Кинетика и механизм жидкофазного взаимодействия карбидосталей со стальной основой

Цель. Разработать математическую модель взаимодействия покрытия из карбидостали со стальной основой в условиях образования жидкой фазы.

Методы. Среднее значение величины переходной зоны экспериментально определялось на приборе ПМТ-3. Величину переходной зоны в слое карбидостали определяли на рентгеновском микроанализаторе "МАР-2".

Результаты. Разработана математическая модель взаимодействия покрытия из карбидостали со стальной основой в условиях образования жидкой фазы. Установлено, что распределение углерода в переходной зоне слоя карбидостали (𝛿_𝐿) и стальной основы (𝛿_𝑆) описывается экспоненциальной зависимостью, а приведенная методика позволяет с высокой точностью спрогнозировать величину переходной зоны, что подтверждает следствие теории о том, что при нанесении слоя на основу с меньшим содержанием углерода ширина переходной зоны будет больше, а скорость плавления основы меньше. Установлена высокая прочность сцепления покрытий с основой после вакуумного спекания (для карбидостали состава 10% TiC, ост. сталь Х6В3М – 116 МПа; для карбидостали состава 40% TiC, ост. сталь Х6В3М – 131 МПа; для карбидостали состава 40% TiC, ост. сталь Х12М – 220 МПа), что в совокупности с их высокими физико-механическими свойствами позволяет рекомендовать метод плазменного напыления покрытий из карбидосталей для восстановления изношенных поверхностей деталей и инструмента различного назначения.

Заключение. Разработанная математическая модель позволяет рассчитать величину промежуточного слоя, а также коэффициенты диффузии углерода в жидкой фазе и в стальной основе.

1. Хасуй А., Моригаки О. Наплавка и напыление: пер. с яп. М.: Машиностроение, 1985. 240 с.

2. Газотермическое напыление композиционных порошков / А. Я. Кулик, Ю. С. Борисов, А. С. Мнухин, М. Д. Никитин. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1985. 199 с.

3. Харламов Ю. А. Состояние и современные тенденции развития детонационно-газового метода нанесения покрытий // Защитные покрытия на металле. 1986. № 20. С. 17–20.

4. Борисов Ю. С., Борисова А. Л. Плазменные порошковые покрытия. Киев: Техника, 1986. 223 с.

5. Линник В. А., Пекшев П. Ю. Современная техника газотермического нанесения покрытий. М.: Машиностроение, 1985. 128 с.

6. Cosnahan T., Watt A., Assender H. Surface and coatings technology modelling of a vacuum metallization // Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 336. P. 128–132.

7. Johnson R. N., Sheldon G. Z. Advances in the electrospark deposition coating process // Z. Vac. Sci. and technol. 1986. A. 4. N 6. Р. 2740–2746.

8. Закономерности формирования покрытий в вакууме / В. А. Барвинок, В. И. Богданович, Б. С. Митин, Г. В. Бобров // Физика и химия обработки материалов. 1986. № 5. С. 92–97.

9. Дорожкин Н. Н., Абрамович Т. М., Ярошева В. К. Импульсные методы нанесения порошковых покрытий. Минск: Наука и техника, 1985. 279 с.

10. Гуревич Ю. Г., Нарва В. К., Фраге Н. Карбидостали. М.: Металлургия, 1988. 141 с.

11. Кафаров В. В. Основы массопередачи. М.: Высшая школа, 1962. 215 с.

12. Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. М.: Наука, 1967. 192 с.

13. Эккерт Э. Р., Дрейк Р. М. Теория тепло- и массообмена. М.: Госэнергоиздат, 1961. 134 с.

14. Криштал М. А. Механизм диффузии в железных сплавах. М.: Металлургия, 1972. 400 с.

15. Nomura H., Mori K. The rate of dissolution iron into liquid Fe-C alloy // Tetsu-to-Hagane. 1969. Vol. 55, no. 13. P. 1134–1141.

16. Кирюханцев-Корнеев Ф. В., Шевейко А. Н. Особенности измерения твердости тонких функциональных покрытий методами склерометрии, микро- и наноиндентирования // Физикохимия поверхности и защита материалов. 2018. Т. 54, № 5. С. 514–520.

17. Перспективы применения технологии лазерной наплавки для восстановления роликов машин непрерывного литья заготовок / А. В. Макаров, А. Е. Кудряшов, С. В. Невежин, А. С. Герасимов, А. А. Владимиров, Н. Е. Авдеева // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. 2020. № 7. С. 108–118.

18. Перспективы применения поверхностного пластического деформирования для снижения шероховатости поверхностей деталей прокатных станов, упрочненных СВС-электродными материалами / А. В. Макаров, А. П. Титова, А. Н. Афонин, А. Е. Кудряшов, А. А. Владимиров // Вестник Брянского государственного технического университета. 2020. № 8 (93). С. 4–12.

19. Перспективы применения технологии электроискрового легирования и СВС-электродных материалов для повышения стойкости прокатных валков / А. Е. Кудряшов, Е. А. Левашов, Н. И. Репников, А. В. Макаров // Нанотехнологии: наука и производство. 2018. № 2. С. 63–66.

20. Кудряшов А. Е. Анализ современных методов обработки поверхности и электроискровой обработки // Нанотехнологии: наука и производство. 2017. № 4. С. 67–75.

21. Перспективы применения электродных СВС-материалов и технологии электроискрового легирования для упрочнения прокатных валков / А. Е. Кудряшов, О. Н. Доронин, Е. И. Замулаева, Е. А. Левашов, Н. В. Швындина // Черные металлы. 2013. № 10 (982). С. 61–69.

22. Получение и свойства износостойких комбинированных PVD/CVD-покрытий на твердосплавном инструменте / И. В. Блинков, В. Н. Аникин, Р. В. Кратохвил, М. И. Петржик, Ю. Михальски, А. Наконечны // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2010. № 1. С. 37–43.

23. Оценка термической стабильности многослойных наноструктурных покрытий на основе анализа диффузионной подвижности компонентов слоев / А. О. Волхонский, И. В. Блинков, Ю. В. Левинский, Е. А. Скрылева // Известия высших учебных заведений. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2016. № 4. С. 86–93.

24. Наноструктурные керамикометаллические покрытия, полученные ионноплазменным вакуумнодуговым методом / И. В. Блинков, Д. С. Белов, А. О. Волхонский, А. В. Черногор, В. С. Сергевнин // Вакуумная техника и технология. 2019. Т. 29, № 3. С. 35–37.

25. Нанесение покрытий из карбидосталей на стальную основу методом плазменного напыления / В. К. Нарва, Ж. В. Еремеева, В. В. Гомжин, Н. И. Волгина // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2023. Т. 13, № 3. С. 61–73.