Технічні науки / Металургія

Середа Б.П., Грицай В.П., Іванов В.І., Ошур Н.В., Моісейко Ю.В.

Запорізька державна інженерна академія

ПРО НАНЕСЕННЯ СВС-ПОКРИТТІЙ ЗА НЕІЗОТЕРМІЧНИХ УМОВ

Однокомпонентні покриття поверхонь виробів не можуть забезпечити необхідний комплекс властивостей матеріалів, наприклад, зносостійкість у поєднанні з корозійною стійкістю та жаростійкістю. Тому необхідним є створення керованих процесів насичення поверхні одночасно двома або трьома легуючими елементами, які вводять у певних співвідношеннях.

Для аналізу процесів нанесення боридних покриттів за умов саморозповсюджуючого високотемпературного синтезу (СВС) використовували програмну систему ІПМ НАНУ, що складається з інформаційного фонду, який містить дані про термодинамічні властивості індивідуальних речовин і комплексу програм, за допомогою яких здійснюють розрахунки параметрів рівноважного стану багатокомпонентних хімічно реагуючих систем.

Досліджували можливість нанесення покриттів за неізотермічних умов. Склад насичуючої суміші вибирали за стехіометричним співвідношеннях. Застосовували суміші порошків оксидів алюмінію та хрому (II), алюмінію, технічного бору без додавань і з додаванням порошків міді, нікелю та перехідних металів, а також порошків газотранспортних агентів (носіїв). При цьому суттєвими, як свідчать дослідження, є хімічні транспортні реакції, реалізація яких у порошкових сумішах пов’язана з наявністю транспортних носіїв і градієнтів температури. Використання хімічної транспортної реакції засноване на протіканні оборотної реакції типу [1]:

, (1)

де М - елемент, що наноситься; Г_n - галоген; МГ_m - летючий галогенид.

Для перенесення й осадження елементу М небходимою є наявність зрушення рівноваги реакції (1) у відповідну сторону, при цьому елемент і вироб знаходяться за різних температурних умов.

Як показав аналіз розрахункових даних, одержаних на ПЕОМ, у зоні прогрівання хвилі горіння під час борування за умов СВС протікають три типи реакцій: теплового самозаймання, хімічні транспортні й обміну з підложкою.

Реакцію теплового самозаймання відносять до реакцій відновлення оксидів металів, зокрема оксиду хрому

(2)

За рахунок основної твердофазової реакції між елементами М і N фронт горіння розповсюджується по порошковій суміші. Присутність галогену під час борування за умов СВС обумовлює протікання у зоні прогрівання реакції (2).

Досліджували нанесення покриттів за умов СВС із застосуванням різних газотранспортних агентів - фторидів натрію й алюмінію.

У разі використання фториду алюмінію спостерігали реакцію:

(3)

Піж час використання фториду натрію мають місце такі хімічні реакції:

(4)

(5)

(6)

(7)

Встановлено, що у разі використання фториду алюмінію фториди бору починають утворюватися за нижчої температури процесу та їх кількість значно більше, ніж під час застосування фториду натрію.

Газоподібні продукти, взаємодіючи з елементами порошкової системи (бор, алюміній, хром) переводять їх у газову фазу: BF, BF₂, BF₃, CrF₂, CrF₃ і ін.). Досягши температури 1300 К, фаза BF₃ частково дисоціює, а частково взаємодіє з нагрітою поверхнею заліза з утворенням атомарного бору:

(8)

(9)

За температури вище 600 К частка фази, що конденсує, починає зростати, тоді як кількість газової фази не змінюється. Це дозволяє припустити, що в температурному інтервалі 600…1600 К відбуваються реакції з виділенням фази, що конденсує, але без змінювання кількості молів газу, тобто має місце наявність наступної кінетичної схеми реакцій обміну з підложкою:

(10)

(11)

Проведені розрахунки та їх аналіз дозволяють одержати інформацію про механізм нанесення покриттів за умов СВС, а застосування програмного аналізу - виконати об’єктивну оцінку складу порошкових систем для регулювання даного процесу.