кандидат технических наук;
candidate of technical sciences;
Цель: исследование посвящено определению оптимального количества наночастиц карбида тантала в составе порошкового материала для повышения механических и триботехнических характеристик металлокерамического покрытия на основе железа, полученного при лазерной наплавке. Методы: лазерная наплавка образцов проводилась круглым и колеблющимся пятном при плотности энергии излучения 21–48 Вт·с/мм2. Металлографический анализ наплавленных покрытий был выполнен с использованием оптической системы МС-1000 и цифрового микроскопа АМ-419. Микро твердость определялась на приборе ПМТ-3 с цифровой камерой МС-8,3С при нагрузке 0,98 Н. Триботехнические испытания были выполнены на машине трения с вертикальной осью вращения шпинделя по схеме: плоский прямоугольный образец с покрытием — торцевая поверхность контр образца из стали 45. Измерение моментов трения и усилия нагружения образцов проводилось с применением тензодатчиков в непрерывном режиме с отображением данных на дисплее персонального компьютера. С помощью бесконтактного индуктивного датчика определяли частоту вращения шпинделя с выводом данных на цифровой тахометр. Результаты: по полученным данным исследований установлено, что максимальную износостойкость демонстрировали металлокерамические покрытия, содержавшие 10 мас. % наночастиц карбида тантала в составе наплавляемой шихты. Тем не менее высокая стоимость делает применение данного порошкового материала экономически нецелесообразным. В связи с этим с учетом себестоимости процесса лазерной наплавки оптимальным решением признаны образцы с содержанием наночастиц карбида тантала до 4 мас. %, которые незначительно уступали образцам с бо́льшим содержанием нанокарбидов тантала. Практическая значимость: разработанная технология может быть использована для наплавки шеек валов электрических машин вагонов метрополитена и других деталей, требующих восстановления изношенных поверхностей. Показана возможность повышения износостойкости восстановленной поверхности шеек валов электрических машин путем добавления в состав наплавляемого материала наночастиц карбида тантала.
Objective: the study is devoted to determining the optimal amount of tantalum carbide nanoparticles in the composition of a powder material to improve the mechanical and tribological characteristics of an Fe-based metal-ceramic coating obtained by laser cladding. Methods: laser cladding of the samples was performed using a round and oscillating spot at a energy density of 21–48 W s/mm2. Metallographic analysis of the deposited coatings was performed using an MS-1000 optical system and an AM-419 digital microscope. Microhardness was determined using a PMT-3 device with an MS-8.3S digital camera at a load of 0.98 N. Tribological tests were performed on a friction machine with a vertical spindle rotation axis according to the following scheme: “flat rectangular coated sample — end surface of a counter-specimen made of grade 45 steel.” Friction moments and loading forces of the samples were measured using strain gauges in continuous mode, with data displayed on a personal computer monitor. A contactless inductive sensor was used to determine the spindle speed, with data output to a digital tachometer. Results: the study data revealed that metal-ceramic coatings containing 10 wt. % of tantalum carbide nanoparticles in the deposited charge exhibited short-term durability. However, the high cost makes the use of this powder material economically impractical. Therefore, given the cost of the laser cladding process itself, the generally accepted solution is additives containing up to 4 wt. % of tantalum carbide nanoparticles, which are slightly inferior to samples with higher tantalum carbide nanoparticle content. Practical importance: the developed technology can be used for cladding the shaft journals of electric machines in subway cars and other components requiring restoration of worn surfaces. It has been demonstrated that the wear resistance of the restored surface of electric machine shaft journals can be increased by adding tantalum carbide nanoparticles to the cladding material.