Получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия

Получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия

Проведены измерения профиля нанотвердости покрытий, полученных осаждением из газовой фазы ХОЖ «Бархос», и оценка износостойкости и сопротивления пластической деформации этих покрытий. Выполненные сравнительные кавитационные и потенциостатические испытания карбидохромовых покрытий и некоторых констру...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2014
Автори: Крохмаль, С.А., Зуева, Т.Н.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2014
Назва видання:Физическая инженерия поверхности
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103574
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия / С.А. Крохмаль, Т.Н. Зуева // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 2. — С. 269-278. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-103574
record_format dspace
spelling irk-123456789-1035742016-06-21T03:02:44Z Получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия Крохмаль, С.А. Зуева, Т.Н. Проведены измерения профиля нанотвердости покрытий, полученных осаждением из газовой фазы ХОЖ «Бархос», и оценка износостойкости и сопротивления пластической деформации этих покрытий. Выполненные сравнительные кавитационные и потенциостатические испытания карбидохромовых покрытий и некоторых конструкционных материалов показали, что данные покрытия значительно превосходят по стойкости к коррозионному и эрозионному износу рассмотренные конструкционные материалы, широко используемые в промышленном производстве. Проведено виміри профілю нанотвердості покриттів, отриманих осадженням з газової фази ХОР «Бархос», і оцінка зносостійкості й опору пластичної деформації цих покриттів. Виконані порівняльні кавітаційні й потенціостатичні випробування карбідохромових покриттів і деяких конструкційних матеріалів показали, що дані покриття значно перевершують по стійкості до корозійного й ерозійного зношування розглянуті конструкційні матеріали, широко використовувані в промисловому виробництві. Measurements of coatings nanohardness profile which obtained by deposition from the gas phase HOZh «Barhos», and evaluation of wear resistance and resistance of plastic deformation of these coatings. Performed comparative tests of cavitation and controlled potential tests of coatings of chromium carbide and some of constructive materials showed that these coatings have more superior resistance to corrosive and erosive wear than structural materials, which widely used in industrial production. 2014 Article Получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия / С.А. Крохмаль, Т.Н. Зуева // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 2. — С. 269-278. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 1999-8074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103574 621.793.3; 620.18; 620.178.169; 620.193 ru Физическая инженерия поверхности Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Проведены измерения профиля нанотвердости покрытий, полученных осаждением из газовой фазы ХОЖ «Бархос», и оценка износостойкости и сопротивления пластической деформации этих покрытий. Выполненные сравнительные кавитационные и потенциостатические испытания карбидохромовых покрытий и некоторых конструкционных материалов показали, что данные покрытия значительно превосходят по стойкости к коррозионному и эрозионному износу рассмотренные конструкционные материалы, широко используемые в промышленном производстве.
format Article
author Крохмаль, С.А.
Зуева, Т.Н.
spellingShingle Крохмаль, С.А.
Зуева, Т.Н.
Получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия
Физическая инженерия поверхности
author_facet Крохмаль, С.А.
Зуева, Т.Н.
author_sort Крохмаль, С.А.
title Получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия
title_short Получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия
title_full Получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия
title_fullStr Получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия
title_full_unstemmed Получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия
title_sort получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate 2014
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/103574
citation_txt Получение карбидохромовых покрытий на изделиях сложного профиля и исследование защитных свойств материала покрытия / С.А. Крохмаль, Т.Н. Зуева // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 2. — С. 269-278. — Бібліогр.: 18 назв. — рос.
series Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv AT krohmalʹsa polučeniekarbidohromovyhpokrytijnaizdeliâhsložnogoprofilâiissledovaniezaŝitnyhsvojstvmaterialapokrytiâ
AT zuevatn polučeniekarbidohromovyhpokrytijnaizdeliâhsložnogoprofilâiissledovaniezaŝitnyhsvojstvmaterialapokrytiâ
first_indexed 2025-07-07T14:05:16Z
last_indexed 2025-07-07T14:05:16Z
_version_ 1836997272071569408
fulltext Крохмаль С. А., Зуева Т. Н., 2014 © 269 УДК 621.793.3; 620.18; 620.178.169; 620.193 ПОЛУЧЕНИЕ КАРБИДОХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯХ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА ПОКРЫТИЯ С. А. Крохмаль, Т. Н. Зуева Институт физики твердого тела, материалов и технологий ННЦ «ХФТИ», Украина Поступила в редакцию 26. 06. 2014 Проведены измерения профиля нанотвердости покрытий, полученных осаждением из газовой фазы ХОЖ «Бархос», и оценка износостойкости и сопротивления пластической деформа ции этих покрытий. Выполненные сравнительные кавитационные и потенциостатические ис пы­ та ния карбидохромовых покрытий и некоторых конструкционных материалов показали, что дан ные покрытия значительно превосходят по стойкости к коррозионному и эрозионному из­ но су рассмотренные конструкционные материалы, широко используемые в промышленном про изводстве. Ключевые слова: нанотвердость, пиролитические карбидохромовые покрытия, коррозион­ ная и эрозионная стойкость. ОТРИМАННЯ КАРБІДОХРОМОВИХ ПОКРИТТІВ НА ВИРОБАХ СКЛАДНОГО ПРОФІЛЮ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАХИСНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ МАТЕРІАЛУ ПОКРИТТЯ С. О. Крохмаль, Т. М. Зуєва Проведено виміри профілю нанотвердості покриттів, отриманих осадженням з газової фази ХОР «Бархос», і оцінка зносостійкості й опору пластичної деформації цих покриттів. Виконані порівняльні кавітаційні й потенціостатичні випробування карбідохромових покриттів і деяких конструкційних матеріалів показали, що дані покриття значно перевершують по стійкості до корозійного й ерозійного зношування розглянуті конструкційні матеріали, широко ви ко ри сто­ ву вані в промисловому виробництві. Ключові слова: нанотвердість, піролітичні карбідохромові покриття, корозійна й ерозійна стій кість. GETTING COATINGS OF CHROMIUM CARBIDE ON ARTICLES OF COMPLEX PROFILE AND RESEARCH OF PROTECTIVE PROPERTIES OF THE COATING MATERIAL S. A. Krokhmal, T. N. Zueva Measurements of coatings nanohardness profile which obtained by deposition from the gas phase HOZh «Barhos», and evaluation of wear resistance and resistance of plastic deformation of these coa tings. Performed comparative tests of cavitation and controlled potential tests of coatings of chro­ mium carbide and some of constructive materials showed that these coatings have more superior re sistance to corrosive and erosive wear than structural materials, which widely used in industrial pro duction. Keywords: nanohardness, pyrolytic coatings of carbide­chromium, corrosion resistance, erosion re­ si stance. Защитные покрытия различного состава ши роко применяются для повышения надеж­ ности и срока службы изделий эксплуатиру­ емых в условиях воздействия агрессивной среды. Для изделий сложной геометрии (внут ренние поверхности, наличие глухих по лостей, резьбы и т. п.) су ще ствуют опре­ деленные ограничения по вы бору методов ПОЛУЧЕНИЕ КАРБИДОХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯХ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2270 осаждения покрытий. На и бо лее адаптирован­ ным для решения таких за дач, с нашей точ­ ки зрения, является ме тод хи мического оса­ ждения из газовой фа зы. Дан ный метод ха ракте ри зуется наиболь шим рассеянием на носимо го материала, что позволяет полу­ чать ка чественные покры тия на изделиях со сложным профилем об ра ба тыва емой по­ верхности [1]. Химическое осаж дение из га­ зовой фазы является атомарным про цессом, т. е. конденсат образуется из отдель ных ато­ мов, что обу сла вливает его мак симальную пло тность и вос произведимость поверхно­ сти подложки. Ус ловия проведения процес­ са химического осаждения из газовой фазы определяют стру ктуру и фи зико­химические свойства по луча емых покрытий, а, следова­ тельно, и их защит ные свойства. Использова­ ние в ка чес тве реагентов металлооргани­ ческих сое ди нений по зво ляет существенно снизить тем пературу по лучения карбидов металлов, об ладающих высокими защитны­ ми свой ства ми. Для защиты от коррозионно­ го и эро зионного из носа целесообразно при­ менять хромоор га ническую жидкость (ХОЖ) «Бархос» выпускаемую промышленностью (ТУ­1149­78). Покрытия, получаемые при ее ис пользовании, имеют коррозионную и эро­ зионную стойкость выше, чем структурные элементы (хром и его карбиды), входящие в их состав [2]. Целью данной работы является получе ние пиролитических карбидохромовых по крытий из газовой фазы технического про дукта ХОЖ «Бархос» на поверхностях слож ного профиля и исследование физико­химических свойств, полученных покрытий. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Технический продукт ХОЖ «Бархос», пред­ ставляет собой смесь гомологов бис­а ре но­ вых соединений хро ма с содержанием хро­ ма на уровне 17 %. Осаждение покрытий на подложки из стали ХВГ, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т производили на лабораторной ус тановке, принципиальная схема которой при ведена в работе [3]. Для обеспечения рав нотолщиноости покрытия из менением кон струкции распределительного сопла про ­ водили перераспределение по тока паров реагента вдоль поверхности из делия. Под­ готовку поверхности образцов из стали 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т перед оса ждением проводили путем травления в сме си кислот H2SO4, HCl, HNO3 (1:3:1), а об разцы из стали ХВГ — в HNO3 (конц.) с по следующей про­ мывкой водой и сушкой на воздухе непосред­ ственно перед процессом оса ждения. Такая специфика подготовки поверхности перед осаждением покрытия обу сло влена тем, что адгезионная прочность пи ролитических кар­ бидохромовых покрытий из ХОЖ «Бархос» [4] определяется не только чистотой поверх­ ности подложки, но и составом остаточных молекул на поверхности, которые влияют на состав первого слоя покрытия. Для нагрева изделия использовали высо­ кочастотный генератор ВЧИ4­10­У4 с рабо­ чей частотой 440 кГц. Осаждение покрытий проводили при температурах 480—500 ºС в проточном реакторе с кварцевой боковой стенкой. Реакционный объем предваритель­ но откачивали до давления 5*10–2 Торр. Исследование механических характерис­ тик полученных покрытий проводили на по перечных шлифах образцов микротведо­ мером ПМТ­3 по стандартной методике при на грузках 0,2 Н и 0,5 Н и наноиндентором Nano Indentor G­200 (MTS Nano Instruments) по методу Оливера­Фара. Наноиндентирова­ ние проводили по следующей схеме: поиск по верхности образца (скорость сближения 10 нм/с), рост нагрузки на индентор до тех пор, пока не будет достигнута глубина 200 нм, вы­ держка при этой нагрузке 10 секунд, сниже­ ние нагрузки на 90 %, выдержка при посто­ ян ной нагрузке в течение 100 секунд для из мерения теплового дрейфа, полная разгру­ зка индентора. Точность измерения глуби­ ны от печатка — 0,01 нм, нагрузка на инден­ тор — 50 нН. Изучение структуры полученных конден­ сатов проводили с помощью металлографи­ ческого микроскопа ММР­4, а для ее выяв­ ления использовали реактив Мураками. Сравнительные исследования стойкости пиролитических карбидохромовых покры­ тий и конструкционных материалов, на ко­ торые наносили защитные покрытия, к элек­ трохимическому растворению в 3 % рас творе С. А. КРОХМАЛЬ, Т. Н. ЗУЕВА ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2 271 NaCl проводили с помощью потенциостата ПИ­50­1 в диапазоне потенциалов от «–1» до «+1,4» В. Исследования элементного состава по­ кры тий проводили с помощью рентгеновс­ кого флуоресцентного анализа на приборе «Спрут» с компьютерным управлением и за­ писью спектра. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ В ходе экспериментов были получены пиро­ ли тические карбидохромовые покрытия тол щиной до 70 мкм со слоисто­столбчатой и с горизонтально­слоистой структурой. По­ крытия с такими структурами обладают на­ илучшими защитными свойствами. Тол щи на слоев внутри такого покрытия может изме­ нятся от 0,05 до 1 мкм [5]. Микротвердость «светлых» слоев составляет 10—12 ГПа, а «темных» — 20—24 ГПа [6]. Такие покры­ тия фактически представляют собой ком по­ зи ционный 2D материал. Слои возникают в ре зультате колебаний давления проду к тов рас пада над поверхностью пиролиза, а так­ же температуры поверхности вследствие вы сокой эндотермичности реакции тер мо­ рас пада. Механизмы возникновения та ких структур детально описаны в работе [7]. По­ крытия наносили как на плоские образ цы удобные для приготовления шлифов, так и на макеты изделий сложного профиля. Ха­ ра к терные структуры покрытий получен­ ных в ходе экспериментов при температуре осаждения 480—500 ºС приведены на рис. 1. Появление более четкого рисунка слоев обу словлено большей амплитудой измене­ ния давления в зоне осаждения связанной с импульсностью подачи реагента, а также из­за появления участков с заметно более низ кой скоростью роста в интервалах между подачей порций реагента. Результаты иссле­ дований физико­механических свойств по­ кры тий на подложках из стали 08Х18Н10Т для двух видов структуры с помощью нано­ индентирования приведены на рис. 2 и рис. 3. Как видно из рисунков, твердость покры­ тия Н с горизонтально­слоистой структу­ рой несколько выше, чем у покрытия со слоисто­столбчатой структурой, а модуль Юнга Е при этом, заметно ниже. В класси­ ческой те ории износа принимается, что из­ но состой кость прямо пропорциональна его твер дости [8], однако для многих современ­ ных материалов, в том числе, нанокомпозит­ ных тонких пле нок, как отмечается в рабо­ тах [9, 10], изно состойкость материала про порциональна отношению Н/Е. Таким образом, для повышения износо стой кости важно не только создавать мате ри алы с очень высокой твердостью, но и сни жать при этом его модуль упругости. По этому можно пред­ положить, что износостойкость горизонталь­ но­слоистого покрытия выше, чем слоисто­ столбчатого покрытия (рис. 2 в и рис. 3 в). а б Рис. 1. Слоисто­столбчатая (а) и горизонтально­слои­ стая (б) структуры покрытия полученные при разных режимах подачи реагента: а) непрерывная подача со скоростью 7,3 г/час, толщина покрытия — 28 мкм, Vос­я = 1,5 мкм/мин (усредненная); б) порционная по­ дача со скоростью 7,3 г/час, толщина покрытия — 18 мкм, Vос­я = 1,0 мкм/мин (усредненная) ПОЛУЧЕНИЕ КАРБИДОХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯХ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2272 Исследования кавитационной стойкости, про веденные ранее [11], показали, что стой­ кость таких покрытий в 5 раз выше, чем у ста ­ ли 12Х18Н10Т, используемой для из го то вле­ ния уз лов запорной арматуры. Прове ден ный анализ предыдущих результатов испытаний и новые испытания, выполненные по ме­ то дике [11], показали, что кавитационная стой кость таких покрытий заметно выше. Ре зультаты этих испытаний, выполненные на установке МСВ­1, приведены в таблице. ГПа 19 17 15 13 11 9 7 5 3 -12 -7 -2 3 8 13 18 23 28 мкм Н для слоисто-столбчатой структуры ГПа 330 290 250 210 170 -12 -7 -2 3 8 13 18 23 28 мкм Е для слоисто-столбчатой структуры а б а б в г Рис. 3. Физико­механические свойства подложки и покрытия с горизонтально­слоистой структурой в г Рис. 2. Физико­механические свойства подложки и покрытия со слоисто­столбчатой структурой Н/Е для слоисто-столбчатой структуры 0,09 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 -12 -7 -2 3 8 13 18 23 28 мкм Н3/Е2 для слоисто-столбчатой структуры 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 -12 -7 -2 3 8 13 18 23 28 мкм ГПа 19 17 15 13 11 9 7 5 3 -11 -6 -1 4 9 14 19 мкм Н для слоистой структуры ГПа 330 310 290 270 250 230 210 190 170 -11 -6 -1 4 9 14 19 мкм Е для слоистой структуры Н/Е для слоистой структуры 0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 -11,0 -6,0 -1,0 4,0 9,0 14,0 19,0 мкм Н3/Е2 для слоистой структуры 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 -11,0 -6,0 -1,0 4,0 9,0 14,0 19,0 мкм С. А. КРОХМАЛЬ, Т. Н. ЗУЕВА ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2 273 Данные предыдущей работы [11] о разме­ рах структурных элементов таких карбидох­ ромовых покрытий, а также данные работы [5] позволяют предположить, что высокая кор розионная и эрозионная стойкость таких по крытий обусловлена наноструктурными раз мерами элементов покрытия и их слоис­ той структурой. Способность материала сопротивляться пластической деформации обычно оценива­ ют соотношением H3/E2. Благодаря этому па раметру можно спрогнозировать уровень со противления материала пластической де­ фор мации, который тем выше, чем больше зна чение отношения H3/E2 [12, 13]. Следова­ тельно, согласно кривым на графиках рис. 2г и рис. 3г более высоким сопротивлением к пластической деформации будут обладать по крытия со слоистой структурой. Следует отметить, что, несмотря на зна­ чи тельно более высокую локальность изме­ ре ний твердости наноиндентором Nano Indentor G­200 по сравнению с измерениями с помощью ПМТ­3 определить твердость от­ дельных слоев покрытия не удалось. Размер отпечатка наноиндентора, при котором полу­ чаются корректные результаты измерений, сра вним с толщиной даже наиболее толстых слоев покрытия: 1 мкм для восстановлен­ ного отпечатка и 1,5 мкм для отпечатка под нагрузкой при индентировании на глубину 200 нм. На рис. 4 показано соотношение раз меров отпечатков пирамидки Виккерса и пирамидки Берковича для отработанных ме тодик измерения твердости с помощью ПМТ­3 и Nano Indentor G­200. Из рисунка следует, что измеренные зна­ чения твердости представляют собой неко­ то рые усредненные величины для двух и бо лее слоев. Кроме того, изменение соста­ ва покрытия по его толщине, вызванное ко­ лебаниями давления и состава реагента у по вер хности роста происходит не мгновен­ но, а, следовательно, и изменение твердости по толщине отдельного слоя происходит не скач кообразно. Такой сглаженный по составу переход от слоя к слою должен по ложитель но сказываться на когезионной проч ности само­ го покрытия и соответственно на его механи­ ческой прочности. Таблица Кавитационные испытания карбидохромовых покрытий и конструкционных материалов Материал ХВГ 12Х18Н10Т 20Х13 BT-8 слоисто- столбчатая 10 мкм гориз.-слоистая 9 мкм Время испытаний, час ∆M, мг ∆M, мг ∆M, мг ∆M, мг ∆M, мг ∆M, мг 0 0 0 0 0 0 0 0,5 0,01 0,03 0,02 0,02 0,03 1,0 0,31 0,03 1,5 0,11 0,1 0,08 0,08 2,0 0,94 0,47 2,5 3,0 1,35 0,74 0,27 0,06 3,5 1,75 0,16 4,0 2,15 1,52 0,45 4,5 5,0 2,16 0,28 0,11 5,5 0,69 6,0 2,91 0,76 0,37 0,19 ПОЛУЧЕНИЕ КАРБИДОХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯХ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2274 Как показали исследования, твердость пи ролитического карбидохромового покры­ тия заметно зависит как от механических свойств материала подложки, так и ее геоме­ трии: • на вогнутой поверхности подложки (R = 6 мм) из стали 45 до расстояния 8 мкм от гра ницы раздела твердость покрытия до­ сти гала 25—26 ГПа, а затем снижалась по мере удаления от подложки до значе­ ний 18—21,5 ГПа (рис. 5); • для выпуклой поверхности (R = 15 мм) на том же образце — изменялась в преде­ лах от 18 до 20,5 ГПа (рис. 6); • на плоском образце свидетеле из меди твер дость покрытия толщиной 30 мкм, по лученном в ходе того же эксперимен­ та, изменялась в пределах от 15,3 до 16,5 ГПа (рис. 7). Эти данные могут свидетельствовать о достаточно высоких внутренних сжимаю­ щих напряжениях в покрытии, особенно на вогнутых поверхностях, и релаксации их при осаждении на мягкие подложки за счет их деформации [14]. Величина внутренних на пряжений в покрытии может достигать 2 ГПа [17]. Данные рентгеновского флуоресцентно­ го анализа показали, что в покрытии кро­ ме хрома содержатся Al — 0,14 % и Si — 0,16 %, которые входят в состав техническо­ го продукта ХОЖ «Бархос» как побочные продукты синтеза и являются катализатора­ ми процесса пиролиза. Образование сферических наростов на по верхности покрытия вызвано присутстви­ ем их соединений (формула соединений не идентифицирована) в составе технического продукта. Очистка технического продукта от примесей или использование добавок по­ да вляющих действие этих примесей позво­ ляет получать карбидохромовые покрытия с существенно более низкой шероховато­ стью [15]. Определение наличия углерода, Рис. 4. Косой поперечный шлиф пиролитического карбидохромового покрытия под углом 55º к норма­ ли роста покрытия со следами индентирования пира­ мидками Виккерса и Берковича (2 ряда по 30 уколов) Н, ГПа твердость покрытия на внутренней поверхности макета 27 25 23 21 19 17 15 0 10 20 30 40 50 60 мкм 70 Рис. 5. Нанотвердость на вогнутой поверхности Н, ГПа Профиль твердости по толщине покрытия 21 20,5 20 19,5 19 18,5 18 17,5 0 20 40 60 80 100 120 мкм140 Рис. 6. Нанотвердость на выпуклой поверхности ко­ сого шлифа под углом 55º к нормали роста покрытия Н, ГПа 16,6 16,4 16,2 16 15,8 15,6 15,4 15,2 0 2 4 6 8 10 12 14 мкм 16 Твердость покрытия на медной подложке Рис. 7. Нанотвердость покрытия на медной подложке С. А. КРОХМАЛЬ, Т. Н. ЗУЕВА ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2 275 кисло рода и азота данным оборудованием не производится. Однако известно, что содер­ жание углерода среднее содержание по зоне анализа колеблется в пределах от 4 до 14 % (вес.) [16]. Результаты сравнительных исследований электрохимических свойств конструкцион­ ных материалов и пиролитических карбидо­ хромовых покрытий различной толщины на этих материалах приведены на рис. 8. Испытания проводили в 3 % растворе NaCl при комнатной температуре. Анализ поля­ ри зационных кривых для стали ХВГ без по крытия и с покрытием толщиной 9 мкм, для стали 08Х18Н10Т без покрытия и с по крытием толщиной 9 мкм, а также для ста ли 12Х18Н10Т без покрытия и стали 12Х18Н10Т с покрытием толщиной 20 мкм по казал, что данные покрытия обладают вы­ со кой стойкостью к электрохимическому рас творению в исследованном диапазоне по тенциалов. Из графиков видно, что скорость рас тво­ ре ния пиролитических карбидохромовых по крытий, получаемых пиролизом ХОЖ «Бархос» существенно ниже, чем у сталей 12Х18Н10Т и 08Х18Н10Т. Величина коррозионного тока, при ти­ пич ных размерах исследуемых образцов (S исследуемой поверхности 1 см2), в диапазо­ не потенциалов от –0,4 В до +0,9 В была ниже предела чувствительности потенци­ остата ПИ­50­1. Для покрытий толщиной 9 мкм характер хода кривых для сталей ХВГ и 08Х18Н10Т с покрытием и без него свиде­ тельствуют о наличии отдельных сквозных пор в покрытии. В покрытиях толщиной 20 мкм гарантировано отсутствие сквозной по ристости. Известно [16], что слоистые кар бидохромовые покрытия полученные пи ролизом ХОЖ «Бархос» стойки к воздейс­ твию минеральных кислот HCl, HNO3 и H2SO4 и отсутствие сквозной пористости в таких покрытиях (Ra = 1,25—2,5 мкм) дости­ гается, начиная с толщин 13—15 мкм. Сни­ жение исходной шероховатости подложки позволяет снизить толщину покрытий, при которой в них отсутствует сквозная порис­ тость [18]. ВЫВОДЫ Электрохимическая стойкость пиролити чес­ ких карбидохромовых покрытий значитель­ но превышает стойкость стали 12Х18Н10Т, ко торую используют для изготовления от­ вет ственных узлов запорной арматуры ра бо­ та ющей в жестких эксплуатационных усло­ виях. Кавитационная стойкость пиролитичес­ ких карбидохромовых покрытий получае­ мых осаждением из газовой фазы ХОЖ «Бархос» 2—4 раза выше, чем у сплава ВТ­8, в 8—15 раз выше, чем у стали 20Х13, и в 10—25 раз выше, чем у стали 12Х18Н10Т. Стойкость к кавитационному износу го­ ризонтально­слоистых покрытий в два раза превышает стойкость покрытий со слоисто­ столбчатой структурой, что качественно со­ гласуется с данными о соотношениях Н/Е для таких структур. Данные исследований свидетельствуют о перспективности использования пироли­ ти ческих карбидохромовых покрытий в ка честве защитных покрытий, а особен­ но эффективно их применение для защиты вну т ренних поверхностей, глухих полостей и сложнопрофильных поверхностей, защиту ко торых сложно обеспечить другими спосо­ бами их получения. Авторы выражает благодарность В. И. Ко­ валенко, Г. Н. Толмачевой и Н. Дерюге за по­ мощь при проведении исследований физико­ химических свойств покрытий. Ig Электрохимическое растворение материалов -2 -3 -4 -5 -6 -7 -8 -1 -0,5 0 0,5 1 V, В 1,5 Пк 9 мкм на 08X18H10T 08X18H10T XBГ Пк 20 мкм на 12X18H10T 12X18H10T Пк 9 мкм на стали ХВГ Рис. 8. Поляризационные кривые конструкционных материалов и пиролитических карбидохромовых по­ крытий различной толщины на этих материалах ПОЛУЧЕНИЕ КАРБИДОХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯХ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2276 ЛИТЕРАТУРА 1. Костенков В. А. Реакционное оборудование для получения покрытий на изделиях раз ли­ чной конфигурации и габаритов пиролизом металлоорганических соединений // В кн. При менение металлоорганических соеди­ нений для получения неорганических по­ крытий и материалов. — М.: Наука, 1986. — 256 с. 2. Грибов Б. Г., Домрачев Г. А., Жук Б. В. и др. Осаждение пленок и покрытий разложени­ ем металлоорганических соединений / Под ред. Г. А. Разуваева. — М: Наука, 1981. — 322 с. 3. Крохмаль С. А., Зуева Т. Н., Широков Б. М., Водопьянова И. Г. Защита сварного шва ре­ монтных переходников для трубопроводов АЭС карбидохромовыми покрытиями, по­ лучаемыми путем пиролиза хромооргани­ ческих соединений. Механіка та машино­ бу дування // Науково­технічний журнал. — Харків: НТУ «ХПІ». — 2007. — № 2. — С. 110 —117. 4. Домрачев Г. А., Пашкин В. А., Ширя­ ев А. М. и др. К механизму формирования кон та к тного слоя и адгезии пиролитическо­ го карби дохромового покрытия на стали // Неорг. Материалы. — 1991. — Т. 27, № 10. — С. 2113—2118. 5. Щуров А. Ф. Структура и механика разруше­ ния покрытий, получаемых термическим раз ложением хромоорганических соедине­ ний // В кн.: Применение металлооргани­ ческих покрытий и материалов. (Горький, 1987): Тез. докл.5­го Всесоюз. совещ. — М.: Наука, 1987. — С. 59—61. 6. Лахтин Ю. М., Коган Я. Д., Горовой А. П., Струлев В. М. Исследование физико­меха­ ни ческих свойств пиролитических хромо­ вых покрытий // В кн.: Применение метал­ ло органических покрытий и материалов. (Горький, 1987): Тез. докл. 5­го Всесоюз. совещ. — М.: Наука, 1987. — С. 68—71. 7. Лахтин Ю. М., Коган Я. Д., Горовой А. П. и др. Парофазная технология получения за­ щитных покрытий термораспадом металло­ органических соединений хрома. // Техника, экономика, информация. Сб. науч. трудов. — Сер. Технология. — М.: МИНИ, 1986. 8. Rabinowicz E. Friction and Wear of Materials. — New York: Wiley, 1995. — 523 p 9. Novikov N. V., Voronkin M. A., Dub S. N. et al. Transition from polymer­like to diamond­like a­C:H films: Structure and mechanical pro­ perties // Diamond Relat. Mater. — 1997. — Vol. 6, No. 5—7. — P. 574—578. 10. Leyland A., Matthews A. On the significance of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite coating approach to optimised tribological be­ haviour // Wear. — 2000. — 246. — P. 1—11. 11. Крохмаль С. А. Увеличение стойкости слож­ но профильных деталей узлов запорной ар­ ма туры используемой в оборудовании АЭС и ТЭС // Сборник «Ресурс», — Институт электросварки им. Е. А. Патона НАНУ. — Киев, 2012. — С. 180—185. 12. Забугин А. В., Гавриленко А. С. Физико­ме­ ханические свойства дискретно­модифици­ рованных композиционных поверхностей, фор мируемых электродуговым распылени­ ем в вакууме // XVIII Международная науч­ но­практическая конференция «Современ­ ные техника и технологии». — Секция 6. — С. 155—156. 13. Погребняк А. Д., Шпак А. П., Азарен­ ков Н. А., Береснев В. М. Структура и свойс­ тва твер дых и сверхтвердых нанокомпозит­ ных по крытий // УФН. — 2009. —Т. 179, № 1. — С. 3—64. 14. Костенков В. А., Крашенинников В. Н., Щен ников В. И. и др. Влияние механичес­ ких свойств металла на формирование пиро­ ли тических хромовых покрытий // Физика и химия обработки материалов. — М. — 1979. — № 2. — С. 109—113. 15. Поликарпов В. Б. Влияние органических со­ единений на процесс осаждения хрома, мо­ либдена и вольфрама при термическом раз­ ложении их π­комплексов / Дис. канд. хим. наук. — Горький, 1986. — 221 с. 16. Крохмаль С. А., Широков Б. М. О возможно­ сти использования металлоорганических со единений хрома для защиты деталей и тех нологической оснастки, используемой для работы в агрессивных середах // Вістник На ціонального технічного університету «ХПІ». Збірник наукових праць. Тематич­ ний випуск «Хімія, хімічна технологія та еко логія». — Харків: НТУ «ХПІ». — 2007. — № 32. — С. 47—54. 17. Лахтин Ю. М., Коган Я. Д., Горовой А. П. и др. Адгезионная прочность и остаточные напряжения пиролитических хромовых по­ крытий на конструкционных сталях // При­ менение металлорганических соединений для получения неорганических покрытий и ма териалов: Тез. докл. 4­го Всесоюз. совещ. Горький. — М.: Наука, 1983. — С. 151. 18. Костенков В. А., Крашенинников В. Н. — Эксплуатационные свойства пиролитиче­ С. А. КРОХМАЛЬ, Т. Н. ЗУЕВА ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2 277 ских карбидохромовых покрытий // В сб. «Применение металлоорганических соеди­ нений для получения неорганических по­ крытий и материалов / Под ред. акад. Разува­ ева Г. А. — М.: Наука, 1986. — С. 234—243. LITERATURA 1. Kostenkov V. A. Reakcionnoe oborudovanie dlya polucheniya pokrytij na izdeliyah raz li­ chnoj konfiguracii i gabaritov pirolizom me­ talloorganicheskih soedinenij // V kn. Pri me­ nenie metalloorganicheskih soedinenij dlya polucheniya neorganicheskih pokrytij i ma te ri­ alov. — M.: Nauka, 1986. — 256 p. 2. Gribov B. G., Domracheev G. A., Zhuk B. V. i dr. Osazhdenie plenok i pokrytij razlozheniem metalloorganicheskih soedinenij / Pod red. G. A. Razuvaeva. — M: Nauka, 1981. — 322 p. 3. Krohmal’ S. A., Zueva T. N., Shirokov B. M., Vo dop’yanova I. G. Zaschita svarnogo shva remontnyh perehodnikov dlya tru bo pro­ vo dov AES karbidohromovymi pok ry ti­ ya mi, poluchaemymi putem piroliza hro­ mo organicheskih soedinenij. Mehanіka ta ma shinobuduvannya // Naukovo­tehnіchnij zhur nal. — Harkіv: NTU «HPІ». — 2007. — No. 2 — P. 110 —117. 4. Domrachev G. A., Pashkin V. A., Shiryaev A. M. i dr. K mehanizmu formirovaniya kon tak­ tno go sloya i adgezii piroliticheskogo kar­ bi dohromovogo pokrytiya na stali // Neorg. Ma terialy. — 1991. — Vol. 27, No. 10. — P. 2113—2118. 5. Schurov A. F. Struktura i mehanika razrusheniya pokrytij, poluchaemyh termicheskim raz lo zhe­ ni em hromoorganicheskih soedinenij // V kn.: Primenenie metalloorganicheskih pokrytij i ma terialov. (Gor’kij, 1987): Tez. dokl. 5­go Vsesoyuz. sovesch. — M.: Nauka, 1987. — P. 59—61. 6. Lahtin Yu. M., Kogan Ya. D., Gorovoj A. P., Strulev V. M. Issledovanie fiziko­mehanicheskih svojstv piroliticheskih hromovyh pokrytij // V kn.: Primenenie me­ talloorganicheskih po kry­ tij i materialov. (Gor’kij, 1987): Tez. dokl. 5­go Vsesoyuz. sovesch. — M.: Nauka, 1987. — P. 68—71. 7. Lahtin Yu. M., Kogan Ya. D., Gorovoj A. P. i dr. Parofaznaya tehnologiya polucheniya za­ schitnyh pokrytij termoraspadom me tal lo or­ ganicheskih soedinenij hroma. // Tehnika, eko­ no mika, informaciya. Sb. nauch. trudov. — Ser. Teh nologiya. — M.: MINI, 1986. 8. Rabinowicz E. Friction and Wear of Materials. — New York: Wiley, 1995. — 523 p. 9. Novikov N. V., Voronkin M. A., Dub S. N. et al. Transition from polymer­like to diamond­like a­C:H films: Structure and mechanical pro­ perties // Diamond Relat. Mater. — 1997. — Vol. 6, No. 5—7. — P. 574—578. 10. Leyland A., Matthews A. On the significance of the H/E ratio in wear control: a nanocomposite coating approach to optimised tribological behaviour // Wear. — 2000. — 246. — P. 1—11. 11. Krohmal’ S. A. Uvelichenie stojkosti slo zh­ no profil’nyh detalej uzlov zapornoj armatury ispol’zuemoj v oborudovanii AES i TES // Sbornik «Resurs», — Institut elektrosvarki im. E. A. Patona NANU. — Kiev, 2012. — P. 180—185. 12. Zabugin A. V., Gavrilenko A. S. Fiziko­me­ hanicheskie svojstva diskretno­mo di fi ci ro­ vannyh kompozicionnyh poverhnostej, for­ mi ruemyh elektrodugovym raspyleniem v va kuume // XVIII Mezhdunarodnaya nauchno­ prakticheskaya konferenciya «Sovremennye tehnika i tehnologii». — Sekciya 6. — P. 155— 156. 13. Pogrebnyak A. D., Shpak A. P., Azarenkov N. A., Be resnev V. M. Struktura i svojstva tverdyh i sverhtverdyh nanokompozitnyh pokrytij // UFN. — 2009. — Vol. 179, No. 1. — P. 3—64. 14. Kostenkov V. A., Krasheninnikov V. N., Schen nikov V. I. i dr. Vliyanie mehanicheskih svojstv metalla na formirovanie piroliticheskih hromovyh pokrytij // Fizika i himiya obrabotki materialov. — M. — 1979. — No. 2. — P. 109 —113. 15. Polikarpov V. B. Vliyanie organicheskih so­ e dinenij na process osazhdeniya hroma, mo­ libdena i vol’frama pri termicheskom raz lo­ zhe nii ih π­kompleksov / Dis. kand. him. nauk. — Gor’kij, 1986. — 221 p. 16. Krohmal’ S. A., Shirokov B. M. O vozmozhnosti ispol’zovaniya metalloorganicheskih so e­ dinenij hroma dlya zaschity detalej i teh no lo­ gi cheskoj osnastki, ispol’zuemoj dlya raboty v ag ressivnyh seredah // Vіstnik Nacіonal’nogo teh nіchnogo unіversitetu «HPІ». Zbіrnik na­ u kovih prac’. Tematichnij vipusk «Hіmіya, hіmіchna tehnologіya ta ekologіya». — Harkіv: NTU «HPІ». — 2007. — No. 32. — P. 47—54. 17. Lahtin Yu. M., Kogan Ya. D., Gorovoj A. P. i dr. Adgezionnaya prochnost’ i ostatochnye napryazheniya piroliticheskih hromovyh po­ krytij na konstrukcionnyh stalyah // Pri me­ ne nie metallorganicheskih soedinenij dlya po lucheniya neorganicheskih pokrytij i ma­ te rialov: Tez. dokl. 4­go Vsesoyuz. sovesch. Gor’kij. — M.: Nauka, 1983. — 151 p. ПОЛУЧЕНИЕ КАРБИДОХРОМОВЫХ ПОКРЫТИЙ НА ИЗДЕЛИЯХ СЛОЖНОГО ПРОФИЛЯ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 2, vol. 12, No. 2278 18. Kostenkov V. A., Krasheninnikov V. N. — Ek spluatacionnye svojstva piroliticheskih kar­ bi dohromovyh pokrytij // V sb. «Primenenie me tal loorganicheskih soedinenij dlya po lu che niya neorganicheskih pokrytij i materialov/ Pod red. akad. Razuvaeva G. A. — M.: Nauka, 1986. — P. 234—243.

Схожі ресурси