Применение азотированных порошков на основе железа для получения функциональных материалов и порошковых сталей

• Автор: Юровских, Артем Сергеевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 152 с. : ил.

1. АЗОТ КАК ЛЕГИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ В СТАЛЯХ АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Система железоазот.

1.1.1 Диаграмма состояния РеЫ

1.1.2 Гермодинамика системы РеГ. Растворимость азота в стали

1.1.3 Образование нитридных слоев в системе РеИ при азотировании

1.1.4 Особенности фазовых превращений и стабильность нитридных фаз в системе РеП при нагреве. Эволюция структуры и фазового состава нитридных слоев

1.2 Фазовые превращения в системах РеЛЭК.

1.2.1 Влияние легирующих элементов на растворимость азота. Нитриды легирующих элементов

1.2.2 Система РеСЫ.

1.2.3 Системы РеСгЫ, РеСгЫьЫ, РеМЫ.

1.2.4 Особенности формирования нитридных слоев в системах РеМеЫ

1.3 Постановка задачи исследования.
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.
2.1 Исследуемые материалы
2.2 Режимы компактирования и спекания порошковых образцов
2.3 Режимы плазменного напыления азотированных порошков
2.4 Методики исследований
3. СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ АЗОТИРОВАННЫХ ПОРОШКОВ
3.1 Исследование структуры, фазового и химического состава порошков после азотирования в виброкипящем слое.
3.1.1 Порошки системы РсИ.
3.1.2 Порошки системы РеСА1СгЫ.
3.2 Эволюция фазового состава азотированных порошков при нагреве в различных атмосферах.
3.2.1 Порошки системы РеХт
3.2.2 Порошки системы РеСА1Сг4Ч
3.3 Выводы.
4. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ КОМПАКТИРОВАНИЯ И СПЕКАНИЯ АЗОТИРОВАННЫХ ПОРОШКОВ.
4.1 Высокоазотистые стали и порошковая металлургия.
4.2 Исследование компактированных заготовок
4.3 Исследование структуры, фазового состава и свойств спеченных образцов.
4.3.1 Спекание в инертных атмосферах аргон, гелий.
4.3.2 Спекание в насыщающей атмосфере азотного защитного газа АЗГ.
4.3 Выводы
5. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ ИЗ ВЫСОКОАЗОТИСТОГО ПОРОШКОВОГО МАТЕРИАЛА
5.1 Процесс формирования плазменного покрытия.
5.2 Структура и фазовый состав плазменных покрытий из азотсодержащего порошкового материала системы РеС2Сг4АЫ.
5.3 Коррозионное поведение плазменных покрытий из азотсодержащего порошкового материала системы РеСА1СгЫ
5.4 Примеры использования высокоазотистых порошковых материалов в практике ремонта деталей оборудования плазменным напылением покрытий.
5.5 Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ


Решетку афазы можно рассматривать как повторяющееся расположение расширенных имеющих атом азота в центральном междоузлии и сжатых с незанятым центральным октаэдрическим междоузлием ГЦК подрешеток железа рис. Учитывая, что атомы железа в у нитриде образуют ГЦК подрешетку с атомом азота на позиции Уз,Уз,Уз, структуру афазы можно рассматривать как искаженную вследствие удаления атомов азота с определенных позиций решетку уРе1 нитрида. Данный факт позволяет считать афазу промежуточной между амартенситом и уРе4Ы нитридом. Рис. Как и азотистый мартенсит, аРеб фаза ферромагнитна во всем диапазоне своего существования и обладает наибольшим среди всех известных материалов значением намагниченности насыщения 2,4. Тл . Наибольшим диапазоном гомогенности в системе железоазот, от до ат. Ы, обладает енитрид переменного состава РегзИ. Основой его кристаллического строения является ГПУ решетку железа, в которой атомы азота, упорядоченно располагаясь в октаэдрических порах, образуют подрешетку типа алмаза. Экспериментальные данные по периодам решетки приведены на рис. Установлено , что параметры решетки енитрида сильно зависят от содержания азота и степени упорядочения, ефаза ферромагнитна положение точки Кюри сильно зависит от содержания азота и меняется от 2С для состава з до 4С при приближении к составу РегМ. Рис. Дальнейшее увеличение содержания азота в ефазе приводит к формированию нитрида РегИ со стехиометрическим составом Ре,2 ат. Данный нитрид имеет орторомбическую решетку с упорядоченным расположением атомов азота на позициях внедрения рис. Большее количество атомов азота вызывает сдвиг атомов железа, приводящий к увеличению параметров ячейки Ь и с при одновременном уменьшении параметра а , . Последние исследования системы железоазот показывают теоретическую возможность образования высших нитридов железа типа РсЫ стехиометрического состава с содержанием ат. Возможно образование двух нитридов с одинаковым составом, но разной конфигурацией размещения атомов в подрешетке железа. РеЫ нитрид соответствует структурному типу с четырьмя атомами азота на позициях тетраэдрических междоузлий. Структура уРеЫ соответствует типу ЫаС1 с расположением атомов азота на серединах ребер ГЦК ячейки железа. Рис. Существование нитрида уРеЫ было экспериментально подтверждено в работе для случая окисления монофазных нитридных слоев. Кроме того, в работе сообщается в возможности образования нитрида с еще более высоким содержанием азота, РезМ4, с кристаллической структурой по типу шпинели и слабым ферромагнитным характером. Однако существование этой фазы экспериментально не подтверждено. В таблице 1. Таблица 1. Фаза Содержание азота, ат. Термодинамика системы Ре1Ч. Вероятность образования и существования азотсодержащих соединений в сталях оценивают с помощью методов химической термодинамики, изучающих изменение величин энергии химических реакций и фазовых превращений, а гак же их зависимость от температуры и давления. Сопоставление данных об относительной термодинамической устойчивости фаз с учетом химического состава позволяют предсказать пределы их устойчивости, а так же возможность их присутствия в рассматриваемой системе. Основным критерием оценки возможности существования гой или иной фазы служит зависимость изменения стандартной энергии Гиббса ДО0 от температуры. Существование соединения считается невозможным при Ав0 0. ЯГпЫ, 1. Па . Равновесному распределению азота между фазами соответствуют равные значения химических потенциалов, т. V , либо, учитывая отсутствие изменения энергии в условиях равновесия, 0. Мы 1. Среди всех фаз диаграммы только ограниченные твердые растворы с относительно низким содержанием азота могут находиться в равновесии с молекулярным газообразным азотом 2. Для получения остальных фаз используется равновесие твердого раствора с диссоциированным аммиаком, что соответствует очень большим равновесным давлениям газообразного 2 ввиду значительного увеличения коэффициента активности летучести азота. С растворить в решетке значительные количества азога при нормальном давлении не представляется возможным. Данный факт объясняет незавершенность диаграммы в области высоких температур и содержаний азота рис.