Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Владимир, Россия

А. В. Аборкин, доцент кафедры «Технологии машиностроения», канд. техн. наук, e-mail: aborkin@vlsu.ru

Методом высокоэнергетической механической обработки в планетарной мельнице синтезированы порошки на основе алюминиевого сплава АМг6, мультиармированные фуллеренами и частицами оксида алюминия. Полученные порошки были использованы для холодного газодинамического напыления в условиях низкого давления. Проведена характеризация структурно-фазового состава и трибологических свойств покрытий. Продемонстрировано, что покрытия имеют достаточно однородную микроструктуру, представляющую собой плотно упакованные деформированные частицы матричного сплава с равномерно распределенными в их объеме микро- и субмикрочастицами Al₂O₃. Показано, что доля переносимых в покрытие керамических частиц снижается с ростом их содержания в порошковой смеси. Путем трибологических испытаний в условиях сухого трения установлено, что с увеличением концентрации Al₂O₃ в порошке от 10 до 30 % (вес.) коэффициенты трения покрытий снижаются и стабилизируются. При дальнейшем увеличении содержания Al₂O₃ до 50 % (вес.) наблюдалось снижение стабильности и рост коэффициента трения. Наименьшая скорость износа была у покрытия, полученного напылением порошка с 30 % (вес.) Al₂O₃. Характер износа покрытия менялся в зависимости от увеличения концентрации керамических частиц в порошковой смеси. При этом для покрытия, полученного напылением порошка с 30 % (вес.) Al₂O₃, формировался стабильный переходный слой механически смешанного материала, который защищал поверхность покрытия. Это обеспечивало стабилизацию коэффициента трения и снижение износа по сравнению с покрытиями, созданными из порошков с 10 и 50 % (вес.) Al₂O₃. Такие нанесения могут быть использованы для улучшения трибологических свойств рабочих поверхностей деталей машин.

Работа выполнена в рамках государственного задания в сфере научной деятельности Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема FZUN-2024-0004, госзадание ВлГУ).

1. Al-Asadi M. M., Al-Tameem H. A. A review of tribological properties and deposition methods for selected hard protective coatings // Tribology International. 2022. Vol. 176. DOI: 10.1016/j.triboint.2022.107919
2. He L., Hassani M. A Review of the mechanical and tribological behavior of cold spray metal matrix composites //Journal of Thermal Spray Technology. 2020. Vol. 29. DOI: 10.1007/s11666-020-01091-w
3. Алешин Н. П., Коберник Н. В., Михеев Р. С., Ваганов В. Е. и др. Плазменно-порошковая наплавка антифрикционных покрытий из баббитовых сплавов, модифицированных углеродными нанотрубками // Вестник машиностроения. 2015. № 10. С. 67–72.
4. Михеев Р. С., Коберник Н. В., Калашников И. Е., Болотова Л. К., Кобелева Л. И. Триботехнические свойства антифрикционных покрытий на основе композиционных материалов // Перспективные материалы. 2015. №. 3. С. 48–45.
5. Cui S., Miao Q., Liang W., Zhang Z. et al. Tribological behavior of plasma-sprayed Al2O3-20 wt.%TiO2 coating // Journal of Materials Engineering and Performance. 2017. Vol. 26. DOI: 10.1007/s11665-017-2653-3
6. Wood R. J. K., Lu P. Coatings and surface modification of alloys for tribo-corrosion applications // Coatings. 2024. Vol. 14. 99. DOI: 10.3390/coatings14010099
7. Poza P., Garrido-Maneiro M. A. Cold-sprayed coatings: microstructure, mechanical properties, and wear behavior // Progress in Materials Science. 2022. Vol. 123. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2021.100839

8. Deev V., Prusov E., Ponomareva K. Effect of superheat melt treatment on microstructure and mechanical properties of aluminum alloys produced by lost foam casting // Solid State Phenomena. 2018. Vol. 284. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.284.593
9. Deev V., Prusov E., Ri E., Prihodko O. et al. Effect of melt overheating on structure and mechanical properties of Al – Mg – Si cast alloy // Metals. 2021. Vol. 11, Iss. 9. DOI: 10.3390/met11091353
10. Raoelison R. N., Verdy C. Liao H. Cold gas dynamic spray additive manufacturing today: Deposit possibilities, technological solutions and viable applications // Materials and Design. 2017. Vol. 33. DOI: 10.1016/j.matdes.2017.07.067
11. Yin S., Cavaliere P., Aldwell B., Jenkins R. et al. Cold spray additive manufacturing and repair: Fundamentals and applications // Additive Manufacturing. 2018. Vol. 21. DOI: 10.1016/j.addma.2018.04.017
12. Li W., Assadi H., Gaertner F., Yin S. A review of advanced composite and nanostructured coatings by solid-state cold spraying process // Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. 2018. Vol. 44, No. 2. DOI: 10.1080/10408436.2017.1410778
13. Raoelison R. N., Xie Y., Sapanathan T., Planche M. P. et al. Cold gas dynamic spray technology: A comprehensive review of processing conditions for various technological developments till to date // Additive Manufacturing. 2018. Vol. 19. DOI: 10.1016/j.addma.2017.07.001
14. Irissou. E., Legoux J.-G., Arsenault B., Moreau C. Investigation of Al-Al2O3 cold spray coating formation and properties // Journal of Thermal Spray Technology. 2007. Vol. 16. DOI: 10.1007/s11666-007-9086-8
15. Spencer K., Fabijanic D. M., Zhang, M. X. The use of Al-Al2O3 cold spray coatings to improve the surface properties of magnesium alloys // Surface and Coatings Technology. 2009. Vol. 204. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2009.07.032
16. Shockley J. M., Strauss H. W., Chromik R. R., Brodusch N. et al. In situ tribometry of cold-sprayed Al-Al2O3 composite coatings // Surface and Coatings Technology. 2013. Vol. 215. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2012.04.099
17. Shockley J. M., Descartes S., Irissou E., Chromik R. R. Third body behavior during dry sliding of cold-sprayed Al-Al2O3 composites: in situ tribometry and microanalysis // Tribology Letters. 2014. Vol. 54. DOI: 10.1007/s11249-014-0326-z
18. Аборкин А. В., Алымов М. И., Архипов В. Е., Хренов Д. С. Формирование гетерогенных порошковых покрытий с двухуровневой микро- и нанокомпозиционной структурой в условиях газодинамического напыления // ДАН. 2018. Т. 478, № 6. С. 637-641.
19. Aborkin А. V., Babin D. M., Elkin A. I., Ryabkova V. V. Microhardness of gas-dynamic coatings from aluminum powder multi-reinforced with fullerenes and aluminum oxide // Non-ferrous Metals. 2024. No. 2. P. 52–57.
20. Аборкин А. В., Алымов М. И., Киреев А. В., Собольков А. В. и др. Структура и эффективность газодинамического напыления гибридных покрытий на основе нанокристаллической алюминиевой матрицы // Металлург. 2018. № 8. С. 73–77.
21. Mindivan H., Sabri Kayali E., Cimenoglu H. Tribological behavior of squeeze cast aluminum matrix composites // Wear. 2008. Vol. 265. DOI: 10.1016/j.wear.2007.12.007
22. Qiu X., Tariq N. H., Wang J.-Q., Tang J.-R. et al. Microstructure, microhardness and tribological behavior of Al2O3 reinforced A380 aluminum alloy composite coatings prepared by cold spray technique // Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 350. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2018.07.039