Development of a Base Material–Barrier Coating System Using Affordable Raw Materials for the Sustainable Production of Critical Railway Components

ENG: The promising potential of porous metallic materials for railway applications (e.g., conductive materials, materials for braking systems) is due to their unique combination of low density, high specific surface area, and high energy absorption capabilities. Porous multi-phase silicide coatings (FeSi, Si2CN4) provide a synergistic effect, doubling surface hardness and establishing a stable diffusion barrier. The article proposes a comprehensive approach to replacing materials for critical railway transport components, involving the development of a base material and a barrier coating. The use of widely available induction-melting components to produce a base material with superior mechanical properties is demonstrated. The material exhibits high static strength and hardness while maintaining acceptable impact toughness and ductility. To enhance wear, corrosion, and scale resistance, technology for forming a barrier layer via silicide coatings is proposed. The coating formation technology enables the regulation of porosity through the formation of nitrogen-containing phases. It is shown that pores can serve as “containers” for fillers that impart functional properties to the coatings (e.g., adjusting the friction coefficient or electrical conductivity). The new base material–barrier coating system can serve as a foundation for the sustainable production of critical rolling stock parts and other devices for railway transportation systems.

UKR: Перспективний потенціал пористих металевих матеріалів для залізничного застосування (на-приклад, електропровідних матеріалів, матеріалів для гальмівних систем) зумовлений їх унікальним поєднанням низької щільності, високої питомої поверхні та високої здатності до поглинання енергії. Пористі багатофазні силіцидні покриття (FeSi, Si2CN4) забезпечують синергетичний ефект, подвою-ючи твердість поверхні та створюючи стабільний дифузійний бар'єр. У статті пропонується компле-ксний підхід до заміни матеріалів для критично важливих компонентів залізничного транспорту, що включає розробку базового матеріалу та бар'єрного покриття. Продемонстровано використання ши-рокодоступних індукційно-плавильних компонентів для отримання базового матеріалу з чудовими механічними властивостями. Матеріал демонструє високу статичну міцність і твердість, зберігаючи при цьому прийнятну ударну в'язкість і пластичність. Для підвищення зносостійкості, корозійної стійкості та стійкості до окалиноутворення запропоновано технологію формування бар'єрного шару за допомогою силіцидних покриттів. Технологія формування покриття дозволяє регулювати порис-тість шляхом утворення азотовмісних фаз. Показано, що пори можуть служити «контейнерами» для наповнювачів, які надають покриттям функціональних властивостей (наприклад, регулюючи коефі-цієнт тертя або електропровідність). Нова система базового матеріалу та бар'єрного покриття може слугувати основою для сталого виробництва критично важливих деталей рухомого складу та інших пристроїв для залізничних транспортних систем.