Особенности формирования Ni-Cr покрытий, полученных диффузионным легированием из среды легкоплавких жидкометаллических растворов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Рассмотрены основные способы увеличения работоспособности изделий, изготовленных из конструкционных сталей. Приведено обоснование выбора Ni и Cr в качестве основных компонентов покрытия. Приведено описание технологии диффузионного легирования из среды легкоплавких жидкометаллических растворов (ДЛЛЖР). Целью работы является выявление особенностей формирования покрытий при одновременном диффузионном насыщении никелем и хромом конструкционных сталей по технологии ДЛЛЖР. Методика исследований. ДЛЛЖР подвергались цилиндрические образцы диаметром 20 мм, длиной 30 мм. Образцы были изготовлены из конструкционных сталей марок Ст3, 30ХГСН2А, 40Х и 40Х13. В качестве технологической среды при ДЛЛЖР (транспортный расплав) использовался эвтектический расплав свинец-литий, в который в заданном количестве вводились никель и хром. ДЛЛЖР проводилось при 1050 °С в течение 300 минут. Металлографические исследования выполнялись на микрошлифах, подготовленных по стандартной методике. Исследования по определению толщины покрытий и их структуры проводились на микротвердомере Dura Scan Falcon 500. Определение элементного состава покрытий выполнялось 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 происходит формирование диффузионных Ni-Cr покрытий. Проведение ДЛЛЖР на конструкционных углеродистых и низколегированных сталях приводит к формированию двухслойных покрытий: поверхностный карбидный слой и переходный твердорастворный. При этом содержание хрома в поверхностных слоях может достигать 80 % при содержании никеля 1,5 %. Максимальная концентрация никеля наблюдалась в переходном слое и составила 21 % на глубине 5 мкм на стали 30ХГСН2А и 13 % на глубине 4,5 мкм для стали 40Х. Проведение ДЛЛЖР на сталях, содержащих карбидообразующие элементы в значительном количестве или содержащих углерод в малом количестве, приводит к формированию однослойных покрытий на базе твердых растворов. При этом содержание никеля в покрытии достигает 40 %, содержание хрома для стали Ст3 составило 14,5 %, для стали 40Х13 – 9 %.

Об авторах

Э. Э. Бобылёв

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

И. Д. Стороженко

Email: storojenko_armv@mail.ru
Кубанский государственный технологический университет, ул. Московская, 2, г. Краснодар, 350072, Россия, storojenko_armv@mail.ru

А. А. Маторин

Email: anastas_brsoyan@mail.ru
Кубанский государственный технологический университет, ул. Московская, 2, г. Краснодар, 350072, Россия, anastas_brsoyan@mail.ru

В. Д. Марченко

Email: mwsat79@gmail.com
Кубанский государственный технологический университет, ул. Московская, 2, г. Краснодар, 350072, Россия, mwsat79@gmail.com

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. Effect of surface conditions on the localized corrosion of copper tubes / S.-J. Ko, Y.-H. Lee, K.-S. Nam, E.-H. Park, J.-G. Kim // Materials Chemistry and Physics. – 2023. – Vol. 302. – P. 127747. – doi: 10.1016/j.matchemphys.2023.127747.
  7. 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.
  8. A comparative study of the microstructure and corrosion resistance of Fe-based/B4C composite coatings with Ni-added or Cu-added by vacuum cladding / H. Yu, Z. Luo, X. Zhang, Y. Feng, G. Xie // Materials Letters. – 2023. – Vol. 335. – P. 133730. – doi: 10.1016/j.matlet.2022.133730.
  9. Li R., Cheng C., Pu J. NaCl-induced hot-corrosion behavior of TiAlN single-layer and TiAlN/Ti multilayer coatings at 500°C // Materials Today Communications. – 2022. – Vol. 33. – P. 104421. – doi: 10.1016/j.mtcomm.2022.104421.
  10. Nóvoa X.R., Pérez C. The use of smart coatings for metal corrosion control // Current Opinion in Electrochemistry. – 2023. – Vol. 40. – P. 101324. – doi: 10.1016/j.coelec.2023.101324.
  11. 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, Zh. Li, Y. Wang, P. Du, J. Lu // Corrosion Science. – 2022. – Vol. 203. – P. 110378. – doi: 10.1016/j.corsci.2022.110378.
  12. Sahu J.N., Sasikumar C. 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.
  13. 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.
  14. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. – М.: Металлургия, 1985. – 256 с.
  15. 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.
  16. 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.
  17. Liu Y.D., Li W. Inhibiting effect of Ni/Re diffusion barrier on the interdiffusion between Ni-based coating and titanium alloys // Materials Today Communications. – 2023. – Vol. 35. – P. 106192. – doi: 10.1016/j.mtcomm.2023.106192.
  18. Соколов А.Г., Бобылев Э.Э. Кинетика формирования покрытий на базе карбида титана, нанесенных по технологии диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов, на сплавах типа ТК и ВК // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2016. – № 2 (71). – С. 59–69. – doi: 10.17212/1994-6309-2016-2-59-69.
  19. 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.
  20. Sokolov A.G., Bobylev E.E., Storozhenko I.D. Formation of diffusion coatings based on nickel and chromium in the medium of fusible liquid metal solutions on austenitic steels // Solid State Phenomena. – 2021. – Vol. 316. – P. 851–856.
  21. Соколов А.Г. Разработка теоретических и технологических основ повышения стойкости режущего и штампового инструмента за счет диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов: дис. … д-ра техн. наук: 05.16.09. – Краснодар, 2008. – 384 с.

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

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).