Физико-химические закономерности поверхностного легирования стали и никеля кремнием Стецовский, Леонид Львович

Введение к работе

Актуальность работы. Развитие химической, машиностроительной и многих других отраслей промышленности связано с разработкой новых материалов, в частности материалов, обладающих различными физико-химическими свойствами в объеме и на поверхности. Такие материалы получают путем поверхностного легирования.

Поверхностное легирование металлов и сплавов кремнием, известное также как силицирование, нашло широкое применение в промышленности с целью повншения окалиностойкости, коррозионной стойкости, износостойкости и других эксплуатационных характеристик материалов. В последние годы в СССР и за рубежом большое внимание уделяется методу силицирования в порошковых смесях,' имекще-му ряд преимуществ по сравненив с другими методами силицирования.

Технология поверхностного легирования кремнием в порошковых смесях определяется протеканием ряда сложных физико-химических процессов, среди которых можно выделить следующие: химические реакции между компонентами порошковой смеси, формирование кремний-содержащих газообразных продуктов, перенос их от порошковой смеси к поверхности металла через газовую фазу, химические реакции и адсорбция кремния на поверхности металла, диффузия кремния в глубь металла и химические реакции на границе раздела фаз в металле .

Поэтому исследование совокупности явлений, протекающих при поверхностном легировании, является необходимым звеном для установления зависимостей между параметрами физико-химических процессов, технологическими режимами силицирования и свойствами формирующихся поверхностных слоев.

Цель работы.

1. Определение зависимости между насыщающей способностью порошковой смеси и. термодинамикой протекающих в ней реакций.

2. Определение зависимости между режимами силицирования и структурой, глубиной, пористостью и химическим составом формирующихся слоев.

4.

3. Определение общих закономерностей формирования слоев при поверхностном легировании различных металлов и сплавов в одних и тех жв условиях.

4. Исследование процессов, протекающих на поверхности стали при поверхностном легировании с использованием Na в качестве активатора.

5. Оценка возможности практического использования формирующихся нремнийсодержащих слоев в качестве коррозионностойких по-' крытий.

раучная новизна. В выполненной работе впервые проведен термодинамический расчет равновесий между порошковой смесью и силицируемым металлом, объяснявший роль активатора NaP; показано, что скорость поверхностнрго легирования с использованием SlO в качестве переносчика кремния определяется скоростью реакции образования Si.0 и условиями подвода 510 к поверхности металла; определены химические реакции., протекающие на поверхности стали в случае поверхностного легирования в порошковых смесях, содеркащих Na; установлены зависимости между условиями поверхностного легирования в порошковых смесях Si,- SlOg-Gr 23~ ^аї¹ и скоростью процесса, структурой, пористостью, химическим составом и коррозионными свойствами формирующихся слоев, показана перспективность применения никельсилицидшх слоев в качестве покрытий, стойких в окислительных коррозионных средах, например, в кипящей 72Jg HN Од.

Практическая ценность. Результаты работы показывают применимость метода термодинамических расчетов равновесий в многокомпонентных, многофазных системах для прогнозирования насыщающей способности порошковых смесей при силицировании.

Полученные экспериментальные данные позволяют определить условия поверхностного легирования стали и никеля кремнием, при которых формируются слои, обладающие высокими коррозионными свойствами. Впервые получены однофазные никельсилицидные ( Nu3iSlj2^ слои, имеющие превосходную коррозионную стойкость в кипящих растворах азотной кислоты. Металлы и сплавы с таким никельсилицидным покрытием могут составить новый класс кислотоупорных материалов.

5.

Апробация. Результаты работы были доложены на Ш Всесоюзном совещании "Высокотемпературные физино-химические процессы на границе раздела твердое тело-газ" (г.Звенигород,1989г.) и на Конференции молодых ученых химфака МГУ (г.Москва, 1991г.).

Публикации. Основное содержание работы изложено в 5 статьях.

Щ зашиту выносятся;

1. Зависимость между насыщавшей способностью, порошковых смесей и термодинамикой протекающих в них реакций.

2. Зависимость между составом порошковых смесей и структурой, скоростью образования, пористостью и химическим составом формирующихся слоев.

3. Химические реакции, протекающие на поверхности стали при поверхностном легировании в порошковых смесях, содержащих фтористый активатор.

4. Коррозионные свойства слоев, формирующихся при поверхностном легировании стали и никеля в кремнийсодержащих порошковых смесях.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 203стр. мапшнописного текста; состоит из введения, шести глав, включающих литературный обзор, экспериментальную часть и обсуждение результатов; выводов и списка литературы. Работа иллюстрирована 46 рисунками и 14 таблицами. Список литературы состоит из 176 ссылок на работы отечественных и зарубежных авторов.