.png)
.png)
Email this article 
Open Access
Subscription Access
Method of obtaining a volumetric composite material with a ceramic matrix based on titanium carbide by the method of cold gas-dynamic spraying
https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-10-25-36
Abstract
The paper presents experimental results on obtaining bulk samples of Ti‒Al‒SiC materials by the method of cold gasdynamic spraying from a mixture of monopowders in a system of separately operating dispensers, with subsequent heat treatment. Parameters allowing the development of effective methods for creating products by the additive method have been studied and tested. It has been shown practically and theoretically that metal plastic particles in the composition of a prototype blank formed by the method of cold gas-dynamic spraying can act as a sacrificial component for the formation of high-temperature intermetallics, carbides and silicides of titanium, which after heat treatment leads to strengthening of the bulk composite material in the absence of significant shrinkage, maintaining low porosity and continuity of the structure.
About the Authors
Е. Yu. GerashchenkovaRussian Federation
M. A. Markov
Russian Federation
A. D. Kashtanov
Russian Federation
D. A. Gerashchenkov
Russian Federation
N. V. Yakovleva
Russian Federation
A. D. Bykova
Russian Federation
I. N. Kravchenko
Russian Federation
References
1. Зленко, М. А. Аддитивные технологии в машиностроении / М. А. Зленко, А. А. Попович, И. Н. Мутылина. ― СПб. : Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 2013. ― 223 с.
2. Каблов, Е. Н. Аддитивные технологии ― доминанта национальной технологической инициативы / Е. Н. Каблов // Интеллект и технологии. ― 2015. ― № 2 (11). ― С. 52‒55.
3. Сироткин, О. С. Современное состояние и перспективы развития аддитивных технологий / О. С. Сироткин // Авиационная промышленность. ― 2015. ― № 2. ― С. 22‒25.
4. Чумаков, Д. М. Перспективы использования аддитивных технологий при создании авиационной и ракетно-космической техники / Д. М. Чумаков // Труды МАИ. ― 2014. ― № 78. ― С. 31.
5. Чемодуров, А. Н. Применение аддитивных технологий в производстве изделий машиностроения / А. Н. Чемодуров // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. ― 2016. ― № 8-2. ― С. 210‒217.
6. Каблов, Е. Н. Настоящее и будущее аддитивных технологий / Е. Н. Каблов // Металлы Евразии. ― 2017. ― № 1. ― С. 2‒6.
7. Olakanmi, E. O. A review on selective laser sintering / melting (SLS/SLM) of aluminium alloy powders: Processing, microstructure, and properties / E. O. Olakanmi, R. F. Cochrane, K. W. Dalgarno // Prog. Mater. Sci. ― 2015. ― Vol. 74. ― P. 401‒477. DOI: 10.1016/j. pmatsci.2015.03.002.
8. Gibson, I. Material properties and fabrication parameters in selective laser sintering process / I. Gibson, D. Shi // Rapid Prototyping Journal. ― 1997. ― Vol. 3, № 4. ― P. 129‒136. DOI: 10.1108/13552549710191836.
9. Kumar, S. Selective laser sintering: a qualitative and objective approach / S. Kumar // Journal of the Minerals Metals & Materials Society. ― 2003. ― Vol. 55, № 10. ― P. 43‒47. DOI: 10.1007/s11837-003-0175-y.
10. Aguilar-Duque, J. I. Additive manufacturing: fused deposition modeling advances / J. I. Aguilar-Duque, G. Amaya-Parra, U. J. Tamayo-Pérez [et al.] // Best Practices in Manufacturing Processes: experiences from Latin America. ― 2018. ― P. 347‒366. DOI: 10.1007/978-3-319-99190-0_16.
11. Sieminski, P. Introduction to fused deposition modeling / P. Sieminski // Additive manufacturing. Handbooks in Advanced Manufacturing. ― 2021. ― P. 217‒275. DOI: 10.1016/B978-0-12-818411-0.00008-2.
12. Косарев, В. Ф. Газодинамическое напыление. Новые технологии и оборудование / В. Ф. Косарев, А. П. Алхимов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). ― 2003. ― № 3 (19). ― С. 28‒30.
13. Алхимов, А. П. Холодное газодинамическое напыление: теория и практика / А. П. Алхимов, С. В. Клинков, В. Ф. Косарев [и др.]. ― М. : Издательская фирма «Физико-математическая литература», 2010. ― 536 с.
14. Tushinsky, L. I. Structure and properties of aluminum coatings obtained by the cold gas-dynamic spraying method / L. I. Tushinsky, A. V. Plokhov, N. S. Mochalina [et al.] // Thermophysics and Aeromechanics. ― 2006. ― Vol. 13, № 1. ― P. 125‒129. DOI: 10.1134/S153186990601014X.
15. Каширин, А. И. Метод газодинамического напыления металлических покрытий: развитие и современное состояние / А. И. Каширин, А. В. Шкодкин // Упрочняющие технологии и покрытия. ― 2007. ― № 12 (36). ― С. 22‒33.
16. Козлов, И. А. Холодное газодинамическое напыление покрытий (обзор) / И. А. Козлов, К. А. Лещев, А. А. Никифоров [и др.] // Труды ВИАМ. ― 2020. ― № 8 (90). ― С. 77‒93. DOI: 10.18577/2307-6046-2020-0-8-77-93.
17. Архипов, В. Е. Структура и свойства покрытий, нанесенных газодинамическим напылением / В. Е. Архипов, А. А. Дубравина, Л. И. Куксенова [и др.] // Упрочняющие технологии и покрытия. ― 2015. ― № 4 (124). ― С. 18‒24.
18. Markov, M. A. Formation of protective ceramicmetal coatings on steel surfaces by microarc oxidation with electro-chemical deposition of nickel / M. A. Markov, A. V. Krasikov, D. A. Gerashchenkov [et al.] // Refract. Ind. Ceram. ― 2018. ― Vol. 58, № 6. ― P. 634‒639. DOI: 10.1007/s11148-018-0159-7. Марков, М. А. Формирование защитных металлокерамических покрытий на стальных материалах микродуговым оксидированием с электрохимическим осаждением никеля / М. А. Марков, А. В. Красиков, Д. А. Геращенков [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2017. ― № 11. ― С. 53‒58. DOI: 10.17073/1683-4518-2017-11-53-58.
19. Markov, M. A. Corrosion-resistant ceramic coatings that are promising for use in liquid metal environments / M. A. Markov, A. D. Kashtanov, A. V. Krasikov [et al.] // Key Eng. Mater., Switzerland. ― 2019. ― Vol. 822. ― P. 752‒759. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.822.752.
20. Bykova, A. D. Study of the formation of functional ceramic coatings on metals / A. D. Bykova, M. A. Markov, A. V. Krasikov [et al.] // J. Phys.: Conference Series. ― 2019. ― Vol. 1400. ― Article 055008. DOI: 10.1088/1742-6596/1400/5/055008.
21. Makarov, A. M. Study of the method of obtaining functional interest-metallic coatings based on Ni‒Ti reinforced with WC nanoparticles / A. M. Makarov, S. E. Aleksandrov [et al.] // Key Eng. Mater., Switzerland. ― 2019. ― Vol. 822. ― P. 760‒767. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.822.760.
22. Assadi, H. Cold spraying ― a materials perspective / H. Assadi, H. Kreye, F. Gärtner [et al.] // Acta Materialia. ― 2016. ― Vol. 116. ― P. 382‒407. DOI: 10.1016/j.actamat.2016.06.034.
23. Papyrin, A. Cold spray technology / A. Papyrin // Adv. Mater. Process. ― 2001. ― Vol. 159. ― P. 49‒51.
24. Arabgol, Z. Analysis of thermal history and residual stress in cold-sprayed coatings / Z. Arabgol, H. Assadi, T. Schmidt [et al.] // J. Therm. Spray Technol. ― 2013. ― Vol. 23, № 1. ― P. 84‒90. DOI: 10.1007/s11666-013-9976-x.
25. Li, W. Solid-state additive manufacturing and repairing by cold spraying: A review / W. Li, K. Yang, S. Yin [et al.] // J. Mater. Sci. Technol. ― 2018. ― Vol. 34, № 3. ― P. 440‒457. DOI: 10.1016/j.jmst.2017.09.015.
26. Ziemian, C. W. Influence of impact conditions on feedstock deposition behavior of cold-sprayed Febased metallic glass / C. W. Ziemian, W. J. Wright, D. E. Cipoletti // J. Therm. Spray Technol. ― 2018. ― Vol. 27, № 5. ― P. 843‒856. DOI: 10.1007/s11666-018-0720-4.
27. Karmakar, R. A. Review on the nickel based metal matrix composite coating / R. Karmakar, P. Maji, S. K. Ghosh // Metals and Materials International. Korean Institute of Metals and Materials. ― 2021. ― Vol. 27. ― P. 2134‒2145. DOI: 10.1007/s12540-020-00872-w.
28. Champagne, V. The unique abilities of cold spray deposition / V. Champagne, D. Helfritch // Int. Mater. Rev. ― 2016. ― Vol. 61, № 7. ― P. 437‒455. DOI: 10.1080/09506608.2016.1194948.
29. Орыщенко, A. C. Результаты исследования профиля единичных треков покрытий, полученных методом ХГДН из порошков на основе алюминия и никеля / A. C. Орыщенко, Д. А. Геращенков // Вопросы материаловедения. ― 2022. ― № 2 (110). ― С. 58‒70. DOI: 10.22349/1994-6716-2022-110-2-58-70.
30. Chekuryaev, A. G. Analysis of the structure of composite systems by means of fractal characteristics using the BaTiO3–Fullerenol–CEPVA system as an example / A. G. Chekuryaev, M. M. Sychov, S. V. Myakin // Physics of the Solid State. ― 2021. ― Vol. 63. ― P. 789‒795. DOI: 10.1134/S1063783421060032.
31. Markov, M. A. Study of the method to obtain aluminum coatings modified by aluminum oxide / M. A. Markov, D. A. Gerashchenkov, I. N. Kravchenko [et al.] // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. ― 2023. ― Vol. 52, № 1. ― P. 69‒78. DOI: 10.31857/S0235711923010091.
32. Gerashchenkov, D. A. Tribolical study of cermet coatings Al‒Sn‒Zn‒Al2O3 for friction couples / D. A. Gerashchenkov, M. Y. Sobolev, M. A. Markov [et al.] // Journal of Friction and Wear. ― 2018. ― Vol. 39, № 6. ― P. 522‒527. DOI: 10.3103/S106836661806003X.
33. Kuznetsov, Y. A. The use of cold spraying and microarc oxidation techniques for the repairing and wear resistance improvement of motor electric bearing shields / Y. A. Kuznetsov, I. N. Kravchenko, D. A. Gerashchenkov [et al.] // Energies. ― 2022. ― Vol. 15, № 3. ― Article 912. DOI: 10.3390/en15030912.
34. Bykova, A. D. Technological aspects of obtaining functional coatings based on silver by the method of cold gas-dynamic spraying / A. D. Bykova, B. V. Farmakovsky, M. A. Markov [et al.] // Key Engineering Materials, Switzerland. ― 2019. ― Vol. 822. ― P. 774‒780. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.822.774.
35. Gerashchenkov, D. A. Technological aspects of obtaining functional gradient coatings to protect machinery from wear / D. A. Gerashchenkov, A. M. Makarov, R. Y. Bystrov [et al.] // Key Eng. Mater., Switzerland. ― 2019. ― Vol. 822. ― P. 768‒773. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.822.768.
36. Геращенков, Д. А. Исследование состава и свойств интерметаллидного слоя Al‒Ti и Ni‒Ti, полученного на титановом сплаве при лазерной обработке / Д. А. Геращенков, Е. Ю. Геращенкова, А. А. Можайко [и др.] // Вопросы материаловедения. ― 2022. ― № 2 (110). ― С. 28‒35. DOI: 10.22349/1994-6716-2022-110-2-28‒35.
37. Геращенков, Д. А. Применение технологии холодного газодинамического напыления как аддитивного способа для получения материалов на основе алюминида никеля и алюминида титана / Д. А. Геращенков // Вопросы материаловедения. ― 2021. ― № 3 (107). ― С. 118‒127. DOI: 10.22349/1994-6716-2021-107-3-118-127.
38. Plotnick, R. E. Lacunarity indices as measures of landscape texture / R. E. Plotnick, R. H. Gardner, R. V. O'Neill // Landscape Ecol. ― 1993. ― Vol. 8. ― P. 201‒211.
39. Gefen, Y. Geometric implementation of hypercubic lattices with noninteger dimensionality by use of low lacunarity fractal lattices / Y. Gefen, Y. Meir, A. Aharony // Phys. Rev. Lett. ― 1983. ― Vol. 50. ― P. 145‒148. DOI: 10.1103/PhysRevLett.50.145.
40. Barin, I. Thermochemical data of pure substances / I. Barin, G. Platzki // Weinheim: VCh. ― 1989. ― Vol. 304, № 334. ― P. 1117.
41. Markov, M. A. Study of the microarc oxidation of aluminum modified with silicon carbide particles / M. A. Markov, S. N. Perevislov, A. V. Krasikov [et al.] // Russ. J. Appl. Chem. ― 2018. ― Vol. 91, № 4. ― P. 543‒549. DOI: 10.1134/S107042721804002X.
42. Shevchenko, V. Y. Physicochemical interaction processes in the carbon (diamond)–silicon system / V. Y. Shevchenko, S. N. Perevislov, V. L. Ugolkov // Glass Phys. Chem. ― 2021. ― Vol. 47, №. 3. ― P. 197‒208. DOI: 10.1134/S108765962103010X.
43. Shevchenko, V. Y. Reaction–diffusion mechanism of synthesis in the diamond–silicon carbide system / V. Y. Shevchenko, S. N. Perevislov // Russian Journal of Inorganic Chemistry. ― 2021. ― Vol. 66. ― P. 1107‒1114. DOI: 10.1134/S003602362108026X.
44. Markov, M. A. Development of novel ceramic construction materials based on silicon carbide for products of complex geometry / M. A. Markov, A. V. Krasikov, I. N. Kravchenko [et al.] // Journal of Machinery Manufacture and Reliability. ― 2021. ― Vol. 50, № 2. ― P. 158‒163. DOI: 10.3103/S1052618821020096.
45. Belyakov, A. N. Contemporary materials and their application in the construction of special engineering high-temperature objects / A. N. Belyakov, A. D. Kashtanov, D. A. Dyuskina [et al.] // Refract. Ind. Ceram. ― 2024. ― Vol. 64, № 3. ― P. 256‒264. DOI: 10.1007/ s11148-024-00835-3. Беляков, А. Н. Современные материалы и их применение при конструировании высокотемпературных изделий для специального машиностроения / А. Н. Беляков, А. Д. Каштанов, Д. А. Дюскина [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2023. ― № 5. ― С. 69‒79. DOI: 10.17073/1683-4518-2023-5-69-79.
46. Belyakov, A. N. A comparative study of methods for obtaining silicon carbide ceramic materials / A. N. Belyakov, D. A. Dyuskina, A. G. Chekuryaev [et al.] // Refract. Ind. Ceram. ― 2023. ― Vol. 64, № 3. ― P. 299‒310. DOI: 10.1007/s11148-024-00842-4. Беляков, А. Н. Сравнительное исследование методов получения карбидкремниевых керамических материалов / А. Н. Беляков, Д. А. Дюскина, А. Г. Чекуряев [и др.] // Новые огнеупоры. ― 2023. ― № 6. ― С. 13‒26. DOI: 10.17073/1683-4518-2023-6-13-26.
47. Belyakov, A. N. Investigation of the reaction-sintered B4C‒SiC materials produced by hot slip casting / A. N. Belyakov, M. A. Markov, A. N. Chekuryaev [et al.] // Glass Phys. Chem. ― 2023. ― Vol. 49, № 3. ― P. 306‒313. DOI: 10.1134/S1087659623600060.
48. Lysenkov, A. S. Composite material Si3N4/SiC with calcium aluminate additive / A. S. Lysenkov, K. A. Kim, D. D. Titov [et al.] // Journal of Physics: Conference Series. ― 2018. ― Vol. 1134, № 1. ― Article 012036. DOI: 10.1088/1742-6596/1134/1/012036.
49. Rumyantsev, I. A. Lightweight composite cermets obtained by titanium-plating / I. A. Rumyantsev, S. N. Perevislov // Refract. Ind. Ceram. ― 2017. ― Vol. 58. ― P. 405‒409. DOI: 10.1007/s11148-017-0119-7. Румянцев, И. А. Облегченные композиционные керметы, полученные методом титанирования / И. А. Румянцев, С. Н. Перевислов // Новые огнеупоры. ― 2017. ― № 7. ― С. 54‒57.
Supplementary files
For citation: Gerashchenkova .Y., Markov M.A., Kashtanov A.D., Gerashchenkov D.A., Yakovleva N.V., Bykova A.D., Kravchenko I.N. Method of obtaining a volumetric composite material with a ceramic matrix based on titanium carbide by the method of cold gas-dynamic spraying. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES). 2024;(10):25-36. https://doi.org/10.17073/1683-4518-2024-10-25-36
Refbacks
- There are currently no refbacks.