Ауыл шаруашылығы техникасының топырақпен жанасатын бөліктерінің тозуға төзімділігін арттыру үшін FeCoCrNiMn жоғары энтропиялық қорытпа, Fe90 қорытпасы және Ni60A қорытпалы ұнтақтар салыстырмалы зерттеу үшін таңдап алынды. Тозуға төзімді жабынды дайындаған лазерлік қаптау технологиясы субстрат ретінде 65Mn болат және оның тозу өнімділігі үйкеліс пен тозуға сынау машинасымен тексерілді. Нәтижелер FeCoCrNiMn жоғары энтропиялы қорытпа жабыны ең тығыз құрылымды, салыстырмалы түрде қарапайым түйіршіктерге ие екенін және күрделі металларалық қосылыстар түзілмегенін көрсетті; Ni60A және Fe90 қорытпаларының жабындарының микроқұрылым дәндерінің таралуы салыстырмалы түрде ретсіз болды. 65Mn болат субстраттың, Ni60A қорытпасының, Fe90 қорытпасының және FeCoCrNiMn жоғары энтропиялық қорытпасының жабынының тозу шығындары сәйкесінше 9, 4, 5 және 2 мг болды, ал субстраттың тозу жоғалуы жабынға қарағанда әлдеқайда көп болды. Fe90 және Ni60A қорытпаларының жабындарының Викерс қаттылығы 683.87 және 663.62 ВВ, ал Fe-CoCrNiMn жоғары энтропиялық легирленген жабынның қаттылығы 635.81 ВВ, басқа жабындарға қарағанда сәл төмен, бірақ оның тозуға төзімділігі жақсы.

Ауыл шаруашылығы машиналары мен жабдықтарының қарқынды дамуымен ауылшаруашылық машиналарының топырақпен жанасатын бөліктері ұзақ уақыт бойы топырақ пен құм сияқты абразивтердің соққы тозуы мен үйкеліс тозуына әсер етеді, бұл дәстүрлі топырақтың тозуға төзімділігіне жоғары талаптар қояды. - жанасатын бөліктер. Тозуға қарсы әртүрлі шаралардың ішінде лазермен қаптау және топырақпен жанасатын бөліктердің істен шыққан бетін жабындық өңдеу екі жиі қолданылатын өңдеу әдісі болып табылады. Олардың екеуі де жабын материалын жартылай балқытылған күйге дейін балқыту немесе қыздыру және оны негіздің бетіне жабу үшін әртүрлі толтырғыштарды пайдаланады, осылайша субстраттың тозуға төзімділігін арттырады. Топырақпен жанасатын бөліктерге арналған ең көп таралған екі жабын материалы - темір негізіндегі қорытпалар және никель негізіндегі қорытпалар. Екі жабын материалы да қорытпа элементіне негізделген және басқа сәйкес элементтерді қосу арқылы жабын өнімділігін жақсартады. Қазіргі уақытта дәстүрлі металл материалдарының тозуға төзімділігін арттыруды зерттеу және қолдану қанықтылыққа жақын болды, ал зерттеуге арналған кеңістік азайып барады.

Жоғары энтропиялық қорытпалар атомдық қатынасы ұқсас, қатты ерітінді фазалары біркелкі және қарапайым, жоғары беріктікке, жоғары тозуға төзімділікке және жақсы коррозияға төзімділікке ие әртүрлі легирленген элементтерден тұрады. Ауылшаруашылық техникасының топырақпен жанасатын бөліктеріне тозуға төзімді жабындарды дайындау үшін жоғары энтропиялы қорытпа ұнтағын пайдалану арқылы бөлшектердің тозуға төзімділігі жоғары және олардың қызмет ету мерзімін одан әрі ұзарта алады.

Лазерлік қаптау технологиясы жабындарды дайындау үшін пайдаланылады, ол жылу концентрациясы мен шағын жылу әсер ететін аймақтың артықшылықтарына ие. Құю аймағында өндірілетін ұйымдық құрылым да электроұшқынды тұндыру, магнетронды шашырату және плазмалық қаптау сияқты басқа қаптау әдістерінен ерекшеленеді. Бұл ретте жабындарды дайындау үшін лазерлік қаптау технологиясы қолданылады, ал жабу ұйымында аморфты ұйымдық құрылымдар қалыптасады. Қазіргі уақытта ауылшаруашылық машиналарының топырақпен жанасатын бөліктеріне тозуға төзімді жабындарды дайындауда жоғары энтропиялы легирленген жабын материалдарын қолдану бойынша зерттеулер аз. Бұл жұмыста Fe90 қорытпасы, Ni60A қорытпасы және FeCoCrNiMn жоғары энтропиялық қорытпалы тозуға төзімді жабындар лазерлік қаптау технологиясын қолдана отырып, 65Mn болаттың бетіне дайындалды. Жоғары энтропиялы қорытпалардың жабындарының үйкеліс және тозу қасиеттері салыстырылды және зерттелді және олардың трибологиялық заңдары жоғары энтропиялық қорытпаларды қолдану кеңеюіне анықтама беру үшін зерттелді.

1 Эксперименттік материалдар мен әдістер

1. 1 Қаптаманы дайындау
Үлгі негізгі материал ретінде 65Mn жоғары көміртекті серіппелі болатты қолданды және металлографиялық кескіш машинаның көмегімен өлшемі 200 мм × 400 мм × 4 мм үлгілерге кесілді. Үлгі бетіндегі оксид қабаты, май және басқа қоспалар жабын мен үлгі арасындағы байланыс беріктігіне әсер етпеу үшін қаптама алдында үлгі ұнтақталды және жылтыратылды. Кезекпен ұнтақтау үшін 80, 120, 220, 800, 1 000, 1 500 және 2 000 ұнтақталған зімпара пайдаланылды. Жылтыратылған үлгі этанолда 5 минут бойы ультрадыбыстық түрде тазартылды, кептіру пешіне 105 ℃ температурада 10 минутқа орналастырылды және кептіруден кейін мөрленіп, сақталады. Қаптау қабатының материалдары ретінде Fe90 қорытпасы, Ni60A қорытпасы және FeCoCrNiMn жоғары энтропиялық қорытпа ұнтағы (бөлшек өлшемі 45-тен 105 мкм) таңдалды. Сынақ материалдары мен ұнтақтарының химиялық құрамы 1-кестеде көрсетілген. CW-CBW-8000G-91-20L лазерлік қаптау жабдығының максималды шығу қуаты 25,000 1 Вт. Сынақ бүйірлік осьті кең жолақты ұнтақты беру әдісін, аргонды қабылдайды. қорғаныс газы, ал қаптаманың қалыңдығы 2 мм. Қаптау процесінің параметрлері XNUMX-кестеде көрсетілген.

1.2 Сынақ сипаттамасы
65Mn болат - S1 үлгісі, Ni60A қорытпасы - S2 үлгісі, Fe90 қорытпасы - S3 үлгісі, FeCoCrNiMn жоғары энтропиялық қорытпа жабыны - S4 үлгісі. S1 үлгісінің металлографиялық қышқыл ерітіндісі 4% азот қышқылы ерітіндісі (концентрлі азот қышқылы және сусыз этанол, көлемдік қатынасы 4:100); S2 сынамасының металлографиялық қышқыл ерітіндісі мыс сульфатының пентагидратының ерітіндісі (тұз қышқылы, су және мыс сульфаты, көлемдік қатынасы 10:10:1); S3 және S4 үлгілерінің металлографиялық қышқыл ерітіндісі 5% акварегия (концентрлі тұз қышқылы және концентрлі азот қышқылы, көлемдік қатынасы 3:1).

Үлгінің металлографиялық микроқұрылымы Leica DM4000M металлографиялық микроскопымен бақыланды; үлгінің беті мен қимасының қаттылығы Jinan Times TMVS-1 цифрлық дисплейінің Vickers қаттылығын өлшейтін құралмен өлшенді; материалдың үйкеліс және тозу көрсеткіштері MMU-10 микрокомпьютерімен басқарылатын соңғы беттің үйкелісі мен тозуын сынаушы арқылы анықталды; сынақ үшін түйреуіш-дискінің үйкеліс жұбы қолданылды, ал тегістеу шары диаметрі 2 мм болатын ZrO6 тегістеу шары болды. Сынақ параметрлері жүктеме 50 Н, жылдамдық 80 р/мин, үйкеліс уақыты 120 мин; оптикалық микроскоп арқылы үлгінің үйкеліс және тозу сынауынан кейін тозу шрамының морфологиясы байқалды.

2 Тест нәтижелері және талдау

2.1 Қаптаманың металлографиялық құрылымы
1-суретте S1, S2, S3 және S4 үлгілерінің беттік металлографиялық құрылымының диаграммасы көрсетілген. 1а-суретте көрсетілгендей, S1 үлгісінің құрылымы негізінен тор түрінде таралған феррит пен перлиттен тұрады. 1б-суреттен S2 үлгісінің жабынының микроқұрылымы дендрит және ретикулярлы эвтектика, ұйымдастыру фазасы салыстырмалы түрде жақсы, ал дендрит салыстырмалы түрде ретсіз, ұзын жолақ және блокты ұйымдар ретсіз түзілетінін анық көруге болады. 1в-суретте көрсетілгендей, S3 үлгісінің жабынының көлденең қимасының микроқұрылымы дөрекі және біркелкі дендриттерден тұрады, түйіскен дендриттік ұйымдар және көптеген ашық түсті жылтыр түйіршікті тұнбалар. 1d-суретте көрсетілгендей, S4 үлгісінің жабынының көлденең қимасының ұйымдастырылуы ең тығыз, негізінен біркелкі бөлінген тең осьті кристалдардан тұрады және біркелкі емес тесіктер тұнбаға түседі. Төрт ұйымды салыстыратын болсақ, S4 жабынының беткі түйіршік өлшемі ең кішкентай, түйіршіктер тығыз және біркелкі, түйіршіктер салыстырмалы түрде қарапайым, күрделі металларалық қосылыс түзілмейді.

2. 2 Қаптаманың микроқаттылығы
2-суретте үлгілердің бетінің микроқаттылығын салыстыру берілген. S1, S2, S3 және S4 үлгілерінің Викерс қаттылығы сәйкесінше шамамен 234.02 HV, 683.87 HV, 663.62 HV және 635.51 HV құрайды. 3-суретте үлгілердің көлденең қимасының микроқаттылығын салыстыру берілген. 3-суреттен S2 және S3 үлгілерінің жабындарының орташа Викерс қаттылығы S3 үлгісінен 4-1 есе жоғары екенін көруге болады, бұл S2 және S3 жабындарының қаттылығы жоғары және қаптаманың металлургиялық кристалдануын көрсетеді. әсері жақсырақ. S4 үлгісінің жабын бетінің орташа Викерс қаттылығы S2 және S3 үлгілерінен сәл төмен. Себебі, FeCoCrNiMn жоғары энтропиялық қорытпа ұнтағы тез қатқанда тордың бұрмалануы аз болады, ал FCC кристалдық құрылымы қаптама қабатының аморфында тұнбаға түседі және дисперсті болады, бұл FeCoCrNiMn жоғары энтропиялық қорытпаның белгілі бір дәрежеде шағылысуы мүмкін. жабынның қаттылығы жақсы және қаттылығы төмен.

2.3 Үйкеліс және тозу қасиеттері
2.3.1 Орташа үйкеліс коэффициенті
4-суретте S1, S2, S3 және S4 үлгілерінің орташа үйкеліс коэффициентінің қисығы берілген. Бөлме температурасында S1 үлгісінің бетінің орташа үйкеліс коэффициенті шамамен 0.53, ал орташа үйкеліс коэффициенті алғашқы 20 минутта ең көп ауытқып, шамамен 0.6 дейін көтерілетінін көруге болады; уақыт өткен сайын орташа үйкеліс коэффициенті тұрақты болады. Себебі S1 үлгісі мен ZrO2 ұнтақтау шарының арасындағы үйкелістің бастапқы кезеңінде тозу белгісі мен ұнтақтау шарының арасында үлкен ығысу кернеуін тудыратын тозу қалдықтары көп болады, нәтижесінде үйкеліс коэффициентінің күрт ауытқуы орын алады. S2, S3 және S4 үлгілерінің орташа үйкеліс коэффициенттері шамамен 0.38, 0.32 және 0.25 құрайды. S2 үлгісіндегі қатты фаза бөлшектерінің күрделі таралуы орташа үйкеліс коэффициентінің қисық сызығының күштірек ауытқуын тудырады. S3 және S4 үлгілерінің қаттылығы ZrO2 ұнтақтау шарына қарағанда әлдеқайда аз. Қаттылығы төмен жабын қорытпасының материалы сонымен қатар үйкеліс кезінде орташа үйкеліс коэффициентін азайтуға қолайлы ығысу беріктігіне ие. S3 және S4 үлгілерінің орташа үйкеліс коэффициентінің қисықтары салыстырмалы түрде тұрақты динамикалық тепе-теңдікті сақтай отырып, негізінен бірдей трендке ие. Олардың ішінде S4 үлгісінің орташа үйкеліс коэффициенті ең төмен, сол күш әсерінен үйкеліс күші ең аз, тозу дәрежесі ең төмен. Себебі, S4 үлгісін жылдам салқындатқанда қоспа фазасының бөлшектері аз болады, жабын беті тегіс және ақаулары аз болады, ал ZrO2 ұнтақтау шарымен жанасу айқын және күрт ауытқуларсыз тегіс болады.

2. 3. 2 Арықтау үшін киіңіз
Үлгілердің тозу салмағын жоғалту деректері 5-суретте көрсетілген. S1 үлгісінің тозуының максималды жоғалуы 9 мг, ал S2 және S3 үлгілерінің тозу жоғалуы тиісінше 4 мг және 5 мг. Олардың ішінде S4 үлгісінің тозу жоғалуы ең аз, ол 2 мг құрайды. Бұл FeCoCrNiMn жоғары энтропиялы қорытпа жабыны бір FCC фазасына, жоғары пластикке және жақсы қаттылыққа ие болғандықтан. 50 Н жүктің үйкеліс жанама әсерінен FeCoCrNiMn жоғары энтропиялық қорытпа материалы энергияның үлкен мөлшерін сіңіре алады, шаршау пилингін қалыптастыру оңай емес және жақсы тозуға төзімді.

2.3.3 Киімнің морфологиялық талдауы
6-суретте 120 минут тозудан кейін бірдей сынақ жағдайында байқалған төрт үлгінің тозу шрамының морфологиясы көрсетілген. 6а суретінен көрініп тұрғандай, S1 жалпы қаттылығы төмен болғандықтан қатты пластикалық деформацияға ие, тозу шрамының ойыс беті кедір-бұдыр, байланыстырушы қабаттың үлкен ауданы бар және деламиминация пайда болады. 6б-суреттен көрініп тұрғандай, S2 үлгісінің жабын беті эллипстік нүкте тәрізді ақ қосылыстармен біркелкі емес таралған, бұл жабынның қаттылығын арттырады, айқын тозу тыртықтарымен және бір бағытты бороздалармен бірге жүреді. S3 үлгісінің жабын бетінің қаттылығы 6в-суретте көрсетілгендей ең жоғары, тозу шрамының ені тар, жабын бетіндегі ойықтар таяз. Керісінше, 6d суретінде S4 үлгісінің жабынының ойықтары өте тегіс, бұл қаптама қабатының біркелкі құрылымына, ұсақ түйіршіктерге және тозуға жақсы төзімділікке байланысты; ойықтарда айқын ретсіз саңылаулар бар, олар лазер сәулесінің жоғары температурасы астында балқыған күйде жоғары энтропиялы қорытпалы ұнтақтың газбен араласуынан және үлгіні салқындатқан кезде саңылауларды қалыптастыру үшін газдың атқылауынан туындауы мүмкін .

Бірдей сынақ жағдайында сынақ тозуының тыртығының ені неғұрлым үлкен болса, тозу салмағының жоғалуы соғұрлым көп болады. 5-суреттегі әртүрлі үлгілердің салмақ жоғалтуын салыстыра отырып, үлгінің тозу шрамының өлшемі арасындағы байланыс S1> S3> S2> S4 екенін көруге болады. Бұл 5-суретте көрсетілген тозу салмағын жоғалту сынақтарының нәтижелеріне сәйкес келеді.

қорытынды

1) FeCoCrNiMn жоғары энтропиясы қорытпа жабыны ең тығыз құрылымға және ең кіші түйір өлшеміне ие, ал Ni60A және Fe90 қорытпасының жабындарының микроқұрылымдық дәндерінің таралуы хаотикалық. FeCoCrNiMn жоғары энтропиялы қорытпа жабыны салыстырмалы түрде қарапайым дәндік құрылымға ие және күрделі интерметалл қосылыстары түзілмейді.

2) Ni60A қорытпасының, Fe90 қорытпасының және FeCoCrNiMn жоғары энтропиялы қорытпа жабындарының Викерс қаттылығы шамамен 683.87, 663.62 және 635.51 HV құрайды, бұл субстраттың Викерс қаттылығынан (234.02 HV) айтарлықтай жоғары. Fe-CoCrNiMn жоғары энтропиялы қорытпа жабынының қаттылық мәні Ni60A қорытпасы мен Fe90 қорытпасының жабындарынан сәл төмен, бұл оның тозуға төзімділігіне әсер етпейді.

3) 65Mn болат субстратының, Ni60A қорытпасының, Fe90 қорытпасының және Fe-CoCrNiMn жоғары энтропиялы қорытпа жабынының тозу шығындары сәйкесінше 9, 4, 5 және 2 мг құрайды. FeCoCrNiMn жоғары энтропиялы қорытпа жабынының тозу шрамы ең тегіс, тозу тереңдігі аз, материалдың аз шығыны және тозуға төзімділігі жоғары.