fwjТрение и и износTitle in english0000-00000000-0000AGU10.32864/0202-4977-2025-46-4-342-353fwj-70Research ArticleСтатьиИсследование триботехнических характеристик инновационных износостойких покрытий для высокоскоростной обработки резаниемResearch of Tribotechnical Сharacteristics of Innovative Wear-Resistant Coatings for High-Speed MachiningМиграновМ. Ш.MigranovM. Sh.

пер. Вадковский, д. 1, г. Москва 127994 

per. Vadkovsky, 1, Moscow 127994 

migmars@mail.ruКозочкинМ. П.KozochkinM. P.

пер. Вадковский, д. 1, г. Москва 127994 

per. Vadkovsky, 1, Moscow 127994 

ГусевА. С.GusevA. S.

пер. Вадковский, д. 1, г. Москва 127994 

per. Vadkovsky, 1, Moscow 127994 

МасловА. А.MaslovA. A.

пер. Вадковский, д. 1, г. Москва 127994 

per. Vadkovsky, 1, Moscow 127994 

ПристинскийЮ. О.PristinskyYu. O.

пер. Вадковский, д. 1, г. Москва 127994 

per. Vadkovsky, 1, Moscow 127994 

Московский государственный технологический университет СТАНКИНРоссияMoscow State Technological University STANKINRussian Federation202529092026464342353Copyright © AGU, 20262026AGUAGUhttps://fwj.ejournal.by/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://fwj.ejournal.by/jour/article/view/70

Цель работы — повышение эффективности высокоскоростной лезвийной обработки резанием жаропрочных сплавов за счёт улучшения триботехнических характеристик износостойких покрытий, достигнутых за счёт использования многокомпонентных катодов-мишеней из спеченных высокоэнтропийных сплавов при нанесении магнетронным способом.Разработаны технологии изготовления высокоэнтропийных катодов-мишеней (диаметром 20 мм и 70 мм), получаемых высокотемпературным искровым плазменным спеканием порошковых композиций с различным процентным содержанием следующих элементов: Al; Cr; Hf; Mo; Nb; Ni; Ta; Ti; V; W; Zr; обеспечен контроль их параметров: плотность, гранулометрический анализ, электропроводность, твёрдость и трещиностойкость. Морфологию спеченных образцов исследовали методом сканирующей электронной микроскопии и энерго-дисперсионного анализа. Изготовлена технологическая оснастка для магнетронной системы нанесения покрытий в различных газовых средах. Проведены триботехнические испытания на трибометрах и при лезвийной обработке резанием различных марок сталей и сплавов, по результатам которых определены наиболее эффективные составы многослойных композиционных наноструктурированных высокоэнтропийных износостойких покрытий, в частности Al20Ti20Zr15V15Cr15Nb15 и Al20Hf10Ni15Ti25W10Zr20, обеспечивающие повышение производительности лезвийной обработки резанием хромоникелевых сплавов ЭИ 654 и ЭИ698 ВД.Проведены сравнительные испытания промышленно используемых износостойких покрытий и покрытий из высокоэнтропийных катодов-мишеней: Al20Hf10Ni15Ti25W10Zr20; Al20Ti20Zr15V15Cr15Nb15; Al20Hf15V15Cr15Ti15Ta10W10; Ti15Zr15Cr15Ni10W10V10Nb15Al10; Ti20Hf15Mo15W10V10Nb15Al15 и другие. По результатам исследований при продольном точении хромоникелевых сплавов ЭИ-654 и ЭИ-698 ВД подтверждено увеличение эффективности применения высокоэнтропийных покрытий на режущем инструменте в среднем на 20—25 %.

The purpose of the work is to increase the efficiency of high-speed blade cutting of heat-resistant alloys based on improving the tribotechnical characteristics of wear-resistant coatings by developing and introducing multicomponent cathodes — targets from sintered high-entropy alloys when applied by the magnetron method.At the preliminary stage, the composition of the powder material was selected; technologies for obtaining high-entropy target cathodes (with a diameter of 20 mm and 70 mm) obtained by high-temperature spark plasma sintering have been developed; control of their parameters is provided: density, grain-size analysis, electrical conductivity, hardness and crack resistance. The morphology of the sintered samples was examined by scanning electron microscopy and non-dispersive analysis. Technological equipment for magnetron coating system in various gas media is manufactured. Tribotechnical tests were carried out on tribometers and during blade cutting of various grades of steels and alloys, based on the results of which the most effective compositions of multilayer composite nanostructured high-entropy wear-resistant coatings were determined, in particular Al20Ti20Zr15V15Cr15Nb15 and Al20Hf10Ni15Ti25W10Zr20, providing improved cutting performance of chromium-nickel alloys EI654 and EI698 VD.Comparative tests of commercially used wear-resistant coatings and coatings made of high-entropy target cathodes were carried out: Al20Hf10Ni15Ti25W10Zr20; Al20Ti20Zr15V15Cr15Nb15; Al20Hf15V15Cr15Ti15Ta10W10; Ti15Zr15Cr15Ni10W10V10Nb15Al10; Ti20Hf15Mo15W10V10Nb15Al15; Ti40Zr10Cr10Ni10W10Mo10Nb10 et al. According to the results of studies in the longitudinal turning of chromium-nickel alloys EI-654 and EI-698 VA, an increase in the efficiency of using high-entropy coatings on a cutting tool by an average of 20—25 % was confirmed.

износостойкие покрытиявысокоскоростное точениевысокоэнтропийные катоды-мишенижаропрочный хромоникелевый сплавадгезионная составляющая коэффициента тренияпериод стойкости режущего инструментаwear-resistant coatingshigh-speed turninghigh-entropy target cathodesheat-resistant chromium-nickel alloyadhesive component of the friction coefficientservice life of a cutting toolReferencesВерещака А. А., Григорьев С.Н., Табаков В.П. Многослойные наноструктурированные износостойкие покрытия для металлорежущего инструмента. — М: Инфра-Инженерия. — 2025Vereshchaka A.A., Grigoriev S.N., Tabakov V.P. Multilayer Nanostructured Wear-Resistant Coatings for Metal-Cutting Tools. — Moscow: Infra-Engineering. — 2025 (in Russian)Kumar J., Linda A., Sadhasivam M., Pradeep K.G., Gurao N.P., and Biswas K. The Effect of Si Addition on the Structure and Mechanical Properties of Equiatomic CoCrFeMnNi High Entropy Alloy by Experiment and Simulation // Materialia. — 2023 (27), Art. no. 101707. DOI: 10.1016/j.mtla.2023.101707Kumar J., Linda A., Sadhasivam M., Pradeep K.G., Gurao N.P., and Biswas K. The Effect of Si Addition on the Structure and Mechanical Properties of Equiatomic CoCrFeMnNi High Entropy Alloy by Experiment and Simulation // Materialia. — 2023 (27), Art. no. 101707. DOI: 10.1016/j.mtla.2023.101707Zhang Y., Wang D., and Wang S. High-Entropy Alloys for Electrocatalysis: Design, Characterization, and Applications // Small. — 2022 (18), no. 7, Art. no. 2104339. DOI: 10.1002/smll.202104339Zhang Y., Wang D., and Wang S. High-Entropy Alloys for Electrocatalysis: Design, Characterization, and Applications // Small. — 2022 (18), no. 7, Art. no. 2104339. DOI: 10.1002/smll.202104339Zhou Y., Shen X., Qian T., Yan C., and Lu J. A Review on the Rational Design and Fabrication of Nanosized Highentropy Materials // Nano Research. — 2022 (16), no. 5, 7874—7905. DOI: 10.1007/s12274-0235419-2Zhou Y., Shen X., Qian T., Yan C., and Lu J. A Review on the Rational Design and Fabrication of Nanosized Highentropy Materials // Nano Research. — 2022 (16), no. 5, 7874—7905. DOI: 10.1007/s12274-0235419-2Meng F., Zhang W., Zhou Z., Sheng R., Chuang A.C.-P., Wu C., Huang H., Li X., Zhang S., Zhang H., Zhu L., Jiang L., Liaw P.K., Chen S., and Tong Y. Charge Transfer Effect on Local Lattice Distortion in a HfNbTiZr High Entropy Alloy // Scripta Materialia. — 2021 (203), Art. no. 114104. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2021.114104Meng F., Zhang W., Zhou Z., Sheng R., Chuang A.C.-P., Wu C., Huang H., Li X., Zhang S., Zhang H., Zhu L., Jiang L., Liaw P.K., Chen S., and Tong Y. Charge Transfer Effect on Local Lattice Distortion in a HfNbTiZr High Entropy Alloy // Scripta Materialia. — 2021 (203), Art. no. 114104. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2021.114104Рогачев А.С. Структура, стабильность и свойств высокоэнтропийных сплавов // Физика металлов и металловедение. — Российская академия наук. — 2020 (121), № 8, 807—814Rogachev A.S. Structure, stability, and properties of high-entropy alloys // Physics of Metals and Metallography. — Russian Academy of Sciences. — 2020 (121), № 8, 807—814 (in Russian)Migranov M.Sh., Shekhtman S.R., and Gusev A.S. Synthesizing Low-Wear Cathodic Coatings from Multi-Component Alloys with a High-Entropy Effect // Proceedings of the 9th International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2023. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-38126-3_71Migranov M.Sh., Shekhtman S.R., and Gusev A.S. Synthesizing Low-Wear Cathodic Coatings from Multi-Component Alloys with a High-Entropy Effect // Proceedings of the 9th International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2023. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-38126-3_71Migranov M.Sh., Grigoriev S.N., Shekhtman S.R., Suhova N.A., Gusev A.S. Synthesizing High-Entropy Cutting Tool Coatings Using the Magnetron Sputtering Method. Proceedings of the 10th International Conference on Industrial Engineering, Sochi, Russian Federation, 19–24 мая 2024 года. — Sochi: Springer. — 2024, 774—782. DOI 10.1007/978-3-031-65870-9_72Migranov M.Sh., Grigoriev S.N., Shekhtman S.R., Suhova N.A., Gusev A.S. Synthesizing Low-Wear Cathodic Coatings from Multi-Component Alloys with a High-Entropy Effect // Proceedings of the 9th International Conference on Industrial Engineering. ICIE 2023. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-031-38126-3_71Григорьев С.Н., Мигранов М.Ш., Волосова М.А., Гусев А.С. Спеченные порошковые высокоэнтропийные катоды-мишени для износостойких покрытий // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. — 2023 (66), № 4, 410—414. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-4-410-414Grigoriev S.N., Migranov M.Sh., Volosova M.A., Gusev A.S. Sintered Powder High-Entropy Cathode Targets for Wear-Resistant Coatings // Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedeniy. Chernaya Metallurgiya (Universities' Proceedings. Ferrous Metallurgy). — 2023 (66), № 4, 410—414. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-4-410-414 (in Russian)Легаев В.П., Генералов Л.К., Галковский О.А. Аналитический обзор существующих гипотез о природе трения // Вестник Московского авиационного института. — 2019 (26), № 1, 174—181Legaev V.P., Generalov L.K., Galkovskiy O.A. Analytical Review of Existing Hypotheses on the Nature of Friction // Vestnik Moskovskogo Aviatsionnogo Instituta (Moscow Aviation Institute Bulletin). — 2019 (26), № 1, 174—181 (in Russian)Прибор для исследования адгезивного взаимодействия: патент на полезную модель № 34249, 24 июня 2003 г. / Л.Ш. Шустер, М.Ш. МиграновDevice for Studying Adhesive Interaction: Utility Model Patent № 34249, June 24, 2003 / L.Sh. Shuster, M. Sh. MigranovШустер Л.Ш., Криони Н.К., Шолом В.Ю., Мигранов М.Ш. Покрытия и смазка в высокотемпературных подвижных сопряжениях и металлообработке. — М.: Машиностроение. — 2008Shuster L.Sh., Krioni N.K., Sholom V.Yu., Migranov M.Sh. Coatings and lubrication in high-temperature moving joints and metalworking. — M.: Mashinostroenie. — 2008 (in Russian)Zibing An, Shengcheng Mao, Yinong Liu, Li Wang, Hao Zhou, Bin Gan, Ze Zhang, and Xiaodong Han. A Novel HfNbTaTiV High-Entropy Alloy of Superior Mechanical Properties Designed on the Principle of Maximum Lattice Distortion // Journal of Materials Science and Technology. — 2021 (79), 109—117Zibing An, Shengcheng Mao, Yinong Liu, Li Wang, Hao Zhou, Bin Gan, Ze Zhang, and Xiaodong Han. A Novel HfNbTaTiV High-Entropy Alloy of Superior Mechanical Properties Designed on the Principle of Maximum Lattice Distortion // Journal of Materials Science and Technology. — 2021 (79), 109—117Ye Y.F., Wang Q., Lu J., Liu C.T., and Yang Y. High-Entropy Alloy: Challenges and Prospects // Materials Today. — 2016 (19), no. 6, 349—362. DOI: 10.1016/j.mattod.2015.11.026Ye Y.F., Wang Q., Lu J., Liu C.T., and Yang Y. High-Entropy Alloy: Challenges and Prospects // Materials Today. — 2016 (19), no. 6, 349—362. DOI: 10.1016/j.mattod.2015.11.026Юрченко Н.Ю. Разработка и исследование высокоэнтропийных сплавов с высокой удельной прочностью на основе системы Al-Cr-Nb-Ti-VZr: дис. … канд. техн. наук: 05.16.01. — Белгород. — 2019Yurchenko N.Yu. Development and Study of HighEntropy Alloys with High Specific Strength Based on the Al-Cr-Nb-Ti-V-Zr System: PhD Thesis (Candidate of Technical Sciences): 05.16.01. — Belgorod. — 2019 (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.