Формирование металлофуллеренового поверхностного слоя с целью пассивации поверхности в углеродистых сталях

• Автор: Габдуллина, Миляуша Рифгатовна
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 104 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Содержание
Введение

1 Образование фуллереновых комплексов в структуре

железоуглеродистых сплавов

1.1 Способы изменения свойств поверхностных слоев

1.2 Углерод в железоуглеродистых сплавах

1.3 Фуллерены

1.4 Механизм образования фуллереновых комплексов

при диффузионных процессах в структуре металла

1.5 Механизм движения фуллереновых структур вглубь металла
1.6 Влияние фуллереновых комплексов на свойства сталей
1.6.1 Влияние фуллереновых комплексов на механические
свойства железоуглеродистых сплавов
1.6.2 Пассивация железоуглеродистых сплавов при
диффузионном насыщении углеродом поверхностных слоев
Выводы по первой главе
2 Объекты исследования и оборудование
2.1 Объект исследования
2.2 Материалы и оборудование, методика экспериментов
2.2.1 Методика получения металлофуллеренового поверхностного слоя
2.2.2 Характеристика карбюризатора
2.2.3 Электрическая муфельная печь
2.2.4 ИК-Фурье спектрометр
2.2.5 Весы аналитические
2.2.6 Миктротвердомер ПМТ - ЗМ
2.2.7 Гравиметрический метод измерения скорости коррозии.
2.2.8 Потенциостат IPC - Pro М
2.2.9 Растровый электронный микроскоп
2.3 Определение погрешности прямых измерений

Выводы по второй главе
3 Модифицирование поверхности стальных образцов с целью
созданию металлофуллеренового поверхностного слоя
3.1 Влияние процесса модифицирования на распределение
углерода по толщине образца
3.2 Влияние процесса модифицирования на распределение
микротвердости по толщине образца
3.3 Влияние процесса модифицирования на концентрацию
фуллереновых комплексов по толщине образца
Выводы по третьей главе
4 Влияния фуллереновых комплексов на пассивность поверхностного
слоя стали 20 на примере гравиметрических коррозионных исследований
4.1 Влияние фуллереновых комплексов на химизм процесса коррозии
4.2 Изменение коррозионной стойкости стали 20 до и после науглероживания в среде нефтяного пека в концентрированной
серной кислоте
4.3 Изменение коррозионной стойкости стали 20 после науглероживания
в среде нефтяного пека в концентрированной плавиковой кислоте
Выводы по четвертой главе
5 Влияния фуллеренов на пассивность металлофуллеренового слоя стали
на примере потенциодинамических коррозионных исследований
Выводы по пятой главе
Основные выводы и результаты
Список источников

ВВЕДЕНИЕ
Состояние поверхности определяют многие эксплуатационные свойства изделий машиностроения. Как известно, процессы разрушения зарождаются и развиваются на поверхности деталей и машин, тем самым определяя их долговечность. В тоже время, поверхность изделия контактирует со средой и подвергается коррозионному и эрозионному износу. В связи с этим, ведутся интенсивные исследования, направленные на повышение долговечности поверхностных слоев. В основном реализуется два подхода: создание покрытий с особыми свойствами и модифицирование поверхностных слоев. В этом направлении проведен большой объем исследований, который изложен в трудах Лазаренко Б.Р., Лазаренко Н.И., Лахтина Ю.М., Когана Я.Д., Ломаевой С.Ф., Минкевича А.Н., Бойко В.И., Козлова Л.Я., Лэнгмюра И., Алесковского
В.Б., Койфмана О.И., Свитцова В.И., Решетникова С.М. Банных O.A., Бернса X., Бушера Р., Гаврилюка В.Г., Гойхенберга Ю.Н., Роуэрза Д., Рашева Ц., Терво Ж., Алехина В.П., Панина В.Е., Тушинского Л.И., Смыслова А.М., Мухина B.C. и др.
Модифицирование поверхностных слоев в ряде случаев процесс более технологичный для реализации на объектах с протяженной поверхностью. В связи с этим необходимо рассмотреть закономерности модифицирования поверхностных слоев на наноуровне формирования структуры конструкционных материалов. На эффективность этого направления указывают исследования Кузеева И.Р., Закирничной М.М.[1], Ткаченко
О.И.[94], Годовского Д.А., Поповой С.В.[2] и др. Которые показали, что при определенных условиях модифицирования поверхностных слоев сталей и чугунов образуются фуллерены, которые существенно влияют на изменение механических свойств материала.
Известны работы Целуйкина В.H., Неверной О.Г., Сюгаева A.B., Ломаевой С.Ф., Решетникова С.М., где внедрение фуллеренов приводит к пассивации поверхности[4,5]. В исследованиях Кузеева И.Р., Поповой С.В.

В своих трудах Любченко А.П. говорится о том, что зародышами формирования графитовых включений являются фуллерены. Высказано предположение, что сведения о фуллеренах позволяют найти недостающее звено гипотезы о механизме формирования шаровидного графита в модифицированных чугунах. По их мнению, они реально существуют некоторое время на молекулярном уровне - в начальные моменты процесса кристаллизации графита. При кристаллизации серых немодифицированных чугунов образующиеся молекулы фуллеренов являются неустойчивыми: даже достигнув критического размера зародыша, они не получают шаровидного развития и регрессируют в термодинамически устойчивую модификацию кристалла графита - пластину, ограненную плоскостью.
Наличие в сплаве модификатора, поверхностно-активного по отношению к графиту (1^, Се, У и т.п.) может сделать молекулу фуллерена устойчивым зародышем кристалла графита. За счет повышенной насыщенности микроскопических фуллеренов поверхностно-активным модификатором возникает ядро зерна графита, обнаруживаемое при радиоактивном и тонкоструктурном исследованиях. В результате автор [10] делает вывод, что фуллерены в чугунах могут являться зародышами графитовой фазы, но в немодифицированных чугунах они неустойчивы и превращаются в пластины, а в модифицированных - устойчивы и инициируют формирование шаровидных графитовых образований в сплаве, а всему материалу за счет этого придают высокопрочные свойства[1].
В работах [2,65] проведены исследования показывающие значительное влияния металлофуллеренового слоя, полученного в среде нефтяного пека и карбоната бария, на трибологические и антикоррозионные свойства стали 20.
В результате механических испытаний, установлено, что модифицирование в среде нефтяного пека приводит к увеличению прочности и предела текучести металлических образцов с некоторым уменьшением