Износостойкие покрытия на Ni основе для высокотемпературных применений в металлургии

А.В. Макаров¹, Ю.С. Коробов¹, Н.Н. Соболева², А.Б. Котельников³, А.А. Вопнерук³, Н.В. Лежнин¹, Ю.В. Худорожкова²

Установлен и научно обоснован новый эффект формирования в NiCrBSi лазерном покрытии термически стабильных износостойких структур каркасного типа с крупными карбидами и боридами хрома в результате высокотемпературного (1000 – 1050°С) отжига (рисунок). Стабилизирующий отжиг обеспечивает рост износостойкости покрытия в условиях сильного фрикционного нагрева. Выявлена превалирующая роль упрочняющих фаз (по сравнению с ролью металлической матрицы) в сопротивлении NiCrBSi покрытий абразивному изнашиванию и наибольшая эффективность применения композиционных покрытий с крупными карбидами титана и вольфрама. Разработана оригинальная методика испытаний покрытий на кавитационную стойкость. Показаны важные преимущества лазерной наплавки при нанесении Ni-покрытий на медные сплавы.  

Рис. 1. На рисунке показано повышение микротвердости и износостойкости после нагрева до 900°С наплавленного лазером NiCrBSi покрытия проведением высокотемпературного отжига, формирующего термически стабильные структуры каркасного типа с крупными карбидами и боридами хрома. 

Область применения: На основе разработок организовано производство стенок с покрытиями для кристаллизаторов машин непрерывного литья заготовок. Испытания на металлургических комбинатах России (НТМЗ, НЛМК, ММК, Северсталь, ВМЗ, Мечел, Уральская сталь) показали рост ресурса стенок в 3…12 раз относительно зарубежных аналогов. Эффективность применения к началу 2019 года превысила 7.3 млрд руб.

1. Wear-resistant nickel-based laser clad coatings for high-temperature applications / A.V. Makarov, Yu.S. Korobov, N.N. Soboleva et al. // Letters-on-Materials. – 2019. – V. 9. – № 4. – P. 470–474.
2. Improving the properties of a rapidly crystallized NiCrBSi laser clad coating with high-temperature processing / A.V. Makarov, N.N. Soboleva, I.Yu. Malygina, E.V. Kharanzhevskiy // Journal of Crystal Growth. – 2019. – V. 525. – P. 125200.
3. The Effect of Thickness on the Properties of Laser-Deposited NiBSi-WC Coating on a Cu-Cr-Zr Substrate / Yu. Korobov, Yu. Khudorozhkova, H. Hillig et al. // Photonics. – 2019. – V. 6(127). – P. 1–10.
4. Положительное решение от 24.10.2019 по заявке на изобретение № 2018130210 от 20.08.2018, РФ. Установка для испытания на кавитационную эрозию / В.И. Шумяков, Ю.С. Коробов, Х.Л. Алван, Н.В. Лежнин, А.В. Макаров, М.С. Девятьяров.
5. Новые материалы и технологии существенного повышения износостойкости рабочей поверхности металлургического оборудования / А.Б. Котельников, А.А. Вопнерук, А.В. Макаров, Ю.С. Коробов, А.А. Киричков, А.И. Дагман, И.Н. Шифрин // Тяжелое машиностроение. – 2018. – № 9. – С. 14–20.
6. Role of the strengthening phases in abrasive wear resistance of laser-clad NiCrBSi coatings / A.V. Makarov, N.N. Soboleva, I.Yu. Malygina // Journal of Friction and Wear. – 2017. – V. 38. – № 4. – P. 272–278.

Научно-популярное эссе