Введение к работе
Актуальность темы
Одной из основных задач материаловедения является создание новых материалов с высокими показателями коррозионной и жаростойкости. Обеспечение этих свойств может быть достигнуто формированием защитных покрытий или модифицированием поверхностного слоя (ПС).
Электроискровым методом, разработанным в 1943 году выдающимися учеными Б.Р. и Н.И. Лазаренко, возможно формирование устойчивых к внешним физическим и химическим воздействиям покрытий различной толщины, состава и, соответственно, свойств, которые могут изменяться в широком диапазоне. Выбранный метод отличает низкая энергоемкость процесса, мобильность установок и возможность локального формирования покрытий.
Широкому использованию метода ЭИЛ препятствуют шероховатость и пористость легированного слоя (ЛС), которые связаны с тем, что легирование происходит на воздухе с окислением продуктов эрозии и хрупким разрушением ЛС. Несмотря на это, работами А.Е. Гитлевича, В.В. Михайлова, СМ. Решетникова и др. по изучению свойств электроискровых покрытий установлена их коррозионная стойкость на некоторых металлах и сплавах. Однако влияние свойств электродов на жаро- и коррозионные свойства покрытий изучены недостаточно, что не позволяет обоснованно осуществлять выбор электродов для ЭИЛ.
Научный и практический интерес представляет использование в качестве легирующих материалов жаростойких хромоникелевых сталей и сплавов, характеризующихся слабым взаимодействием с кислородом воздуха, способностью образовывать неограниченно твердые растворы (НТР) с материалом подложки, что, возможно, позволит улучшить качества ЛС. Можно предположить, что ПС, сформированный этими электродами, должен обладать антикоррозионными свойствами и жаростойкостью. В литературе отсутствуют данные по применению этих материалов для ЭИЛ.
Цель работы
Целью диссертационной работы являлось исследование процесса формирования и свойств электроискровых покрытий на стали 45 хромоникелевыми сталями и сплавами при создания жаро- и коррозионностойких покрытий.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
-
Исследовать условия формирования электроискровых покрытий с использованием анодных материалов: хрома, никеля и хромоникелевых сплавов.
-
Исследовать фазовый и химический состав измененного поверхностного слоя (ИПС), его макро- и микроструктуру для обоснования свойств сформированных покрытий.
-
Установить и обосновав Ш^ЧШ^^/\Ш№ЯК^СГЯ,1Я и свойств анодных материалов на защитные свойства покдовдйДОЕКА
С«
9»
4. Определить и обосновать критерии выбора материала легирующего электрода для создания жаро- и коррозионностойких покрытий.
Работа выполнялась в рамках Федеральной программы "Дальний Восток России в 1996-2000 г.г." по темам "Разработка и внедрение на предприятиях Дальневосточного региона наукоемких технологий обработки материалов с использованием высококонцентрированных источников энергии и вещества" и "Разработка научных основ и высоких технологий создания покрытий методом ЭИЛ" (№ гос. регистрации 01.9. 60001426).
Научная новизна
-
Впервые проведены систематические исследования процесса электроискрового поверхностного легирования стали 45 хромоникелевыми сталями и сплавами и обоснована зависимость жаро- и коррозионных свойств от состава легирующих материалов.
-
Предложен критерий выбора материала электрода для ЭИЛ, согласно которому наилучшие условия формирования ПС с высоким уровнем заданных свойств достигаются при определенных соотношениях хрома и никеля в анодных материалах (сталях и сплавах), способных образовывать НТР со сталью 45.
-
Защитные свойства жаростойких хромоникелевых покрытий определяются формируемой аустенитной структурой, способной к образованию на поверхности смешанных оксидов на основе легирующих элементов в виде шпинели.
-
Установлено и научно обосновано, что наиболее коррозионностойкие защитные покрытия образуются при двухслойном легировании, в котором первый слой - хромоникелевый сплав, а второй - чистый металл (хром или никель), которые обеспечивают:
а) максимальную толщину и сплошность ЛС, что ограничивает доступ
деполяризатора к материалу основы;
б) образование аустенитной структуры, что повышает защитные свойства
электроискровых покрытий.
Практическая значимость
1. Итогом научного исследования является обоснование возможности ис
пользования хромоникелевых сталей и сплавов для нанесения локальных элек
троискровых покрытий с повышенной стойкостью к воздействию окислителей
при высоких температурах на основе жаростойкости анодных материалов.
-
Поверхностное легирование хромоникелевыми сталями и сплавами обеспечивает коррозионную стойкость поверхности металлических конструкций в условиях агрессивной техногенной среды.
-
Разработаны рекомендации к использованию двухслойных покрытий, сформированных методом ЭИЛ, для повышения коррозионной стойкости валов водяных насосов системы охлаждения автомобилей ГАЗ-53, УАЗ-31512, М-412.
Основные положения, выносимые на защиту
-
Результаты исследования влияния физико-химических свойств хромо-никелевых сплавов, в том числе подверженность их окислению при высоких температурах в воздушной среде, на свойства покрытий стали 45, сформированных методом ЭИЛ.
-
Коррозионностойкие покрытия на стали 45, сформированные методом двухслойного ЭИЛ, где для первого слоя используется хромоникелевый сплав Х20Н80Н, для второго слоя - никель, устойчивы в водных агрессивных средах.
-
Жаростойкость покрытий на стали 45 сплавом Х20Н80Н, обоснована образующейся при ЭИЛ в ПС сбалансированной комбинацией легирующих элементов (Cr, Ni) в соотношении 15/40, которая способствует сохранению в условиях высоких температур защитных свойств.
3. Коэффициент коррозии электроискровых покрытий, учитывающий выбор материала легирующего электрода и способность сформированного им ЛС противостоять агрессивным средам.
Апробация результатов работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на конференциях: "Разрушение и мониторинг свойств металлов " (2001,2003 г. г. Екатеринбург); "Химия и химическое образование на рубеже веков" I Амурская межрегиональная научно-практическая конференция (2001г. г. Благовещенск); "Наука - Техника - Технологии на рубеже третьего тысячелетия". Ш Международная научно-практическая конференция (2002г. г. Находка); Всероссийский симпозиум "Химия: Фундаментальные и прикладные исследования, образование" (2002г. г. Хабаровск); Всероссийская с международным участием научно-техническая конференция "Сварка и контроль" (2001г. г. Воронеж); "Молодежь XXI века: шаг в будущее" (2002 - 2005г. г. Благовещенска); Ш научная конференция "Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование" (2002.Г. г. Благовещенск,.); Международный симпозиум "Вторые Самсоновские чтения" в 2002 г., г. Хабаровск; региональная школа - симпозиум "Физика и химия твердого тела" 2003 г. г. Благовещенск.
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 15 научных статьях и докладах.
Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и основных выводов. Общий объем работы составляет 132 страницы, включая 31 рисунок, 20 таблиц и библиографию из 170 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность второму своему научному руководителю, кандидату химических наук Луневой Вере Павловне за оказанную помощь в постановке задач исследования и экспериментов, за консультации при написании и представлении диссертационной работы к защите.
