Підвищення надійності та подовження строку експлуатації деталей машин та інструменту є важливим завданням, поставленим перед матеріалознавцями. Таку проблему можна розв’язати шляхом зміцнення робочої частини виробів за рахунок нанесення функціональних покриттів. Ефективним та перспективним методом в цьому сенсі є електроіскрове легування (ЕІЛ), яке дозволяє створювати локальні леговані шари з високою адгезією до основи на будь-яких струмопровідних матеріалах та швидко відновлювати розміри амортизованих деталей. ЕІЛ здійснюється на малогабаритному транспортабельному обладнанні, не потребує значних витрат дорогих матеріалів, оскільки покриття можна наносити на дешеву основу.

Зазвичай ЕІЛ здійснюється компактованими електродами з твердих сплавів, які мають незначну ерозію за низьких енергетичних параметрів обробки, що знижує ефективність формування покриття. Зважаючи на це, альтернативою може бути пошарове нанесення чистих перехідних металів (ерозія яких значно вищою за твердосплави). Такі багатокомпонентні покриття мають широку область розчинності, неоднорідність хімічного складу та властивостей, що надає їм конкурентоспроможності в плані функціональності з покриттями, одержаними під час ЕІЛ компактованими анодами.

Інформація про пошарове створення покриттів  в літературі зустрічається нечасто та стосується нанесення подвійних систем, інтерметалідів або евтектичних композицій.

Метою даної роботи є дослідження структури, фазового складу та властивостей (мікротвердість, зносостійкість) покриттів, створених на технічному залізі під час ЕІЛ у послідовностях Zr-С-Zr, Ti-С-Ті, Cr-С-Cr.

Мікроструктурний аналіз поверхневих ділянок заліза після обробки свідчить про утворення суцільних покриттів. Меж між послідовно нанесеними шарами не спостерігається, що свідчить про інтенсивне перемішування матеріалів легувальних електродів на кожній стадії обробки.

Рентгенівським аналізом у легованих шарах зафіксовано фази:a-Fe, g-Fe, Cr₇C₃, Cr₂O₃ (після ЕІЛ за схемою Cr–C–Cr); Fe₂Ti, TiC, ТіО₂, a-Fe, a-Ті (після ЕІЛ за схемою Ti–C–Ti); g-Fe, ZrC, ZrO₂, FeZr₂ (після ЕІЛ за схемою Zr–C–Zr). Рефлекси залишкового аустеніту свідчать про інтенсивне насичення заліза вуглецем та проходження процесів гартування при надшвидкому охолодженні.

Встановлено, що після ЕІЛ за схемами Ті–С–Ті та Zr–C–Zr покриття мають більшу мікротвердість (9,5 – 10 ГПа), ніж після ЕІЛ Сr–C–Сr (7,3 ГПа), що пов’язано з більшою розчинністю вуглецю у Ті та Zr у порівнянні з Cr. Для усіх зразків максимальне значення мікротвердості спостерігається у середній частині покриття, що можна пояснити наявністю найбільшої кількості карбідів Zr, Ti, Cr в цій ділянці, що утворюється на стадії ЕІЛ графітовим анодом.

Виявлено, що зносостійкість поверхні заліза після всіх процесів ЕІЛ зростає у порівнянні з вихідним необробленим зразком: у 8,05 разів (з нанесеним Ti–C–Ti-покриттям); у 9,32 разів (з нанесеним Zr–C–Zr-покриттям); у 14,75 разів (з нанесеним Cr–C–Cr-покриттям). Зносостійкість оцінювалася гравіметричним методом в умовах сухого тертя-ковзання за схемою “площина по площині” впродовж 10 годин випробувань (контртіло – сталь Р6М5).

Отже, проміжна стадія легування графітом під час послідовного ЕІЛ перехідними металами сприяє формуванню на поверхні заліза покриттів збагачених карбідними фазами, що приводить до зростання мікротвердості покриття до 7 – 10 ГПа та підвищення зносостійкості у 8 – 14,75 разів.