Формирование наноструктурированных карбидовольфрамовых слоев, стойких к коррозионному воздействию

• Автор: Душик, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. IО

1.1. Химикотсрмическая обработка

1.2. Композиционные электрохимические покрытия.

1.3. Физические методы напыления.

1.4. Газотермическое напыление твердых слоев

1.5. Наплавка, сварка, как способ формирования покрытий.

1.6. Газофазнодиффузионный метод упрочнения поверхности

1.7. Низкотемпературные газофазные методы нанесения покрытий

1.8. Износостойкость и коррозионная стойкость различных слоев.

1.9. Заключение.
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Объекты исследования.
2.2. Методика формирования покрытий.
2.3. Методика измерения микротвердости
2.4. Методика определения толщины покрытий
2.5. Методика определения фазового состава осадков
2.6. Электронная микроскопия и электронная дифракция
2.7. Методика абразивных испытаний
2.8. Методики коррозионных испытаний
1ЛАВА 3. ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ОСАЖДЕНИЯ И МЕХАНИЗМ СИНТЕЗА ТВЕРДЫХ ЗАЩИТНЫХ КАРБИДОВОЛЬФРАМОВЫХ СЛОЕВ ИЗ ГАЗОВОЙ ФАЗЫ.
3.1. Анализ термодинамических данных процесса осаждения карбидов вольфрама из газовой фазы
3.2. Анализ кинетических данных процесса осаждения карбидов вольфрама
из газовой фазы при пониженных давлениях
3.3. Механизм химических превращений при синтезе карбидов вольфрама
из газовой фазы.
3.4. Феноменологическая модель формирования наноструктур
3.5. Заключение по главе 3
ГЛАВА 4. СТРУКТУРНЫЕ И ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАЩИТНЫХ КАРБИДОВОЛЬФРАМОВЫХ СЛОЕВ
4.1. Анализ диаграммы состояния системы УС
4.2. Исследование микротвердости карбидовольфрамовых слоев
4.3. Исследование фазового состава и структуры карбидовольфрамовых слоев
4.3.1. Изучение структуры слоев полукарбида вольфрама XV2С.
4.3.2. Изучение структуры слоев монокарбида вольфрама Vix
4.3.3. Изучение структуры нанокомпозиционных слоев на основе вольфрама
4.4. Заключение по главе 4
ГЛАВА 5. АБРАЗИВНАЯ СТОЙКОСТЬ И КОРРОЗИОННОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА КАРБИДОВОЛЬФРАМОВЫХ
ПОКРЫТИЙ
5.1. Износостойкость карбидовольфрамовых слоев
5.2. Коррозионная стойкость карбидовольфрамовых слоев.
5.2.1. Коррозия вольфрама и карбидовольфрамовых материалов в кислых средах
5.2.2. Коррозионная стойкость карбидовольфрамовых покрытий в растворах азотной кислоты
5.2.3. Коррозионная стойкость карбидовольфрамовых покрытий в растворах серной кислоты.
5.2.4. Коррозионная стойкость карбидовольфрамовых покрытий в растворах соляной кислоты с добавками сероводорода.
5.3. Заключение по главе 5
ВЫВОДЫ.
ПРИЛОЖЕНИЯ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Проведенные исследования по химическому газофазному осаждению карбидных слоёв позволяют управлять процессами формирования нанокристаллических, микрокристаллических и нанокомпозитных пленок заданного состава, что открывает возможности адаптировать физико-механические и химические свойства получаемых покрытий под реальные условия эксплуатации изделий. Карбидные слои перспективны для использования в условиях невысоких удельных нагрузок, а слои на основе вольфрама - для больших и ударных нагрузок на рабочих поверхностях деталей нефтегазодобывающего, химического оборудования и других узлах трения, работающих в условиях интенсивного абразивного и коррозионного износа. Закономерности, отражающие влияние содержания углерода па синтез карбидных фаз вольфрама различной стехиометрии и легирования вольфрамовой матрицы углеродом на их микротвердость и абразивную стойкость. Результаты исследования микро- и наноструктуры особотвердых и твердых карбидовольфрамовых слоев. Результаты коррозионных испытаний двух классов карбидовольфрамовых покрытий в растворах минеральных кислот и сероводорода. Апробация работы. Материалы диссертации представлены па Международном симпозиуме «Перспективные материалы и технологии» (Витебск, - мая , Республика Беларусь), Всероссийской конференции «Фторидные технологии» (Томск, - июля ), XXI Всероссийском совещании по температуроустойчивым функциональным покрытиям (Санкт-Петербург, - апреля г. ЕІЖОСОІІК- (Москва, - сентября ), V Конференции молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭ РАН «Физикохимия - » (Москва, 1 - ноября ), Научно-технической конференции, посвящённой -летию выдающегося гриболога М. М. Хрущова «Трибология - машиностроению» (Москва, 7-9 декабря ), IV Всероссийской конференции по наноматериалам «НАНО » (Москва, - марта ), Международной конференции памяти Г. VI Конференции молодых ученых, аспирантов и студентов ИФХЭ РАН «Физикохимия - » (Москва, 1 - ноября ). Публикации. По материалам диссертации опубликовано работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых изданиях и тезисов докладов на Всероссийских и Международных конференциях. ГЛАВА 1. Ниже каждый из перечисленных методов рассмотрен подробно. Под химико-термической обработкой (ХТО) конструкционных материалов понимают химическое и термическое воздействие с целью изменения структуры, химического состава и свойств поверхностного слоя металла или сплава. ХТО осуществляют путем диффузионного насыщения металлами (Тц N6, V, Сг и др. Ы, С, В и др. В качестве конструкционного материала обычно рассматривают стали и, главным образом, низкоуглеродистые малолегированные стали. Эти сорта стали довольно дешевые и легко подвергаются химико-термической обработке. Диффузионное насыщение протекает с достаточной скоростью именно в малолегированной матрице стали. На практике широко используются сталь, легированная хромом на несколько (3-5) процентов. Для улучшения трибологических характеристик поверхности изделия, а также коррозионно-защитных свойств применяют цементацию, азотирование, нитроцементацию, реже борирование или силицирование. Цементация представляет собой диффузионное насыщение поверхности металла или сплава углеродом при повышенных температурах (0-0 °С) в углерод содержащей среде (карбюризаторе). Дальнейшая обработка изделия подразумевает закалку и низкий отпуск с целью обеспечения необходимой прочности сердцевины изделия. Цементации чаще всего подвергают низкоуглеродистые стали (до 0,% С), низколегированные хромомарганцевые, хромоникельмолибденовые стали и экономнолегированные стали ХТММА и Х1Т1МТ. Насыщение углеродом проводят твердым или газофазным карбюризатором. Твердый карбюризатор, как правило, состоит из древесного угля, карбонатов бария и кальция. Цементация осуществляется по реакции 2СО = С + С при температурах 0-0 °С. Газовую цементацию проводят в атмосфере состава Ыг-СОг-СО-ЬЬ-НзО-СНа при температурах 0-0 °С в течение 6- часов. Для ускорения процесса иногда температуру повышают до °С, либо проводят процесс при давлении - кПа, сочетая цементацию с закалкой и отпуском. В целях интенсификации процесса цементацию также проводят в тлеющем разряде при - °С и плотности катодного тока порядка 0 А/м2, в результате чего длительность процесса сокращается в 2-3 раза. Толщина упрочненного слоя чаще всего составляет 0,4-1,8 мм, а его твердость лежит в пределах - ЬЖС (при твердости сердцевины - ИКС).