Особенности формирования диффузионных покрытий, полученных комплексной химико-термической обработкой конструкционных сталей

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Рассмотрены основные способы увеличения работоспособности изделий, изготовленных из конструкционных сталей. Приведено описание технологий диффузионного легирования из среды легкоплавких жидкометаллических растворов (ДЛЛЖР) и разработанной технологии комплексного диффузионного легирования поверхностных слоев материала изделий (КХТО), включающей технологии ДЛЛЖР и цементацию. Целью работы являлось определение влияния состава сталей на процесс формирования и элементный состав диффузионно-легированных поверхностных слоев (покрытий) на базе хрома, а также установление отличий и закономерностей в процессах формирования диффузионно-легированных покрытий после проведения ДЛЛЖР и КХТО. Методика исследований. ДЛЛЖР подвергались цилиндрические образцы диаметром 20 мм, длиной 30 мм. Образцы были изготовлены из углеродистых и легированных сталей: малоуглеродистых Ст3, 20Х13, среднеуглеродистых 40Х, 40Х13 и аустенитной слали 12Х18Н10Т. При этом часть образцов предварительно подверглась вакуумной цементации. В качестве технологической среды при ДЛЛЖР (транспортный расплав) использовался эвтектический расплав свинец-висмут, в который в заданном количестве вводился хром. Металлографические исследования проводились на микрошлифах, подготовленных по стандартной методике, исследования по определению толщины покрытий, их структуры – на микротвердомере Dura Scan Falcon 500. Определение элементного состава покрытий осуществлялось методом микрорентгеноспектрального анализа (МРСА) на сканирующем электронном микроскопе Tescan Lyra 3 с системой РСМА Oxford Ultim MAX. Результаты и обсуждение. В результате исследований было выявлено, что при ДЛЛЖР и КХТО происходит формирование диффузионных покрытий. При этом толщина покрытий и их элементный состав зависят от марки стали и применяемой технологии. После ДЛЛЖР процентное содержание хрома варьируется от 96,9 до 91,1 %. При этом максимальная концентрация 96,9 % наблюдается на стали Ст3. После КХТО, на поверхностях всех сталей концентрация Cr снижается по сравнению с покрытиями, полученными по технологии ДЛЛЖР, на сталях: Ст3 с 96,9 до 66,8%; 40Х с 91,1 до 63,18 %; 20Х13 с 93,18 до 62,54 %; Сталь 12Х18Н10Т – с 92,92 до 64,77 %. Общая толщина диффузионно-легированных покрытий, сформированных на всех исследуемых нами сплавах, лежит в пределах от 17 до 17,5 мкм.

Об авторах

А. Г. Соколов

Email: sag-51@bk.ru
доктор техн. наук, Профессор, Кубанский государственный технологический университет, ул. Московская, 2, г. Краснодар, 350072, Россия, sag-51@bk.ru

Э. Э. Бобылёв

Email: ebobylev@mail.ru
канд. техн. наук, Кубанский государственный технологический университет, ул. Московская, 2, г. Краснодар, 350072, Россия, ebobylev@mail.ru

Р. А. Попов

Email: Popov-romanya@yandex.ru
Кубанский государственный технологический университет, ул. Московская, 2, г. Краснодар, 350072, Россия, Popov-romanya@yandex.ru

Список литературы

  1. Corrosion resistance of laser melting deposited Cu-bearing 316L stainless steel coating in 0.5?M?H2SO4 solution / H. Zhao, Y. Ding, J. Li, G. Wei, M. Zhang // Materials Chemistry and Physics. – 2022. – Vol. 291. – P. 126572. – doi: 10.1016/j.matchemphys.2022.126572.
  2. Development of superhydrophobic and corrosion resistant coatings on carbon steel by hydrothermal treatment and fluoroalkyl silane self-assembly / H.-Q. Fan, P. Lu, X. Zhu, Y. Behnamian, Q. Li // Materials Chemistry and Physics. – 2022. – Vol. 290. – P. 126569. – doi: 10.1016/j.matchemphys.2022.126569.
  3. Microstructure and properties of Cr-AlN composite coating prepared by pack-cementation on the surface of Al-containing ODS steel / X. Hou, H. Wang, Q. Yang, Y. Chen, L. Chai, B. Song, N. Guo, S. Guo, Z. Yao // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 447. – P. 128842. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.128842.
  4. Singh V., Singla A.K., Bansal A. Impact of HVOF sprayed Vanadium Carbide (VC) based novel coatings on slurry erosion behaviour of hydro-machinery SS316 steel // Tribology International. – 2022. – Vol. 176. – P. 107874. – doi: 10.1016/j.triboint.2022.107874.
  5. HVOF sprayed Ni–Mo coatings improved by annealing treatment: microstructure characterization, corrosion resistance to HCl and corrosion mechanisms / K. Yang, C. Chen, G. Xu, Z. Jiang, S. Zhang, X. Liu // Journal of Materials Research and Technology. – 2022. – Vol. 19. – P. 1906–1921. – doi: 10.1016/j.jmrt.2022.05.181.
  6. Microstructure and wear resistance of laser cladding Ti-Al-Ni-Si composite coatings / J. Liang, Y. Liu, S. Yang, X. Yin, S. Chen, C. Liu // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 445. – P. 128727. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.128727.
  7. Mechanical and tribological properties of anodic Al coatings as a function of anodizing conditions / E. Dervishi, M. McBride, R. Edwards, M. Gutierrez, N. Li, R. Buntyn, D.E. Hooks // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 444. – P. 128652. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.128652.
  8. Bathini L., Prasad M.J.N.V., Wasekar N.P. Development of continuous compositional gradient Ni-W coatings utilizing electrodeposition for superior wear resistance under sliding contact // Surface and Coatings Technology. – 2022. – Vol. 445. – P. 128728. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2022.128728.
  9. Enhanced corrosion and wear resistance of gradient graphene-CrC nanocomposite coating on stainless steel / M. Zhang, X. Shi, Z. Li, H. Xu // Carbon. – 2021. – Vol. 174. – P. 693–709. – doi: 10.1016/j.carbon.2020.12.007.
  10. CrC/a-C:H coatings for highly loaded, low friction applications under formulated oil lubrication / M. Keunecke, K. Bewilogua, J. Becker, A. Gies, M. Grischke // Surface and Coatings Technology. – 2012. – Vol. 207. – P. 270–278. – doi: 10.1016/j.surfcoat.2012.06.085.
  11. Failure mechanisms of CrN and CrAlN coatings for solid particle erosion resistance / D. Wang, S.-s. Lin, Z. Yang, Z.-f. Yin, F.-x. Ye, X.-y. Gao, Y.-p. Qiao, Y.-n. Xue, H.-z. Yang, K.-s. Zhou // Vacuum. – 2022. – Vol. 204. – P. 111313. – doi: 10.1016/j.vacuum.2022.111313.
  12. Microstructure and properties of CrN coating via multi-arc ion plating on the valve seat material surface / C. Ji, Q. Guo, J. Li, Y. Guo, Z. Yang, W. Yang, D. Xu, B. Yang // Journal of Alloys and Compounds. – 2022. – Vol. 891. – P. 161966. – doi: 10.1016/j.jallcom.2021.161966.
  13. Oxidation behavior and Cr-Zr diffusion of Cr coatings prepared by atmospheric plasma spraying on zircaloy-4 cladding in steam at 1300 C / Q. Li, P. Song, R. Zhang, Z. Li, Y. Wang, P. Du, J. Lu // Corrosion Science. – 2022. – Vol. 203. – P. 110378. – doi: 10.1016/j.corsci.2022.110378.
  14. Sahu J.N., C S. Development of hard and wear resistant surface coating on Ni-Cr-Mo steel by surface mechano-chemical carburization treatment (SMCT) // Journal of Materials Processing Technology. – 2019. – Vol. 263. – P. 285–295. – doi: 10.1016/j.jmatprotec.2018.08.027.
  15. Application of chemical-thermal treatment for hardening of sprayed with supersonic coatings / S. Nurakov, M. Belotserkovsky, T. Suleimenov, K. Aitlessov // Procedia Computer Science. – 2019. – Vol. 149. – P. 360–364. – doi: 10.1016/j.procs.2019.01.149.
  16. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов: учебное пособие для вузов. – М.: Металлургия, 1985. – 256 с.
  17. Improving the corrosion resistance of ferritic-martensitic steels at 600 °C in molten solar salt via diffusion coatings / T.M. Meißner, C. Oskay, A. Bonk, B. Grégoire, A. Donchev, A. Solimani, M.C. Galetz // Solar Energy Materials and Solar Cells. – 2021. – Vol. 227. – P. 111105. – doi: 10.1016/j.solmat.2021.111105.
  18. Соколов А.Г., Бобылёв Э.Э. Повышение износостойкости изделий из аустенитных сталей путем совмещения технологий цементации и диффузионного легирования в среде легкоплавких жидкометаллических расплавов // Журнал Сибирского федерального университета. Техника и технологии. – 2020. – Т. 13 (4). – С. 502–511. – doi: 10.17516/1999-494X-0241.
  19. Mechanism and properties diffusion coating formation at carbide forming element base on surface of steel products / A.G. Sokolov, E.E. Bobylyov, I.D. Storogenko, R.A. Popov // AIP Conference Proceedings. – 2021. – Vol. 2389. – P. 080001. – doi: 10.1063/5.0063579.
  20. Патент № 2768647 Российская Федерация, МПК C21D 1/78, C23C 2/10, C23C 8/22, C23C 8/46, C23C 8/66 (2006.01). Способ формирования износостойкого покрытия и коррозионно-стойкого покрытия на поверхности изделий из стали: заявл. 15.10.2021: опубл. 24.03.2022, Бюл. № 9 / Соколов А.Г., Бобылев Э.Э., Попов Р.А.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать


Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».