В статье рассматриваются результаты нанесения покрытий методом порошковой лазерной наплавки составом системы «карбид вольфрама – кобальт – хром» (WC-Co-Cr) на подложку из нержавеющей стали марки 20Х13 с целью оценки влияния параметров обработки на формирование геометрии и твердости покрытия через значение плотности мощности. Нанесение износостойких покрытий весьма актуально для сред с интенсивным абразивным износом, в частности систем трубопроводов газо- и нефтедобывающей промышленности. Проведена оценка геометрии формируемых слоев покрытий с точки зрения гомогенности структуры и равномерности распределения твердых частиц карбидов. Согласно параметрам нанесения рассчитано значение плотности мощности излучения (интенсивности излучения), которое отражает плотность энергии лазерного излучения, воздействующего на определенную площадь поверхности. Получены значения микротвердости в поперечных слоях покрытий. Установлена зависимость значений твердости от значений плотности мощности. Выявлено, что значения твердости полученных покрытий в 2–2,5 раза выше значений твердости у подложки, что позволяет судить об эффективности и целесообразности выбора порошковой композиции с высоким содержанием карбидов. Также определено, что при снижении плотности мощности твердость покрытия повышается, но вместе с тем увеличиваются вязкость и хрупкость его структуры. Тем не менее, при увеличении плотности мощности структура покрытия стабилизируется, образуя неравномерно распределенные участки с высокой концентрацией твердых частиц карбидов. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант 23-29-00545).
The article discusses the results of coating by powder laser surfacing with the composition of the tungsten carbide-cobalt-chromium (WC-Co-Cr) system on a substrate made of stainless-steel grade 20X13. The application of wear-resistant coatings is very important for environments with intense abrasive wear, in particular pipeline systems of the gas and oil industry. The geometry of the formed coating layers was evaluated from the point of view of the homogeneity of the structure and the uniformity of the distribution of solid carbide particles. According to the application parameters, the value of the radiation power density (radiation intensity) is calculated, which reflects the energy density of the laser radiation acting on the surface area. The values of microhardness in the transverse layers of coatings are obtained. The dependence of the hardness values on the power density values has been established. It was revealed that the hardness values of the obtained coatings are 2–2.5 times higher than the hardness values of the substrate, which allows us to judge the effectiveness and expediency of choosing a powder composition with a high content of carbides. It is also determined that with a decrease in the power density, the hardness of the coating increases, but at the same time the viscosity and brittleness of its structure increase. However, as the power density increases, the coating structure stabilizes, forming unevenly distributed areas with a high concentration of solid carbide particles. The work was carried out with the support of the Russian Science Foundation (grant 23-29-00545).
1. Афанасьева Л.Е., Сахаров К.А. Порошковая лазерная наплавка износостойкого композиционного покрытия // Вестник Тверского государственного технического университета. Серия: Технические науки. 2024. № 1(21). С. 21-26. DOI: 10.46573/2658-5030-2024-1-21-26.
2. Алехин Ю.Г., Грашков С.А., Угримов А.С. Качество наплавленных покрытий лемехов плугов // Качество в производственных и социально-экономических системах: сборник научных трудов 5-й Международной научно-технической конференции (Курск, 21 апреля 2017 года). Курск: Университетская книга, 2017. С. 11-13.
3. Черепанов А.Н., Оришич А.М., Овчаренко В.Е. Влияние наномодифицирующих добавок на свойства многослойного композиционного покрытия, получаемого при лазерной наплавке // Физика металлов и металловедение. 2019. Т. 120, № 1. С. 107-112.
4. Логинова И.С., Быковский Д.П., Адиса С.Б., Солонин А.Н., Миронов В.Д., Петровский В.Н., Чеверикин В.В. Исследование влияния параметров процесса лазерной наплавки порошка стали 316l на структуру и механические свойства образцов // Технология легких сплавов. 2016. № 4. С. 5-11.
5. Lv G., Yang X., Gao Ya., Wang Sh., Xiao Ju., Zhang Y., Chen K., Yang H. Investigation on fretting Wear performance of laser cladding WC/Co06 coating on 42CrMo steel for hydraulic damper // International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. 2023. Vol. 111. Р. 106068.
6. Олейник К.И., Бахтеев И.С., Русских А.С. Наплавление многокомпонентных сплавов, содержащих тугоплавкие металлы // Расплавы. 2024. № 1. С. 90-100. DOI: 10.31857/S0235010624010073.
7. Казинаускас А.Ю., Ершов Е.В. Модель взаимодействия обрабатываемой поверхности и наносимого материала для повышения качества адгезии при лазерной наплавке // Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов и обработки изображений. Распознавание – 2019: сборник материалов XV Международной научно-технической конференции (Курск, 14–17 мая 2019 года). Курск: Юго-Западный государственный университет, 2019. С. 92-93.
8. Афанасьева Л.Е., Раткевич Г.В. Лазерная наплавка покрытия NiCrBSiFe-WC с помощью многоканального лазера // Письма о материалах. 2018. Т. 8, № 3(31). С. 268-273. DOI: 10.22226/2410-3535-2018-3-268-273.
9. Довбыш Н.С., Гаврилов Д.И., Жданов А.В., Морозов В.В. Изучение распределения микротвердости в покрытии на основе карбидов вольфрама, полученном методом лазерной наплавки на поверхности нержавеющей стали // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2023. Т. 87, № 11. С. 1626-1630.
10. 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. DOI: 10.52676/1729-7885-2023-1-4-14.