Разработка и освоение технологии плазмометаллургического производства карбида кремния с использованием микрокремнезема для композиционного никелирования и хромирования

• Автор: Полях, Ольга Анатольевна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 180 с. : ил.

Содержание
Введение.

1 Современное состояние, перспективы производства и использования

Л карбида кремния для композиционного никелирования и хромирования

1.1 Физикохимические свойства и области применения карбида кремния.

1.2 Карбид кремния для технологии композиционных электрохимических покрытий КЭП

1.2.1 Композиционные электрохимические покрытия с высокодисперсными порошками

1.2.2 Требования к материалам упрочняющей фазы для КЭП.

1.2.3 Целесообразность применения карбида кремния в процессе композиционного электроосаждения.

1.2.4 Способы получения порошков карбида кремния.

1.2.5 Анализ современного состояния производства и выбор рационального способа получения карбида кремния для
технологии КЭП.
1.3 Выбор кремнеземсодержащих сырьевых материалов для производства высокодисперсного карбида кремния
1.3.1 Основные характеристики высокодисперсных кремнеземсодержащих материалов.
1.3.2 Практика и перспективы использования микрокремнезема в восстановительных процессах
1.4 Выводы и постановка задачи.
2 Анализ условий образования и физикохимическая аттестация микрокремнезема
2.1 Условия образования микрокремнезема
2.2 Физикохимическая аттестация микрокремнезема, образующегося
Л при производстве кремния и высококремнистых ферросплавов
2.2.1 Определение фазового состава.
2.2.2 Определение химического состава
2.2.3 Определение дисперсности и морфологии частиц
2.3 Выводы.
3 Исследование и оптимизация гидродинамических и теплотехнических характеристик реактора для плазмомсталлургичсского производства карбида кремния
3.1 Выбор аппаратурного оформления плазмомегаллургичсского способа производства карбида кремния
3.1.1 Способы реализации плазменных процессов переработки
Ш дисперсного сырья
3.1.2 Особенности теплообмена в многоструйном реакторе.
3.2 Совершенствование конструкции трехструйного прямоточного реактора
3.2.1 Оптимизация геометрических характеристик рабочего пространства камеры смешения.
3.2.2 Организация тепловой защиты реактора и оценка ее эффективности
3.2.3 Исследование теплообмена в канале теплоизолированного реактора.
3.3 Выводы
4 Теоретические и экспериментальные исследования процесса получения карбида кремния.
4.1 Теоретические основы плазмометаллургического получения карбида кремния.
4.1.1 Термодинамический анализ процессов карбидообразования
4.1.1.1 Термодинамика высокотемпературных процессов пиролиза углеводородов и получение восстановительных газов в системах СНН, СНОЫ
4.1.1.2 Термодинамика высокотемпературных взаимодействий в системе БиОСНЫ.
4.1.1.3 Эффективность восстановления и карбидизации в системе 0СН.
4.1.2 Кинетический анализ процессов карбидообразования
4.1.2.1 Макрокинетика процессов плазменного пиролиза углеводородов .
4.1.2.2 Макрокинетика процессов плазмометаллургического восстановления оксидсодержащего сырья.
4.2 Экспериментальные исследования процесса плазмометаллургического производства карбида кремния
4.2.1 Плазмотсхнологический модуль для плазмомсталлургического производства карбида кремния.
4.2.2 Методика исследований.
4.2.3 Исследования свойств конденсированных и газообразных продуктов
4.2.4 Определение параметров процесса получения карбида кремния
4.2.5 Идентификация продуктов синтеза
4.2.6 Закономерности плазмометаллургического производства карбида кремния.
4.3 Выводы
5 Исследование свойств и оценка эффективности применения карбида кремния в процессе композиционного элсктроосаждения
5.1 Способы направленного формирования специальных свойств карбида кремния
5.1.1 Формирование специальных свойств, связанных с состоянием поверхности.
5.1.2 Тсрмоокислитсльная устойчивость и коррозионная стойкость в растворах электролитов
5.2 Оценка эффективности использования карбида кремния в КЭП
5.3 Выводы.
6 Освоение технологии плазмометаллургического производства карбида
кремния.
6.1 Освоение технологии плазмометаллургического получения
карбида кремния и разработка научнотехнической документации
6.2 Разработка аппаратурнотехнологической схемы плазмометаллургического производства карбида кремния
6.2.1 Обоснование аппаратурнотехнологической схемы экологически чистого варианта плазмометаллургического производства карбида кремния.
6.2.2 Проектирование и реализация аппаратурнотехнологической схемы экологически чистого варианта плазмометаллургического производства карбида кремния
6.3 Выводы.
Выводы.
Список использованных источников


При диффузионном методе крупность порошка диффундирующего элемента не входит в число факторов, определяющих характеристики покрытия 4. Плазменное напыление осуществляется конденсированными частицами крупностью 0 мкм 3. При осаждении защитных и декоративных покрытий электрофоретическим методом предпочтение отдается микропорошкам с размером частиц мкм 5. И лишь при реализации электрохимического метода, позволяющего повысить эксплуатационные свойства обычных гальванических покрытий на основе никеля, железа, хрома, меди и других металлов за счет введения упрочняющей фазы, прослеживается четкая тенденция к необходимости повышения дисперсности последней . Композиционные электрохимические покрытия получают при соосаждении металлов и дисперсных частиц из электролитовсуспензий под действием электрического тока. Упрочняющая фаза, средний размер частиц которой соизмерим с размером зерна металлической матрицы покрытия составляющим обычно 5 мкм, заметно повышает твердость, износостойкость и антифрикционные свойства КЭП на основе металлов группы железа и некоторых легкоплавких сплавов. Однако она не улучшает прочностные характеристики покрытия, снижает их сопротивление к коррозионному разрушению, ухудшает жаростойкость и высокотемпературную прочность. Это обусловлено неоднородной деформацией КЭП в результате неравномерного распределения частиц размером более 1 мкм и образования вокруг них пластических зон, а также повышенной пористостью композиционных осадков и водородной хрупкостью . Этот метод нанесения покрытий не обеспечивает повышенных характеристик упрочненных поверхностей, работающих в особо жестких условиях, но, вследствие своей простоты, надежности и экономичности, является широко применяемым. Основными факторами, обусловливающими качество и срок службы локально упрочненных деталей и изделий, являются свойства композиционного слоя и прочность сцепления его с основным материалом. Характеристики КЭП определяются, главным образом, свойствами и содержанием исходных материалов в композиции. Основной предпосылкой для получения заданных характеристик покрытия и стабильности его эксплуатационных качеств является обеспечение равномерного распределения частиц второй фазы, которое может быть достигнуто путем увеличения дисперсности упрочняющего материала. Недостаточная адгезия композиционного слоя и основного материала является существенным недостатком электрохимического метода нанесения покрытий. Структурный эффект. Высокодисперсные частицы обусловливают тонкое строение покрытия, уменьшение его пористости и трещиноватости, закономерным следствием подобной структуры является улучшение свойств композиции, в частности, повышение твердости и сопротивления износу и коррозии. Увеличение твердости связано с высокой эффективностью ультрамалых частиц как барьеров распространения дислокаций. Увеличение износостойкости покрытия связано с устранением в структуре слоя возбудителей местной концентрации напряжений микротрещин, присутствующих в значительных количествах в чистых хромовых слоях . Распространению трещин препятствуют также области композиционного роста осадка увеличение их приводит к повышению износостойкости материала. Процесс износа в данном случае заключается в упругом оттеснении поверхностных слоев матрицы. Присутствие в ней высокодисперсных частиц, приводящих к формированию ячеистой субструктуры и затрудняющих перемещение дислокаций, дополнительно упрочняет поверхностные слои материала. Включения ультрамалых частиц в никелевые и хромовые покрытия повышают комплекс эксплуатационных свойств стойкость против коррозии, жаростойкости, сопротивления износу. В случае применения высокодиспсрсных порошков образуются практически бсспористые композиционные слои, обеспечивающие высокие защитные свойства и улучшенный микрорельеф поверхности. Концентрационный эффект. Насыщение покрытия высокодисперсными частицами происходит при меньшем их массовом содержании в осажденном слое и концентрации в электролите содержание наполнителя в металлической матрице снижается в 1, раза, а концентрация его в электролите в 8 раз .