ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА HVOF НА ТРИБОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОКРЫТИЙ Al65Cu20Fe15 НА ПОДЛОЖКЕ ИЗ СТАЛИ AISI 321

В настоящем исследовании систематически изучается влияние параметров высокоскоростного кислородно-топливного напыления (HVOF), с особым акцентом на давление кислорода, на микроструктуру и трибологические характеристики покрытий Al65Cu20Fe15. Покрытия наносились при двух значениях давления кислорода (3,0 и 3,5 бар), при этом остальные параметры процесса напыления оставались неизменными. Микроструктурная характеристика проводилась с использованием сканирующей электронной микроскопии (SEM) и энергодисперсионной спектроскопии (EDS), а фазовый состав анализировался для оценки доли квазикристаллических и кристаллических фаз. Трибологическое поведение оценивалось методом испытаний по схеме «шар-диск» (ball-on-disk) при скользящем трении с непрерывной регистрацией коэффициента трения. Результаты показывают, что давление кислорода сильно влияет на плотность покрытия, фазовый состав и образование трибопленок. Покрытие, нанесенное методом напыления при давлении кислорода 3,5 бар, продемонстрировало наиболее сбалансированные характеристики со стабильным коэффициентом трения 0,55–0,60 и постоянным износом, что объясняется более высокой долей квазикристаллической фазы и однородной трибопленкой. Таким образом, по результатам проведенного анализа установлено, что обработка образцов при давлении кислорода 3,5 бар является оптимальным технологическим режимом, обеспечивающим формирование более плотной микроструктуры и улучшенные трибологические характеристики покрытия.

1. Zhu L., Soto-Medina S., Cuadrado-Castillo W., Hennig R. G., Manuel M. V. New experimental studies on the phase diagram of the Al-Cu-Fe quasicrystal-forming system // Materials & Design. – 2020. – Vol. 185. – P. 108186. – https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108186.

2. Wolf W., Koga G. Y., Schulz R., Savoie S., Kiminami C. S., Bolfarini C., Botta W. J. Wear and corrosion performance of Al-Cu-Fe-(Cr) quasicrystalline coatings produced by HVOF //journal of Thermal Spray Technology. – 2020. – Vol. 29. – P. 1195-1207. – https://doi.org/10.1007/s11666020-01053-2.

3. Рахадилов Б.К., Курбанбеков Ш.Р., Сейтов Б., Муктанова Н., Балтабаева Д.Э., Катпаева К. Теоретические исследования и решения оптимальных режимов процесса термического напыления HVOF для покрытия CR3C2-NiCr // Вестник НЯЦ РК. – 2023. – No. 4. – S. 22-31. – https://doi.org/10.52676/1729-78852023-4-22-31

4. Рахадилов Б. К., Муктанова Н., Какимжанов Д. Н. Влияние варьирования расстояния напыления на структурно-фазовое состояние и механо-трибологические свойства покрытий на основе 86WC10CO-4CR, полученных методом HVOF // Вестник НЯЦ РК. – 2024. – No. 3. – S. 91-104. – https://doi.org/10.52676/1729-7885-2024-391-104

5. Пантелеенко Ф. И., Жэн П. [Panteleenko F. I., Zhen P.] Прогрессивные технологии лазерной наплавки и газотермического напыления // литье и металлургия. – 2024. – No. 3. – S. 61-65. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2024-3-61-65

6. Dubois J. M., Belin-Ferré E. Friction and solid-solid adhesion on complex metallic alloys // Science and Technology of Advanced Materials. – 2014. – Vol. 15. – P. 034804. – https://doi.org/10.1088/1468-6996/15/3/034804.

7. 08Х18Н10Т – сталь коррозионно-стойкая жаропрочная // Марочник стали и сплавов. – [Б. г. (B. g.)].

8. Kumar R., Sharma S., Singh J. P. et al. Enhancement in wear-resistance of 30MNCRB5 boron steel substrate using HVOF thermal sprayed WC-10%Co-4%Cr coatings //journal of Materials Research and Technology. – 2023. – Vol. 27. – P. 1072-1096.

9. Mishra B. B., Nautiyal H. Frictional and wear behavior of Cr₃C₂-NiCr coating on AISI-304 stainless steel // Advances in Materials and Processing Technologies. – 2022. – Vol. 8, No. 4. – P. 4007-4017. – https://doi.org/10.1080/2374068X.2022.2036508.

10. Mora J., García P., Muelas R., Agüero A. Hard quasicrystalline coatings deposited by HVOF thermal spray to reduce ice accretion in aero-structures components // Coatings. – 2020. – Vol. 10, No. 3. – P. 290. – https://doi.org/10.3390/coatings10030290.

11. Shalaeva E. V., Selyanin I. O., Smirnova E. O., Smirnov S. V., Novachek D. D. Deformation behavior and structure of the i-Al-Cu-Fe quasicrystalline alloy in the vicinity of a nanoindenter imprint // Physics of the Solid State. – 2018. – Vol. 60, No. 2. – P. 307-314. – https://doi.org/10.1134/S1063783418020233.

12. Huttunen-Saarivirta E., Turunen E., Kallio M. Microstructural characterisation of thermally sprayed quasicrystalline Al-Co-Fe-Cr coatings //journal of Alloys and Compounds. – 2003. – Vol. 354. – P. 269-280. – https://doi.org/10.1016/S0925-8388(03)00274-3.

13. Wolf W., Koga G. Y., Schulz R. et al. Wear and corrosion performance of Al-Cu-Fe-(Cr) quasicrystalline coatings produced by HVOF //journal of Thermal Spray Technology. – 2020. – Vol. 29. – P. 1195-1207. – https://doi.org/10.1007/s11666-020-01053-2.

14. Murray C. ASTM G99 tip’s perspective continuous wear contact // Today’s Standards Tomorrow’s Materials. – 2013. – Vol. 9.

15. Erkisi A., Surucu G. The investigation DO3-type Fe₃M (M = Al, Ga, Si and Ge) full-Heusler alloys within first principles study // Politeknik Dergisi. – 2018. – Vol. 21, No. 4. – P. 927-936.

16. Pougoum F., Martinu L., Klemberg-Sapieha J. E., Savoie S., Schulz R. Wear properties of Fe₃Al-based HVOF coatings strengthened with in-situ precipitated nitride and boride particles // Surface and Coatings Technology. – 2016. – Vol. 307. – P. 109-117.

17. Wolf W., Koga G. Y., Schulz R., Savoie S., Kiminami C. S., Bolfarini C., Botta W. J. Wear and corrosion performance of Al-Cu-Fe-(Cr) quasicrystalline coatings produced by HVOF //journal of Thermal Spray Technology. – 2020. – Vol. 29. – P. 1195-1207.

18. Babilas R., Bajorek A., Spilka M., Radoń A., Łoński W. Structure and corrosion resistance of Al-Cu-Fe alloys // Progress in Natural Science: Materials International. – 2020. – Vol. 30, No. 3. – P. 393-401.

19. Mora J., García P., Muelas R., Agüero A. Hard quasicrystalline coatings deposited by HVOF thermal spray to reduce ice accretion in aero-structures components // Coatings. – 2020. – Vol. 10. – P. 1-22.

20. Борисова А. Л., Борисов Ю. С., Астахов Е. А. и др. [Borisova A. L., Borisov Yu. S., Astakhov E. A. i dr.] Теплозащитные свойства газотермических покрытий, содержащих квазикристаллический сплав системы Al-Cu-Fe // Автоматическая сварка. – 2012. – № 4 (708). – С. 36-41.

21. Шалаева Е. В., Прекуль А. Ф. [Shalayeva E. V., Prekul’ A. F.] Структурно-фазовые превращения в квазикристаллообразующих сплавах Al-Cu-Fe и дефекты икосаэдрической фазы [// Физика металлов и металловедение. – 2010. – Т. 109, № 4. – С. 424-433.

22. Dubois J. M., Belin-Ferré E. Friction and solid-solid adhesion on complex metallic alloys // Science and Technology of Advanced Materials. – 2014. – Vol. 15. – P. 034804. – https://doi.org/10.1088/1468-6996/15/3/034804.

23. Fleury E., Kim Y. C., Kim J. S. et al. Sliding friction and wear behavior of Al-Ni-Co-Si quasicrystalline coatings deposited by the high-velocity oxy-fuel spraying technique //journal of Materials Research. – 2002. – Vol. 17. – P. 492-501.

24. Suárez M. A., Esquivel R., Alcántara J., Dorantes H., Chávez J. F. Effect of chemical composition on the microstructure and hardness of Al-Cu-Fe alloy // Materials Characterization. – 2011. – Vol. 62, No. 9. – P. 917-923.

25. Kurbanbekov S., Gaipov T., Saidakhmetov P. et al. Microstructure, phase components, and tribological properties of Al65Cu20Fe15 quasicrystal coatings deposited by HVOF // Lubricants. – 2025. – Vol. 13, No. 7. – P. 297.

26. Li L., Bi Q., Yang J. et al. Large-scale synthesis of Al-CuFe submicron quasicrystals // Scripta Materialia. – 2008. – Vol. 59, No. 6. – P. 587-590.

27. Suárez M. A., Esquivel R., Alcántara J., Dorantes H., Chávez J. F. Effect of chemical composition on the microstructure and hardness of Al-Cu-Fe alloy // Materials Characterization. – 2011. – Vol. 62, No. 9. – P. 917-923.

28. Huttunen-Saarivirta E., Turunen E., Kallio M. Influence of Cr alloying on the microstructure of thermally sprayed quasicrystalline Al-Cu-Fe coatings // Intermetallics. – 2003. – Vol. 11, No. 9. – P. 879-891.