Формирование металлофуллеренового слоя в ходе химико-термической обработки углеродистой стали

• Автор: Попова, Светлана Владимировна
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 109 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Механизмы формирования фуллеренов и фуллереноподобных материалов в структуре железоуглеродистых сплавов и их влияние на эксплуатационные свойства сплавов

1.1 Углерод и его аллотропные модификации

1.2 Механизмы формирования фуллеренов и фуллереноподобных материалов

1.3 Углерод в структуре железоуглеродистых сплавов

1.4 Влияние углерода на механические и трибологические свойства железоуглеродистых сплавов

1.5 Влияние углерода на коррозионную стойкость железоуглеродистых сплавов

1.6 Модификация структуры материалов трибологических систем Выводы по первой главе

2 Оборудование и методики исследования

2.1 Выбор и обоснование материалов для исследования

2.2 Оборудование для количественной и качественной идентификации фуллереновых комплексов
2.3 Оборудование для проведения испытаний на статическое растяжение, трехточечный изгиб и микротвердость
2.4 Оборудование для проведения испытаний на износ
2.5 Проведение испытаний на коррозионную стойкость образцов с метаплофуллерсновым слоем
2.6 Определение погрешности прямых измерений Выводы по второй главе
3 Разработка методов идентификации фуллеренов в структуре железоуглеродистых сплавов
3.1 ИКФурье спектрометрия
3.2 Высокоэффективная жидкостная хроматография Выводы по третьей главе
4 Формирование метаплофуллерснового слоя в ходе химикотермической обработки углеродистой стали
4.1 Формирование металлофуллеренового слоя в ходе химико
термической обработки углеродистой стали в среде карбоната бария
4.2 Формирование металлофуллеренового слоя в ходе химико
термической обработки углеродистой стали в среде нефтяного пека
4.3 Сравнительный анализ структуры и эксплуатационных свойств образцов углеродистой стали с метаплофуллереновым слоем, полученным по различным схемам химикотермической обработки
Выводы по четвертой главе
5 Исследование трибологических свойств железоуглеродистых сплавов с металлофуллереновым поверхностным слоем
Выводы по пятой главе
6 Оценка коррозионной стойкости образцов из стали с
металлофуллереновым поверхностным слоем
Выводы по шестой главе
Основные выводы и результаты
Список использованных источников


Однако еще несколько лет назад фуллереном (точнее бакминстер-фуллереном) называли молекулу Сбо, атомы которой располагаются на поверхности сферы в вершинах равносторонних пятиугольников и равносторонних шестиугольников. Ее радиус составляет 0,7 нм. Молекулы фуллеренов обладают высокой механической прочностью. Теоретические оценки модуля объемного сжатия для отдельной молекулы фулле-рена С6о дают величины -0-0 ГПа. У кристалла алмаза модуль объемного сжатия - 0 ГПа, т. Сбо> имеющем при обычных условиях ГЦК-решстку, модуль модуль объемного сжатия в нем составляет всего лишь ~ ГПа, т. Ценным свойством кристаллического фуллерита является возможность его структурной перестройки при повышенных температурах и давлениях с уменьшением межмолекулярного расстояния и образованием при этом прочных ковалентных связей между атомами углерода соседних молекул. При этом такой модифицированный фуллерит обладает высокой твердостью к скручивающей деформации, которая даже превышает соответствующее значение для алмаза [8]. Эндоэдральные фуллсрены. Одним из уникальных свойств молекул фуллеренов является способность заключать внутри своего углеродного каркаса атомы и молекулы. Получающиеся таким образом соединения называют эндоэдральными. В настоящее время основным аспектом исследования эндоэдральных соединений фуллеренов является изучение их свойств с точки зрения возможного применения в различных областях в качестве перспективных материалов. Среди соединений, которые обычно относят к эндоэдральным фуллерснам, выделяются две основные группы. Первая из них - эндоэдральные металло-фуллерены, содержащие внутри углеродного каркаса один или более атомов металла. К настоящему времени известно немало таких соединений с более чем двумя десятками различных атомов металла, относящихся к различным группам Периодической системы. Ко второй, значительно меньшей ipynne, относятся эндоэдральные соединения фуллеренов с атомами инертных газов и азота [2]. Эти соединения менее интересны, чем металлофуллерены, поскольку взаимодействие между эндоэдральным атомом и углеродным каркасом незначительно и получающиеся соединения не обладают новыми специфическими свойствами [2]. При синтезе фуллеренов с наибольшим выходом образуются фул-лерены Сбо и С, а доля высших фуллеренов, среди которых преобладают С и С составляет около одного процента. Однако среди монометаллофуллеренов с наибольшим выходом образуются соединения состава М@С и с меньшим выходом — близкие к нему по числу атомов углерода в молекуле. Среди диметал-лофуллеренов в наибольших количествах образуются С8о> С, С и С а зависимости от того, атомы какого металла заключены внутри молекулы. Таким образом, очевидно, что механизм образования эндодральных фуллеренов отличен от механизма образования пустых фуллеренов. Можно представить, что атом металла играет роль своеобразно матрицы, на которой происходит сборка углеродного каркаса, структура которого может отличаться от структуры пустых фуллеренов с тем же числом атомов углерода. В процессе экстракции образующихся металлофуллсренов из сажи происходит потеря некоторых из них в результате полимеризации и взаимодействия с растворителем. В- результате хроматографического разделения эндоэдральных металлофуллеренов • нередко* обнаруживается их сложный изомерный состав. Эндоэдральные металлофуллерены привлекли внимание химиков-теоретиков еще до того как были получены в макроколичествах. Квантовохимические исследования- эндоэдральных мсталлофуллеренов, содержащих атомы хметаллов третьей группы (8с, У)-и лантаноидов показали, что, во-первых, атомы металла значительно смещены от центра молекулы, а, во-вторых, наблюдается значительный перенос заряда с атомов металла на углеродный каркас. При этом потенциал ионизации эидоэдральной молекулы относительно пустого фуллерена значительно снижается, а вот сродство к электрону, несмотря-на отрицательный заряд на углеродном каркасе оказывается даже несколько выше, чем у пустой молекулы. На основе рентгеноструктурного анализа поликристаллических образцов мсталлофуллеренов были построены карты электронной плотности в исследуемых молекулах.