Контролируемая трибосинтезом FeWO₄ адаптационная способность покрытий WC/инструментальная сталь

Изучено влияние скорости скольжения на эволюцию приповерхностной структуры и трибоокисление покрытия из быстрорежущей стали, армированном WC, при трении по стальному контртелу без смазочного материала.

Электронно-лучевые композиционные покрытия получали из смеси порошковой стали Р6М5 и WC. Трение покрытий исследовали в контакте с контртелом из стали ШХ15. Установлено, что структура покрытий представляет собой матрицу на основе γ+α' железа, армированную скелетообразными структурами из эвтектических карбидов. Наблюдали одновременное снижение коэффициента трения и скорости изнашивания покрытий при увеличении скорости скольжения от 0,8 м/с до 3,6 м/с. Это связано с трибохимическим образованием вольфраматов железа FeWO₄ и Fe₂WO₆ при скоростях скольжения 2,4 м/с и 3,6 м/с, что затем позволяет сформироваться поверхностному механически перемешанному слою, в состав которого, помимо вольфраматов железа, входят фрагменты карбидов и металлических частиц матрицы покрытия. Такая структура поверхности трения обеспечивает эффект твёрдой смазки, а также защищает нижележащие структуры покрытия от разрушения. Специфика такого механизма адаптации заключается в том, что он реализовывается при относительно низких скоростях скольжения, что соответствует максимальной расчётной температуре вспышки около 290 °С. Обнаруженный механизм трибологической адаптации должен способствовать успешному применению электроннолучевых композиционный покрытий WC/инструментальная сталь в различных отраслях промышленности.

1. Kostetsky B.I. The Structural-Energetic Concept in the Theory of Friction and Wear (Synergism and Self-Organization) // Wear. — 1992 (159), 1—15

2. Kumar R. and Antonov M. Self-Lubricating Mate-rials for Extreme Temperature Tribo-Applications // Materials Today: Proceedings. — 2020 (44), 4583—4589

3. Voevodin A.A., Muratore C., and Aouadi S.M. Hard Coatings with High Temperature Adaptive Lubrication and Contact Thermal Management: Review // Surface and Coatings Technology. — 2014 (257), 247—265

4. Savchenko N., Sevostyanova I., Grigoriev M., Sablina T., Buyakov A., Rudmin M., Voron-tsov A., Moskvichev E., Rubtsov V., and Tarasov S. Self-Lubricating Effect of WC/Y–TZP–Al2O3 Hybrid Ceramic–Matrix Composites with Dis-persed Hadfield Steel Particles during High-Speed Sliding against an HSS Disk // Lubricants. — 2022 (10), 140

5. Poletika I.M., Krylova T.A., Tetyutskaya M.V., and Makarov S.A. Formation of the Structure of Wear-Resisting Coatings in Electron Beam Deposi-tion of Tungsten Carbide // Welding Internation-al. — 2013 (27), 508—515

6. Wang W., Fan X., Li Y., Li S., Wang D., Zhang H., and Yamaguchi T. Effect of WC-10Co on Microstructure and Properties of Medium-Entropy Alloy Coatings via Electron Beam Clad-ding // Journal of Alloys and Compounds. — 2022 (926), 166882

7. Krylova T.A., Chumakov Y.A., and Vasi-lyeva M.P. Microstructure and Properties of WC-Ni3Al Composite Coatings Fabricated by Non-Vacuum Electron Beam Cladding // Materials Let-ters. — 2022 (308), 131117

8. Liu H., Wang, B., Qi Z., Zhang G., and Wang D. Surface Microstructure and Anti-Wear of WC-CoCr Coatings Cladded by Electron Beam // Rare Metal Materials and Engineering. — 2018 (47), 3338—3344

9. Gnyusov S., Tarasov S., Ivanov Y., and Roth-stein V. The Effect of Pulsed Electron Beam Melt-ing on Microstructure, Friction and Wear of WC–Hadfield Steel Hard Metal // Wear. — 2004 (257), 97—103

10. Savchenko N., Fedin E., Sevostyanova I., Mos-kvichev E., Vorontsov A., and Tarasov S. Evi-dence of Tribological Adaptation Controlled by Tribosynthesis of FeWO4 on an WC-Reinforced Electron Beam M2 Steel Coating Rubbed against a HSS Disk in a Range of Sliding Speeds // Materials. — 2023 (16), 1013

11. Liu Y., Erdemir A., and Meletis E.I. A Study of the Wear Mechanism of Diamond Like Carbon Films // Surface and Coatings Technology. — 1996 (82), 48—56

12. Asif M., Ahad M.A., Iqbal M.F.H., and Reyaz S. Experimental Investigation of Thermal Properties of Tool Steel and Mild Steel with Heat Treatment // Materials Today: Proceedings. — 2021 (45), 5511—5517

13. Niederhofer P., Eger K., Schwingenschlogl P., and Merklein M. Properties of Tool Steels for Ap-plication in Hot Stamping // Steel Research Inter-national. — 2020 (91), 1900422

14. Jamil M., He N., Zhao W., Khan A.M., Xiang H., Gupta M.K., and Iqbal A. A Novel Low-Pressure Hybrid Dry Ice Blasting System for Improving the Tribological and Machining Characteristics of AISI-52100 Tool Steel // Journal of Manufacturing Processes. — 2022 (80), 152—160

15. Denkena B., Krödel A., and Heckemeyer A. Nu-merical and Experimental Analysis of Thermal and Mechanical Tool Load when Turning AISI 52100 with Ground Cutting Edge Microgeometries // CIRP Journal of Manufacturing Science and Technolo-gy. — 2021 (35), 494—501