Введение к работе
Актуальность работы. Задача разработки и внедрения ресурсосберегающих технологий, повышение производительности труда и качества продукции является одной из основных задач, стоящих перед современным машиностроением.
Для решения этой задачи в настоящее время используются различные способы и методы нанесения защитных покрытий, которые позволили бы обеспечить эксплуатацию оборудования в условиях сочетания или раздельного влияния высоких температур, механических нагрузок, давлений в различных агрессивных средах.
Перспективным методом поверхностного упрочнения является химико-термическая обработка из жидкой фазы, связанная с диффузионным насыщением поверхностных слоев изделий различными химическими элементами. Данный метод позволяет сократить длительность технологического процесса, в заданном направлении и в широком интервале влиять на свойства поверхностных слоев изделий. С помощью химико-термической обработки можно значительно повысить коррозионную стойкость и другие служебные свойства изделий при небольших затратах легирующих элементов.
Одни и те же компоненты защитного покрытия могут быть нанесены на изделие различными методами. Тем не менее одинаковые по составу покрытия могут не обладать комплексом заданных свойств, так как большое значение имеют метод и технология их получения. Поэтому часто побуждающая причина разработки нового метода, технологии, состава покрытия - решение локальной технической задачи.
В диссертации разработана и исследована технология нанесения диффузионных покрытий из среды легкоплавких металлов, позволяющая за короткие производственные циклы наносить качественные диффузионные покрытия, обладающие рядом существенных достоинств по сравнению с покрытиями, нанесенными другими способами.
В частности, объектами исследований явились однокомпонентные диффузионные покрытия на основе никеля. В качестве транспортного расплава использовались: свинец, свинец-висмут, свинец-олово. Поэтому в отличие от известного способа с использованием щелочных металлов, предложенный способ назван способом высокотемпературного диффузионного осаждения (ВТДО).
Связь работы с научными программами. Диссертационное исследование выполнялось в рамках прикладных госбюджетных НИР кафедры Материаловедения и технологии материалов и покрытий ГОУВПО "СЗТУ": Г-7-5.1-91 "Повышение физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик металлических материалов" (1991-1995г.г.), Г-7-23-96 "Повышение физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик металлических материалов" (1996-2000г.г.), Г-7-3-2001 "Повышение физико-механических свойств и эксплуатационных характеристик материалов различного назначения" (2001-2005г.г.), Г-7-01-06 "Комплексное исследование материалов различного назначе-
ния с целью оптимизации их физико-механических и служебных свойств" (2006-2011 г.г.) и договоре о выполнении НИР на 2009-2011г.г. с ФГУП ЦНИИ КМ «Прометей».
Цель работы - установление закономерностей и условий формирования структуры, свойств коррозионно-стойких покрытий в процессе ВТДО из расплавов легкоплавких металлов; разработка путей повышения служебных свойств деталей машиностроения оптимизацией параметров процесса.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана и опробована технология нанесения покрытий на стальные изделия, в которой в качестве транспортного расплава, используются легкоплавкие металлы: свинец, висмут, их эвтектический сплав, олово;
для осуществления процесса ВТДО использовано промышленное оборудование, обеспечивающее требуемый высокотемпературный нагрев, защиту расплава от окисления и экологическую защиту;
установлены экспериментальные и математические зависимости влияния технологических параметров процесса ВТДО на толщину никелевого покрытия;
установлена возможность повышения активности процесса ВТДО с помощью высокотемпературных флюсов и режимов ТЦО.
проведен рентгеноструктурный и спектральный анализ наносимых диффузионных никелевых покрытий;
проведены металлографические исследования и анализ микротвердости диффузионной зоны никелевых покрытий и установлены зависимости их от температуры и времени процесса ВТДО, от состава транспортного расплава;
разработана методика определения величины внутренних остаточных напряжения 1-го рода с учетом изменения модуля упругости по глубине диффузионной зоны покрытия;
определено влияние наносимых диффузионных никелевых покрытий на механические свойства сталей;
определено влияние наносимых диффузионных никелевых покрытий на коррозионную стойкость против общей коррозии, КР и МКК;
проведена практическая апробация и внедрение технологии ВТДО в различные отрасли экономики страны.
Практическая ценность работы. Предложенная новая технология процесса ВТДО из среды легкоплавких металлов на основе свинца, висмута, с добавлением олова (А.с. №1504286); с использованием флюсов, ТЦО, осуществляется с помощью стандартного промышленного оборудования. На основании теоретических и экспериментальных исследований установлены степенные функции, описывающие зависимость глубины никелевого покрытия от параметров процесса ВТДО; приведена оценка величины остаточных внутренних напряжений, механических и коррозионных свойств материалов с никелевыми покрытиями в зависимости от режимов ВТДО.
Достоверности результатов обеспечивается статистическим анализом экспериментальных исследований; методами математического планирования экспериментов для оптимизации технологических параметров процесса; при экспериментальных исследованиях использовались методы измерения микротвердости, прочности, пластичности, остаточных напряжений, коррозионной стойкости, исследования микроструктуры, рентгеноспектральный и рентгено-структурный анализ диффузионной зоны покрытия.
Реализация работы. Использование в учебном процессе СЗТУ при чтении дисциплин: «Коррозия и коррозионностойкие покрытия», «Коррозия и методы защиты изделий», «Технология материалов и покрытий», «Теория и технология термической и химико-термической обработки» и при выполнении 12 дипломных работ научно-исследовательского характера студентами специальности 150501.65 - материаловедение в машиностроении кафедры Материаловедения и технологии материалов и покрытий.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались на следующих семинарах и конференциях: научно-технических семинарах ЛДНТП, 1987, 1989 г.г.; III городская научно-практическая конференция «Проблемы совершенствования медицинской помощи населению г. Ленинграда» ГУЗЛ, 1988 г.; V областная научно-практическая конференция «Вклад молодых ученых и специалистов Псковщины в ускорение социально-экономического развития области» г. Псков, 1988 г.; семинар "Повышение свойств конструкционных сталей легированием и термообработкой" г. Киев, 1989 г.; научные семинары ЛМИ, ЛГТУ, 1989 г.; IV Всесоюзный семинар «Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов» ЛГТУ, 1990 г.; научный семинар кафедры «Материаловедение, пластической и термической обработки» СЗПИ, 1994, 2009 г.г.; научно-технические конференции СЗПИ, 2000, 2003 г.г.; научно-практические информационно-консультационные семинары «Материаловедение, пластическая и термическая обработка металлов» СПбГТУ, Политехника, 2001, 2004 г.г.; международная научно-техническая конференция «Современные металлические материалы и технологии и их использование в технике» СПбГТУ, 2001 г.; II Всероссийская научно-практическая конференция "Актуальные проблемы управления техническими, информационными, социально-экономическими и транспортными системами", г. СПб, 2008 г.
Публикации. По материалам диссертации имеется 18 публикаций и 2 авторских свидетельства. 1 работа опубликована в рецензируемом научном журнале рекомендованном ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 129 наименований, приложений. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка и 14 таблиц.
