research engineer
инженер-исследователь
PhD (Physics and Mathematics), senior researcher
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
Doctor of Sciences (Engineering), Academician of RAS, Head of Department of Materials Science, Head of Laboratory of Mechanical Properties
доктор технических наук, академик РАН, заведующий отделом материаловедения и лабораторией механических свойств
Doctor of Sciences (Engineering), Head of Laboratory of Materials Physics and Chemistry
доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией физики и химии материалов
Head of sector, senior researcher.
Address 1: M.N. Mikheev Institute of Metal Physics of the Ural Branch of RAS
кандидат технических наук, заведующий сектором, старший научный сотрудник
PhD (Physics and Mathematics), senior researcher
кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник
The most rational approach in the production of friction units is not to manufacture the entire part from high-quality materials but to apply thin coatings (up to hundreds of micrometers) from expensive materials onto steels already widely used in industry. One such expensive material is Ta. This paper presents the results of a study on the structure of coatings formed by short-pulse laser cladding of Ta, SiC, B4C, and BN powders onto 40Kh steel. The results demonstrate the technical feasibility of producing coatings of such composition using short-pulse laser radiation. Coatings based on the Ta and SiC powder mixture without B4C and BN additions exhibit large pores that connect into channels after cladding, while the chemical elements are distributed uniformly over the surface. In particular, Fe atoms, which were not part of the initial powder mixture, were transferred from the steel substrate, indicating strong adhesion between the coating and the substrate. The addition of B4C and BN powders led to the formation of separate elliptical pores within the coating. The coating with the lowest content of the Ta and SiC powder mixture demonstrated the smoothest surface. Wear resistance tests revealed a positive influence of B4C and BN on the tribological properties of the coating based on Ta and SiC powders. The minimum mass loss values for both the “pin” and “plate” specimens were obtained after testing the coating with the maximum B4C and BN content. Although the TaSiC coating without additives experienced significantly greater mass loss, it was still 1.8 times lower than that of the uncoated 40Kh steel.
Наиболее рациональным подходом в производстве узлов трения является не изготовление детали полностью из высококачественных материалов, а нанесение тонких (до сотен микрометров) покрытий из дорогостоящих материалов на стали, уже широко используемые в промышленности. Одним из таких дорогостоящих материалов является Ta. В работе приведены результаты исследования структуры покрытий, сформированных короткоимпульсной лазерной наплавкой порошков Ta, SiC, B4C, BN на сталь 40Х, которые показали техническую возможность получения покрытий такого состава с помощью короткоимпульсного лазерного излучения. Покрытия на основе порошковой смеси Ta и SiC без добавок B4C и BN после наплавки имеют большие поры, соединяющиеся в каналы, а химические элементы распределены равномерно по поверхности. В частности, атомы Fe, которые не входили в состав порошковой смеси, были перенесены из стальной подложки, что указывает на ее прочное сцепление с покрытием. Добавление порошков B4C и BN привело к образованию в покрытии отдельных эллипсовидных пор, а покрытие с наименьшим содержанием порошковой смеси Ta и SiC имеет самую гладкую поверхность. Испытания на износостойкость показали положительное влияние B4C и BN на трибологические свойства покрытия на основе порошков Ta и SiC. Минимальные значения потери массы образцов «палец» и «пластина» получены после испытания покрытия с максимальным содержанием B4C и BN. Несмотря на значительно большую потерю массы покрытия TaSiC без добавок, она в 1,8 раза меньше, чем у стали 40Х без покрытия.