ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ПЛАЗМЕННОМ НАГРЕВЕ ОБМАЗКИ, СОДЕРЖАЩЕЙ СПЛАВ СИСТЕМЫ NiCrBSi
DOI:
https://doi.org/10.32339/0135-5910-2024-10-56-63Ключевые слова:
химический процесс, плазменный нагрев, клей ПВА, силикатный клей, паста, NiCrBSiАннотация
Проведен анализ возможности химического процесса формирования поверхностного легированного слоя. Представлены результаты предварительных экспериментов по образованию фаз поверхностного слоя с использованием сплава системы NiCrBSi. Согласно теоретическим исследованиям, установлена возможность существования кристаллических структур, но практически не все они образованы. Преимущества образования фазовых кристаллических структур зависят от свободной энергии Гиббса. В процессе переплавки покрытие и несколько подложек плавятся. Под воздействием конвекции плазменного дугового переплава порошок сплава на основе никеля попадает в расплавленную ванну. Показано, что с ростом температуры свободная энергия Гиббса уменьшается. Это указывает на то, что реакция синтеза имеет более высокую вероятность протекания при высокой температуре. Обнаружено, что Ni2Si обладает более низкой свободной энергией, чем Cr3Si, но это не означает, что Ni2Si является наиболее вероятной фазой, образующейся в покрытиях. Cr3Si имеет более высокую температуру плавления (2043 K), чем Ni2Si (<1728 K), поэтому фаза Cr3Si начала кристаллизоваться и выделяться до образования Ni2Si. Никель был обогащен междендритным Cr3Si. При высоких температурах Cr6Ni16Si7 и Cr3Ni5Si2 обладали более низкой свободной энергией, чем Ni2Si и Cr2Ni3 соответственно. При сравнении свободной энергии Гиббса пришли к выводу, что вероятность образования ряда фаз Cr3Si, Ni2Si, Cr2Ni3, Cr6Ni16Si7, Cr3Ni5Si2 значительно меньше, чем ряда Cr23C6, Cr7C3, CrB, Ni3B. Подтверждено, что при формировании поверхностного легированного слоя происходит комплексный процесс взаимодействия нескольких компонентов, содержащихся в сплаве, и клея. При изучении термодинамики возможных реакций отмечено, что вероятность образования фаз γ-Cr, γ-Ni, γ-Fe, (Fe, Cr)23C6, Cr23C6, Cr7C3, CrB, Ni3B, Ni3Si значительно выше, чем таких фаз, как Cr3Si, Ni2Si, Cr2Ni3, Cr6Ni16Si7, Cr3Ni5Si2. Другими продуктами плазменного нагрева, возможно, являются оксиды металлов, которые, вероятно, выделяются на поверхности покрытия как сварочные шлаки.
Библиографические ссылки
Бердников А. А., Филиппов М. А., Студенок Е. С. Структура закаленных углеродистых сталей после плазменного поверхностного нагрева // Металловедение и термическая обработка металлов. 1997. № 6. С. 2–4.
Чудина О. В. Комбинированные методы поверхностного упрочнения сталей с применением лазерного нагрева // Теория и технология. — М.: МАДИ (ГТУ), 2003. — 248 с.
Балановский А. Е., Гюи В. В. Плазменная поверхностная цементация с использованием графитового по-крытия // Письма о материалах. 2017. Т. 7. № 2 (26). С. 175–179.
Balanovskii A. E., Grechneva M. V., Huy V. V., Zhuravlev D. A. New plasma carburizing method // IOP Con-ference Series: Earth and Environmental Science. 2017. V. 87. Iss. 9. 092003. DOI: 10.1088/1755-1315/87/9/092003.
Mihailo M. R. Microstructure and mechanical properties of nickel-chrome-bor-silicon layers produced by the atmospheric plasma spray process // Military Technical Courier. 2012. V. 60. № 1. Р. 183–200.
Балановский А. Е., Гюи В. В. Исследование износостойкости поверхности стали после плазменной це-ментации с использованием углеродосодержащей пасты // Вестник Иркутского государственного тех-нического университета. 2017. Т. 21. № 4 (123). С. 10–21.
Балановский А. Е. Плазменное поверхностное упрочнение металлов. — Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. — 180 с.
Ву В. Г., Балановский А. Е. Пароводяная плазменная цементация в твердой фазе на установке Multiplaz 3500 // Инновация в науке. 2015. Т. 51. № 1. С. 95–102.
Vu V. H., Doan V. T., Nguyen V. T., Balanovskiy A. E. Surface saturation with carbon using plasma arc and graphite coating // Tribology in Industry. 2021. V. 43. № 2. P. 211–221.
Балановский А. Е., Гюи В. В. Насыщение поверхностного слоя металла хромом и углеродом при плаз-менном нагреве // Жизненный цикл конструкционных материалов (от получения до утилизации): мате-риалы VIII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием. — Иркутск: ИрГТУ. 2018. С. 134–139.
Соболева Н. Н., Макаров А. В., Малыгина И. Ю. Упрочняющая фрикционная обработка NiCrBSi лазер-ного покрытия // Обработка металлов. 2013. Т. 61. № 4. С. 79–85.
Борисов Ю. С., Хаскин В. Ю. Комбинированная лазерно-микроплазменная наплавка порошками спла-вов системы NiCrBSi // Научно-технический раздел. 2012. С. 18–24.
Макаров А. В., Соболева Н. Н., Малыгина И. Ю. Повышение микромеханических свойств и износостой-кости хромоникелевого покрытия финишной фрикционной обработкой // Вектор науки ТГУ. 2015. Т. 34. № 4. С. 60–67.
Zhang P., Li M., Yu Z. Microstructures Evolution and Micromechanics Features of Ni–Cr–Si Coatings Deposit-ed on Copper by Laser Cladding // Materials. 2018. V. 11. 875.
Япольский М. С., Мелентьев С. В., Клопотов А. А. Структурно-фазовое состояние поверхности, полу-ченной плазменным напылением порошка ПГСР-4 после облучения электронным пучком // Избранные доклады 63-й университетской научно-технической И32 конференции студентов и молодых ученых. — Томск. 2017. С. 359–361.
Tokunaga T., Nishio K., Hasebe M. Thermodynamic Study of Phase Equilibria in the Ni–Si–B System // Jour-nal of Phase Equilibria. 2001. V. 22. Р. 291–299.
Lindholm M. A Thermodynamic Description of the Fe–Cr–Si System with Emphasis on the Equilibria of the Sigma (G) Phase // Journal of Phase Equilibria. 1997. V. 18. № 5. P. 1–12.
Астафьева Н. А., Бузин А. С. Исследование влияния видов предварительной обработки на качество сварных облегченных конструкций из алюминиевых сплавов // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2018. Т. 22. № 7. С. 10–18.
Kossyrev K., Marushkin K., Alikhanyan A. S., Olsen S. E. Determination of component activities in the Cr–Si–C and Cr–Fe–Si–C melts // Infacon IX – The Ninth International Ferroalloys Congress. 2001. P. 72–79.
Ducki K. J. Analysis of the Precipitation and Growth Processes of the Intermetallic Phases in a Fe–Ni // Superal-loy, IntechOpen. 2015. P. 1–8. DOI: 10.5772/61159.
Cao X. Z., Xiao L. Thermodynamics of Inorganic Materials. — Science Press, Beijing, China. 1997. P. 1–7.
Zhu H., Sun X., Yu Z. etc. Reaction mechanisms, resultant microstructures and tensile properties of Al-based composites fabricated in situ from Al–SiO2–Mg system // Advanced Powder Technology. 2017. V. 28. P. 2572–2580.
Long Z., Tang C., Ding J. etc. Experimental investigation and thermodynamic description of the Li–Si–Ni ter-nary system // Calphad. 2015. V. 51. Р. 13–23. DOI: 10.1016/j.calphad.2015.06.007.
Ye D. L., Hu J. H. Practical Handbook of Thermodynamic Data Handbook for Inorganic Substances, 2nd ed. —Metallurgical Industry Press, Beijing, 2002. P. 298–727.
Астафьева Н. А. Пластическое деформирование режущих элементов сложной геометрии из быстроре-жущих сталей // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. T. 61. № 1. С. 22–26.
Huang Y., Zeng X. Investigation on cracking behavior of Ni-based coating by laser-induction hybrid cladding // Applied Surface Science. 2010. V. 256. Р. 5985–5992.
Астафьева Н. А. Тенденция развития паянных соединений режущего инструмента из быстрорежущей стали // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2007. T. 32. № 4. С. 129–130.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2024 ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. Бюллетень научно-технической и экономической информации
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-ShareAlike» («Атрибуция — На тех же условиях») 4.0 Всемирная.
