ИССЛЕДОВАНИЕ ТРИБОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ Al65Cu20Fe15, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ HVOF

В данной работе исследованы трибологические свойства и микротвердость квазикристаллических покрытий Al₆₅Cu₂₀Fe₁₅, нанесенных методом высокоскоростного газопламенного напыления (HVOF) на инструментальную сталь У8Г. Особое внимание уделено влиянию режима подачи воздуха (1.9 bar, 2.1 bar, 2.3 bar) на износостойкость покрытий. Исследование проводилось методом «шар-диск», а микроструктура анализировалась с использованием сканирующего электронного микроскопа (СЭМ). Образец, напыленный при пропане 2 bar, кислороде 2.1 bar и воздухе 2.1 bar, показал наименьшую ширину износной дорожки (902 мкм) и стабильный коэффициент трения (μ ≈ 0.4), что подтверждает его износостойкость. Микротвердость покрытия, измеренная методом Виккерса, составила 800 HV, что свидетельствует о его высокой прочности. Данные результаты подчеркивают перспективность применения квазикристаллических покрытий в условиях интенсивного износа, особенно в авиационной, автомобильной и машиностроительной промышленности. Исследование соответствует целям устойчивого развития, в частности направлению «Индустриализация, инновации и инфраструктура», способствуя разработке износостойких покрытий с улучшенными эксплуатационными характеристиками.

1. Yeong-Ho, S.; Baek, S. H.; Kim, B. K.; Hwang, J. H.; Lee, J. H.; Song, G. D. Comparison of Durability and Gamma-Ray Shielding Performance of High-Velocity Oxygen Fuel Tungsten Carbide-Based Coatings on ColdRolled Steel Surface // Crystals. – 2025. – Vol. 15(1). – P. 21.

2. Nie, H.; Li, Z.; Zhou, H.; Wu, J.; Wen, G.; Li, Y. Study on the wear resistance and mechanism of HVOF-sprayed WC10Co4Cr coatings //Surf. Coat. Technol. – 2024. – Vol. 494. – P. 131368.

3. Kumar, V.; Verma, R. Effect of GNP and laser-surface texturing on HVOF sprayed WC10Co4Cr coatings for high-wear resistance //Tribol. Int. – 2023. – Vol. 178. – P. 108057.

4. Kumar, R.; Sharma, S.; Singh, J.P.; Gulati, P.; Singh, G.; Dwivedi, S.P.; Li, C.; Kumar, A.; Tag-Eldin, E.M.; Abbas, M. Enhancement in wear-resistance of 30MnCrB5 boron steel-substrate using HVOF thermal sprayed WC–10% Co–4% Cr coatings: A comprehensive research on microstructural, tribological, and morphological analysis // J. Mater. Res. Technol. – 2023. – Vol.27. – P. 1072–1096.

5. Mishra, B.B.; Nautiyal, H. Frictional and wear behavior of Cr3C2-NiCr coating on AISI-304 stainless steel //Adv. Mater. Process. Technol. – 2022. – Vol. 8. – P. 4007–4017.

6. Wen, Y.; Zhang, Y.; Zhang, X.; Zhao, Z.; Yan, Q. The tribological behavior of Cu-based brake materials against Cr₃C₂-NiCr coated steel disks with varying roughness. Tribol. Trans. 2024; accepted.

7. Ge, Y.; Xi, H.; Kong, D. Structural Evolution, Phase Transition and High-Temperature Tribological Properties of Cr₃C₂ Reinforced WC-10Co4Cr Coatings by Laser Cladding // Ind. Lubr. Tribol. – 2025. – Vol. 77(4). – P. 582– 591.

8. Hao, K.; Huang, J.; Liu, H.; Wang, Z.; Qiu, Z.; Zheng, Z.; Zeng, D. Improving Thermal Shock and Oxidation Resistance of Cr₃C₂/WC-NiCr Cermet Coating by Embedding Large NiCrAlY Superalloy Particles //Ceramics International. – 2024. – Vol. 50(24). – P. 54737–54752.

9. Torskaya E. V. et al. Processing and tribological properties of PEO coatings on AlZn5. 5MgCu aluminum alloy with incorporated Al-Cu-Fe quasicrystals //Ceramics. – 2023. – Vol. 6. – No. 2. – P. 858–871. https://doi.org/10.3390/ ceramics6020049

10. Fatoba O. S., Akinlabi S. A., Akinlabi E. T. Effects of Fe addition on the microstructure and corrosion properties of quasicrystalline Al-Cu-Fe coatings //2018 IEEE 9th International Conference on Mechanical and Intelligent Manufacturing Technologies (ICMIMT). – IEEE, 2018. – С. 74-79. https://doi.org/10.1109/ICMIMT.2018.8340424

11. Екимов Е. А. и др. Композитный материал на основе квазикристалла системы Al-Cu-Fe и способ его получения.

12. Nascimento L., Melnyk A. Quasicrystalline Phase Formation of the Al67Cu26Fe15 Alloy //Semina: Ciências Exatas e Tecnológicas. – 2019. – Vol. 40. – No. 1. – P. 3–12. https://doi.org/10.5433/1679-0375.2019v40n1p3

13. Пескова А. С. и др. Сплав на основе квазикристалла системы Al-Cu-Fe для нанесения износостойкого, наноструктурного покрытия. – 2011. https://doi.org/ 10.26160/2658-3305-2023-19-185-189

14. Bakhtiari H. et al. The Methods of Quasicrystals Producing //Journal of Environmental Friendly Materials. – 2021. – Vol. 5. – No. 1. – P. 59–68.

15. Фролов Г. О. и др. Теплофизические характеристики HVAF-покрытия из квазикристаллического сплава системы Al-Cu-Fe //Двигуни внутрішнього згоряння. – 2022. – № 2. – С. 61–68.

16. Polonskyy V. A., Sukhova O. V. Development of composite material reinforced with decagonal quasicrystals for working in sea atmosphere //Journal of Chemistry & Technologies. – 2021. – Vol. 29. – No. 4. http://chemistry.dnu.dp.ua/

17. Цетлин М. Б. и др. Композитный материал на основе политетрафторэтилена и квазикристаллического наполнителя Al-Cu-Fe с ультранизким износом: морфология, трибологические и механические свойства //Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. – 2018. – № 3. – С. 83–92.

18. Fatoba O. S. et al. Microstructural analysis, micro-hardness and wear resistance properties of quasicrystalline Al– Cu–Fe coatings on Ti-6Al-4V alloy //Materials Research Express. – 2018. – Vol. 5. – No. 6. – P. 066538. https://doi.org/10.1088/2053-1591/aaca70

19. Nascimento L. Icosahedral Phase of Al65Cu25Fe15 //Journal of Experimental Techniques and Instrumentation. – 2020. – Vol. 4. – No. 01. – P. 1–14. https://doi.org/10.30609/jeti.v4i01.7558

20. Куис Д. В. и др. Алюминиевый композит, армированный квазикристаллическими частицами Al-Cu-Fe //Труды БГТУ. Лесная и деревообрабатывающая промышленность. – 2015. – № 2 (175). – С. 229–233.

21. Родникова И. С. и др. Композитный материал на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена и квазикристаллического наполнителя (Al-Fe-Cu) //Успехи в химии и химической технологии. – 2020. – Т. 34. – № 7 (230). – С. 129–131.

22. Xin X. et al. Single-phase quasicrystalline Al–Cu–Fe thin film prepared by direct current magnetron sputtering on stainless steel //Thin Solid Films. – 2022. – Vol. 753. – P. 139272. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2022.139272

23. Чуков Д. И. и др. Полимер-квазикристаллическая порошковая композиция для получения антикоррозийных защитных покрытий. – 2017.

24. Юдин Г. А., Абузин Ю. А., Тюрина С. А. Исследование термохимической стабильности квазикристаллов в высоконаполненном км системы 30% Cu-70% квазикристалл, полученного методом холодного газодинамического напыления //Международный научно-исследовательский журнал. – 2020. – № 12-1 (102). – С. 76–82.

25. Мора Дж. и др. Твердые квазикристаллические покрытия, нанесенные методом высокоэнергетического термического напыления для уменьшения обледенения компонентов аэроконструкций // Покрытия. – 2020. – Т. 10. – № 3. – С. 290.

26. Wolf W. et al. Wear and corrosion performance of Al-CuFe-(Cr) quasicrystalline coatings produced by HVOF //Journal of Thermal Spray Technology. – 2020. – Vol. 29. – P. 1195–1207.

27. Souza T. A. et al. Analysis of the surface properties of Al-Cu-Fe-B and Al-Co-Cu quasicrystalline coatings produced by HVOF //MRS Communications. – 2021. – Vol. 11. – No. 6. – P. 873–878.

28. Souza T. A. et al. Analysis of the surface properties of Al–Cu–Fe–B and Al–Co–Cu quasicrystalline coatings produced by HVOF //MRS Communications. – 2021. – Vol. 11. – No. 6. – P. 873–878.

29. Parsamehr H. et al. Thermal spray coating of Al-Cu-Fe quasicrystals: Dynamic observations and surface properties //Materialia. – 2019. – Vol. 8. – P. 100432. https://doi.org/10.1016/j.mtla.2019.100432

30. Li Z. et al. Microstructure and Tribological Properties of AlCuFeSc Coatings: Effects of Surface Roughness and Quasi-Crystalline i-Phase Content //Metallophysics & Advanced Technologies/Metallofizika i Novejsie Tehnologii. – 2022. – Vol. 44. – No. 12.

31. Feitosa F. R. P. et al. Effect of oxygen/fuel ratio on the microstructure and properties of HVOF-sprayed Al59Cu25.5Fe12.5B3 quasicrystalline coatings //Surface and Coatings Technology. – 2018. – Vol. 353. – P. 171– 178. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.08.081

32. Yang Q., Dolatabadi A., Golovin K. Durable Icephobic and Erosion Resistant Coatings Based on Quasicrystals // SAE Technical Paper. – 2023. – Vol. 1. – P. 1455. https://doi.org/10.4271/2023-01-1455

33. Feitosa F. R. P. et al. Efeito da relação oxigênio/combustível na microstrutura e propriedades de revestimentos quasicristalinos AlCuFeB e AlCoCu produzidos por HVOF. – 2018.

34. Сильва Гедес де Лима Б. А. и др. Само смазывающиеся, с низким коэффициентом трения, износостойкие квазикристаллические покрытия на основе алюминия // Наука и технология перспективных материалов. – 2016. – Т. 17. – № 1. – С. 71–79.

35. Anusha K., Routara B. C., Guha S. A review on highvelocity oxy-fuel (HVOF) coating technique //Journal of The Institution of Engineers (India): Series D. – 2023. – Vol. 104. – No. 2. – P. 831–848.

36. Рахадилов Б. К., Муктанова Н., Журерова Л. Г. Применение технологии HVOF для получения износостойких покрытий на основе WC–обзор //Вестник НЯЦ РК. – 2023. – № 1. – С. 4–14. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2023-1-4-14

37. Рахадилов Б. К., Муктанова Н., Какимжанов Д. Н. Влияние варьирования расстояния напыления на структурно-фазовое состояние и механо-трибологические свойства покрытий на основе 86WC-10Co-4Cr, полученных методом HVOF // Вестник НЯЦ РК. – 2024. – № 3. – С. 91–104. https://doi.org/10.52676/1729-7885-2024-3-91-104

38. Галлямов А. М. и др. Восстановление эксплуатационных свойств ответственных деталей методом высокоскоростного напыления (HVOF) // Научнотехнический вестник Поволжья. – 2015. – № 2. – С. 94–98.

39. Тамбовцев А. С. и др. Нанесение защитных покрытий для топливно-энергетического комплекса методом плазменного напыления // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. – 2022. – № 71. – С. 156–166. https://doi.org/10.15593/2224-9982/2022.71.17

40. Anusha K., Routara B. C., Guha S. A review on highvelocity oxy-fuel (HVOF) coating technique //Journal of The Institution of Engineers (India): Series D. – 2023. – Vol. 104. – No. 2. – P. 831–848.

41. Raza A. et al. An influence of oxygen flow rate and spray distance on the porosity of HVOF coating and its effects on corrosion — A review //Materials. – 2022. – Vol. 15. – No. 18. – P. 6329. https://doi.org/10.3390/ma15186329