ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПРИ ПЛАЗМЕННОМ НАГРЕВЕ ОБМАЗКИ, СОДЕРЖАЩЕЙ СПЛАВ СИСТЕМЫ NiCrBSi

Аннотация

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.