная — 40–45 мкм. Размеры кристаллитов алюминиевого и латунного покрытий не превысили 100 нм. Микротвердость покрытия (~6800 МПа) в 3 раза превысила микротвердость стальной основы. Установлено, что для упрочнения и наноструктурирования поверхностного слоя целесообразно использовать секционные щетки, которые оказывают не только фрикционное воздействие, но и ударное. Согласно данным микроанализа, в микроструктуре поверхностного слоя происходит формирование деформационных полос, состоящих из вытянутых зерен феррита с образованием фрагментов размером до 0,13 мкм. Такой слой можно условно отнести к аморфизированному или наноструктурированному слою. При всех режимах обработки бойками на поверхности образцов наблюдается упрочнение по отношению к основному металлу от 42 до 83 %. Протяженность упрочненного слоя составляет от 200 до 350 мкм. Рассмотренные и исследованные технологии модификации поверхности могут найти практическое применение для повышения служебных характеристик металлургического и другого технологического оборудования.

1. Chukin M. V., Polyakova M. A., Gulin A. E. Influence of hybrid plastic deformation on the microstructure and mechanical properties of carbon-steel wire // Steel in Translation. 2016. Vol. 46, No. 8. Р. 548–551.
2. Polyakova М., Calliari I., Gulin A. Effect of microstructure and mechanical properties formation of medium carbon steel wire through continuous combined deformation // Key Engineering Materials. 2016. Vol. 716. Р. 201–207.
3. Панин В. Е., Сергеев В. П., Панин А. В. Наноструктурирование поверхностных слоев конструкционных материалов и нанесение наноструктурных покрытий. — Томск : Изд-во ТПУ, 2008. — 254 с.
4. Жетесова Г. С., Жукова А. В., Жунуснеков Д. С., Плешакова Е. А. Технология нанесения наноструктурных многофункциональных покрытий на детали горно-шахтного оборудования // Международный журнал экспериментального образования. 2012. № 10. С. 36–39.
5. Li W. L., Tao N. R., Lu K. Fabrication of a gradient nanomicrostructuredsurface layer on bulk copper by means of a surface mechanical grinding treatment // Scr. Mater. 2008. Vol. 59. P. 546–549.
6. Леванцевич М. А., Максименко Н. Н. Улучшение эксплуатационных характеристик деталей поверхностным модифицированием методом плакирования гибким инструментом // Упрочняющие технологии и покрытия. 2015. № 10. С. 16–20.
7. Makarov A. V., Savrai R. A., Gorkunov E. S., Yurovskikh A. S., Malygina I. Yu., Davydova N. A. Structure, mechanical characteristics, and deformation and fractures of quenched structural steel under static and cyclic loading after combined strain-heat nanostructuring treatment // Physical Mesomechanics. 2015. Vol. 18, No. 1. P. 43–57.
8. Gerasimova A. A., Radyuk A. G. The improvement of the surface quality of workpieces by coating // CIS Iron and Steel Review. 2014. Vol. 9. Р. 33–35.
9. Kuznetsov V. P., Makarov A. V., Psakhie S. G., Savrai R. A., Malygina I. Yu., Davydova N. A. Tribological aspects in nanostructuring burnishing of structural steels // Physical Mesomechanics. 2014. Vol. 17, No. 4. Р. 250–264.
10. Белевский Л. С., Белевская И. В., Ефимова Ю. Ю. Фрикционная наноструктурирующая обработка металлических поверхностей и нанесение функциональных покрытий гибким инструментом // Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2014. № 1. С. 70–76.
11. Белевский Л. С. Пластическое деформирование поверхностного слоя и формирование покрытия при нанесении гибким инструментом. — Магнитогорск : Лицей РАН, 1996. — 231 с.
12. Белевская И. В., Белевский Л. С., Губарев Е. В., Ефимова Ю. Ю. Исследование структуры, кристаллографической текстуры, микротопографии поверхности функциональных покрытий, нанесенных гибким инструментом, и некоторые области их применения. Часть 1. Структура, кристаллографическая текстура и микротопография поверхности медных и латунных покрытий, нанесенных гибким инструментом на стальную основу // Известия вузов. Порошковая металлургия. 2017. № 4. С. 62–70.
13. Завалищин А. Н., Смирнов О. М., Тулупов С. А. Модификация поверхности металлических изделий с использованием покрытий. — М. : Орбита-М, 2012. — 336 с.
14. Копцева Н. В., Ефимова Ю. Ю., Барышников М. П., Никитенко О. А. Формирование структуры и механических свойств углеродистой конструкционной стали в процессе наноструктурирования методом равноканального углового прессования // Деформация и разрушение материалов. 2011. № 7. С. 11–17.
15. Koptseva N. V., Chukin M. V., Nikitenko O. A. Use of the Thixomet PRO software for quantitative analysis of the ultrafine-grain structure of low-and medium-carbon steels subjected to equal channel angular pressing. // Metal Science and Heat Treatment. 2012. Vol. 54, No. 7-8. Р. 387–392.
16. ГОСТ Р ИСО 25178–2-2014. Геометрические характеристики изделий (GPS). Структура поверхности. Ареал. Часть 2. Термины, определения и параметры структуры поверхности. — Введ. 01.01.2016.
17. Qia Q., Lia T., Scotta P. J., Jianga X. A correlation study of areal surface texture parameters on some typical machined surfaces // Procedia CIRP 27. 2015. Р. 149–154.
18. Marteau J., Paulin C., Bigerelle M. The use of multiscale transfer functions for understanding the impact of successive mechanical treatments on surface topography // Tribology International. 2017. Vol. 114. Р. 429–435.
19. Bigerelle M., Marteau J., Blateyron F. Assessing the discriminating power of roughness parameters using a roughness databank // Surface Topography: Metrology and Properties, 2017. Vol. 5, Iss. 2. Р. 025002.
20. Bartkowiak T., Berglund J., Brown C. A. Establishing functional correlations between multiscale areal curvature and coefficient of friction for machined surfaces // Surface Topography: Metrology and Properties. 2018. Vol. 6, Nо. 3. Р. 034002. DOI: 10.1088/2051–672X/aac073.
21. Thomas T. R. Roughness and function // Surface Topography: Metrology and Properties. 2014. Vol. 2, Nо. 1. Р. 014001.
22. Brown C. A., Hansen H. N., Jiang X. J., Blateyron F., Berglund J., Senin N., Bartkowiak T., Dixon B., Le Goïc G., Quinsat Y., Stemp W. J., Thompson M. K., Ungar P. S., Zahouani E. H. Multiscale analyses and characterizations of surface topographies // CIRP Annals-Manufacturing Technology. 2018. Vol. 67, No. 2. P. 839–862. DOI: 10.1016/j.cirp.2018.06.001.
23. Cousseau T., Acero J. S. R., Sinatora A. Tribological response of fresh and used engine oils: the effect of surface texturing, roughness and fuel type // Tribology International. 2016. Vol. 100. Р. 60–69. DOI: 10.1016/j.triboint.2015.11.016.
24. Poon C. Y., Sayles R. S. The classification of rough surface contacts in relation to tribology // J. Phys. D, Appl. Phys. D. 1992. Vol. 25, No. IA. P. A249–A256.
25. Хворостухин Л. А., Шишкин С. В., Ковалев А. П., Ишмаков Р. А. Повышение несущей способности деталей машин поверхностным упрочнением. — М. : Машиностроение. 1988. — 144 с.
26. Инженерия поверхности деталей / колл. авт.; под ред. А. Г. Суслова. — М. : Машиностроение. 2008. — 320 с.
27. Кудрявцев И. В., Наумченков Н. Е., Савина Н. М. Усталость крупных деталей машин. — М. : Машиностроение. 1981. —240 с.
28. Белевский Л. С., Белевская И. В., Ефимова Ю. Ю. Исследование процесса динамического наклепа бойками // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2016. Т. 14, № 2. С. 63–68.