Журнал Современные наукоемкие технологии 1812-7320 Общество с ограниченной ответственностью "Издательский Дом "Академия Естествознания" 10.17513/snt.40772 ART-40772 АПРОБАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ МОДИФИКАЦИИ ПОРОШКА СИСТЕМЫ FE-CR-MN-NI-SI МНОГОСЛОЙНЫМИ УГЛЕРОДНЫМИ НАНОТРУБКАМИ Валгин М. Д. Valgin M. D. Российская Федерация Белов Д. С. Belov D. S. d.belov@laser33.ru Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых» Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education “Vladimir State University named after Alexander Grigorievich and Nikolai Grigorievich Stoletovs” 28 05 2026 5 30 37 This is an open-access article distributed under the terms of the CC BY 4.0 license. https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=40772

В работе исследована возможность модификации промышленного порошка на основе системы Fe-Cr-Mn-Ni-Si путем введения многослойных углеродных нанотрубок и поверхностно-активного вещества с целью получения металломатричного композиционного материала для последующего формирования покрытий методом лазерной наплавки. Данный тип порошка традиционно считается сложным для лазерной наплавки из-за склонности к трещинообразованию и высокой чувствительности к термическим циклам, что требует поиска новых технологических решений. Композиционный порошок, полученный методом сухого механического смешивания в планетарной шаровой мельнице, сохранил технологическую пригодность для наплавки: несмотря на некоторое снижение текучести и насыпной плотности, его значения остались в пределах технологических норм. Лазерная наплавка на стальную подложку на форсированных режимах показала, что введение многослойных углеродных нанотрубок подавляет образование трещин и способствует формированию однородной бездефектной структуры. Измерения микротвердости по Виккерсу выявили статистически значимое повышение средней микротвердости, однако ключевым эффектом модификации стало снижение разброса значений твердости, что свидетельствует о повышении структурной однородности покрытий и в ходе эксперимента наглядно подтверждает перспективность дальнейшего исследования влияния многослойных углеродных нанотрубок на наплавочный порошок.

The work investigated the possibility of modifying an industrial powder based on the Fe-Cr-Mn-Ni-Si system by introducing multilayer carbon nanotubes and a surfactant in order to obtain a metal-matrix composite material for subsequent coating formation by laser cladding. This type of powder is traditionally considered difficult for laser cladding due to its tendency to crack and high sensitivity to thermal cycles, which requires the search for new technological solutions. The composite powder obtained by dry mechanical mixing in a planetary ball mill retained its technological suitability for welding: despite a slight decrease in fluidity and bulk density, its values remained within the technological standards. Laser welding on a steel substrate under forced conditions showed that the introduction of multi-layered carbon nanotubes suppresses the formation of cracks and promotes the formation of a homogeneous, defect-free structure. Vickers microhardness measurements revealed a statistically significant increase in average microhardness, but the key effect of the modification was a decrease in the spread of hardness values, which indicates an increase in the structural homogeneity of the coatings and clearly confirms the promising nature of further research on the effect of multi-layer carbon nanotubes on the welding powder.

 лазерная наплавка композиционные покрытия углеродные нанотрубки металломатричный композит железный сплав микротвердость микроструктура планетарная шаровая мельница сухое смешивание поверхностно-активное вещество laser cladding composite coatings carbon nanotubes metal matrix composite iron alloy microhardness microstructure planetary ball mill dry mixing surfactant

1. Коберник Н. В. Разработка элементов теории и технологических приемов экзогенного модифицирования и армирования наплавленного металла: дис. ... докт. техн. наук: 05.02.10. Москва, 2018. 408 с. [Электронный ресурс]. URL: https://www.dissercat.com/content/razrabotka-elementov-teorii-i-tekhnologicheskikh-priemov-ekzogennogo-modifitsirovaniya-i-arm (дата обращения: 19.02.2026).

2. Zhou K., Shen Y. Effects of process parameters and carbon nanotubes on microstructure and properties of laser cladding composite coatings using Ni-Ti-Cr-carbon nanotubes // Materials Research Express. 2022. Vol. 9. Is. 9. P. 096403. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2053-1591/ac859e/meta (дата обращения: 19.02.2026). DOI: 10.1088/2053-1591/ac859e.

3. Han B. et al. Microstructure and wear behavior of laser clad interstitial CoCrFeNi high entropy alloy coating reinforced by carbon nanotubes // Surface and Coatings Technology. 2022. Vol. 434. Р. 128241. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0257897222001621 (дата обращения: 22.02.2026). DOI: 10.1016/j.surfcoat.2022.128241.

4. Родионов И. В., Устинов П. Н., Перинская И. В., Куц Л. Е. Влияние режимов лазерной наплавки порошка карбида вольфрама на характеристики поверхности стали 12Х18Н10Т // Известия Волгоградского государственного технического университета. 2024. № 2 (285). С. 41–46. URL: https://www.vstu.ru/nauka/izdaniya/doi/10.35211_1990-5297-2024-2-285-41-46.pdf (дата обращения: 22.02.2026). DOI: 10.35211/1990-5297-2024-2-285-41-46.

5. Долговечный А. В., Демидова Л. А., Морозов Е. А. Технологии наплавки легированной стали на основу из углеродистой стали // Известия Самарского научного центра РАН. 2012. Т. 14. № 1–2. С. 550–553. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tehnologii-naplavki-legirovannoy-stali-na-osnovu-iz-uglerodistoy-stali (дата обращения: 28.02.2026).

6. Перевертов В. П., Андрончев И. К., Юрков Н. К. Порошковые композиты и наноматериалы в гибких технологиях формообразования деталей // НиКСС. 2020. № 2 (30). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/poroshkovye-kompozity-i-nanomaterialy-v-gibkih-tehnologiyah-formoobrazovaniya-detaley (дата обращения: 16.03.2026).

7. Yilin Jia, Kun Zhou, Wanting Sun, Min Ding, Yu Wang, Xiangqing Kong, Dongzhou Jia, Muhong Wu, Ying Fu, Enhancement mechanisms of mechanical, electrical and thermal properties of carbon nanotube-copper composites: A review // Journal of Materials Research and Technology. 2024. Vol. 32. P. 1395–1415. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2238785424017344 (дата обращения: 08.03.2026). DOI: 10.1016/j.jmrt.2024.07.181. ISSN 2238-7854.

8. Ujah C. O., Kallon D. V. V., Aigbodion V. S. Tribological properties of CNTs-reinforced nano composite materials // Lubricants. 2023. Т. 11. № 3. С. 95. URL: https://www.researchgate.net/publication/368707329_Tribological_Properties_of_CNTs-Reinforced_Nano_Composite_Materials (дата обращения: 12.02.2026). DOI: 10.3390/lubricants11030095.

9. Kumar B. A. et al. Efficient processed carbon Soot@ MoS2 hybrid Bi-functional electrode for dye-sensitized solar cell and asymmetric supercapacitor devices // Nano Materials Science. 2024. Т. 6. № 4. С. 484–494. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589965124000011 (дата обращения: 22.01.2026).

10. Алексеев А. В., Есиков М. А., Мали В. И., Хасин А. А., Предтеченский М. Р. Влияние добавок углеродных нанотрубок и оксидных нановолокон на механические свойства композита на основе алюминия // Журнал СФУ. Техника и технологии. 2019. № 4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-dobavok-uglerodnyh-nanotrubok-i-oksidnyh-nanovolokon-na-mehanicheskie-svoystva-kompozita-na-osnove-alyuminiya (дата обращения: 14.02.2026).

11. Ларионов К. В., Сорокин П. Б. Исследование нанокомпозита на основе алюминия, упрочненного углеродными нанотрубками // Известия ВУЗов. Химия и химическая технология. 2022. № 11. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-nanokompozita-na-osnove-alyuminiya-uprochnennogo-uglerodnymi-nanotrubkami (дата обращения: 14.02.2026).

12. Щегольков А. В., Щегольков А. В., Земцова Н. В., Комаров Ф. Ф., Парфимович И. Д. Влияние микроразмерных металлических наполнителей на тепло- и электрофизические свойства наномодифицированных эластомеров // Вестник МГТУ им. Г. И. Носова. 2023. Т. 31. № 4. С. 81–92. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vliyanie-mikrorazmernyh-metallicheskih-napolniteley-na-teploi-elektrofizicheskie-svoystva-nanomodifitsirovannyh-elastomerov (дата обращения: 21.03.2026). DOI: 10.18503/1995-2732-2023-21-4-81-92.

13. Патент № 2779608 C1 Российская Федерация, МПК H01L 51/48, C01B 32/158, B82B 3/00. Способ получения проводящего покрытия на основе углеродных нанотрубок: № 2021137957: заявл. 21.12.2021: опубл. 12.09.2022 / А. В. Ромашкин, Д. Д. Левин, Ю. А. Поликарпов; заявитель федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники». URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=49445622 (дата обращения: 21.03.2026). EDN: KBCVGM.

14. Gotz A. N., Gusev D. S., Guskov V. F., Zavitkov A. V., Lukhter A. B., Prokoshev V. G., Rumyantcev I. V. The effect of laser cladding modes on the geometrical parameters and adhesion strength of the deposited layer on a steel substrate 08Kh18N10T of corrosion-resistant powder 08Kh17N8S6G. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 896. Is. 1. Р. 012129. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/896/1/012129/meta (дата обращения: 10.02.2026). DOI: 10.1088/1757-899X/896/1/012129.

15. Гоц А. Н., Люхтер А. Б., Гусев Д. С., Завитков А. В. Выбор режимов лазерной наплавки порошка ПР-08Х17Н8С6Г // Черные металлы. 2020. Т. 1067. № 11. С. 46–51. URL: https://rudmet.net/media/articles/Article_SE_11_20_pp.46-51_1.pdf (дата обращения: 10.03.2026). DOI: 10.17580/chm.2020.11.07.

16. Gots A. N. et al. Selection of rational modes of laser powder cladding // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. IOP Publishing, 2020. Т. 971. № 2. С. 022093. URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/971/2/022093/meta (дата обращения: 10.03.2026). DOI: 10.1088/1757-899X/971/2/022093.