CC BY
14
4. Кулебакин В.Г., Шакора А.С. Механическая активация глин как средство изменения их физико-химических и технологических свойств // Огнеупоры и техническая керамика. - 1993. - № 9. - С. 24-35.
5. Вакалова Т.В., Погребенков В .М. Механохимическая активация как способ регулирования свойств глинистого сырья // Огнеупоры и техническая керамика. - 2003. -№ 12. - С. 35-39.
6. Болдырев В.В. Механическая активация при реакциях твердых тел в сб. научных трудов «Свойства и применение дисперсных порошков» под ред. Скорохода В.В. -К: Наукова думка, 1986.
7. Ковальченко М.С., Дубовик Т.В.. Рогозинская А.А. и др. Влияние вибропомола исходных порошков на свойства композиционных материалов системы AlN-BN // Огнеупоры и техническая керамика. - 2006. - № 2. -С. 30-32.
8. Патент на винахд Укршни №78558 МПК С04В35/58 Шихта композицшного KepaMi4Horo матерiалу / Пере-селенцева Л.Р., Мазна О.В., Барщевська Г.К. та шш. -0публ.10.04.2007. - Бюл. № 4.
9. Карагедов Г.Р., Ляхов Н.З. Влияние механической активации на спекание оксида алюминия // Неорганические материалы. - 1997. - т. 33. - № 7. - С. 817-821.
10. Аввакумов Е.Г. Механические методы активации химических процессов. - Новосибирск: Наука, 1986. - 305 с.
11. Зырянов В.В. Механическая керамическая технология// Механический синтез в неорганической химии. - Новосибирск: Наука, 1991. - 225 с.
12. Vishnyakov L.R., Mazna A.V., Sinaiskiy B.M., Vereshaka V.M. Features of the structure and fracture mechanisms of hexagonal boron nitride based composite materials // Functional materials. - 2007. - №1. - Р. 94-97.
Одержано 10.06.2008
ffocnidwern enme MexaHo-xiMinHoi aKmuea^i Ha процеси y^imbHeHHH nid nac гарmого npecyeaHHH KDMnosumie cucmeMU BN-Al2O3-SiO2-Si3N4. nonasaHo, w,o гomoeнuм (paKmopoM, xkuu enmueae Ha anmuea^m muxmu noMnosumy e mpueamicmb MexaHo-xiMinHoi o6po6nu. 3a ompuMaHUMU daHUMU ^imbHocmi noMnosumie ycmaHoeneHO, ^o onmuMcmbHa mpueamicmb o6po6nu e ampumopi He nepeeu^ye 20-40 xeumuH.
The influence of mechanical-chemical activation on the processes of densification with the hot pressing of composites in the system BN-Al2O3-SiO2-Si3N4 has been studied. It is shown that the major factor which influences the activation of the composite mixture is the duration of mechanical-chemical processing. According to the data of composites density it is established that the optimal duration of processing in the attritor does not exceed 20-40 minutes.
УДК 620.198 / 536.7
Д-р техн. наук Б. П. Середа, канд. техн. наук И. В. Кругляк, Ю. А. Белоконь
Государственная инженерная академия, г. Запорожье
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ФОРМИРОВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ВЫСОКОУГЛЕРОДНЫХ МАТЕРИАЛАХ, ПОЛУЧЕННЫХ В
УСЛОВИЯХ СВС
Показаны результаты исследований структуры и свойств комплексных покрытий высокоуглеродных материалов, полученных в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза.
Введение
Для разработки конкретных способов получения защитных покрытий на высокоуглеродных материалах в условиях самораспространяющегося высокотемпературного синтеза требуется выяснения термодинамических особенностей процесса.
Среди различных факторов, оказывающих влияние на механизм формирования диффузионного слоя в условиях СВС, являются начальные условия, предшествующие процессу диффузии элементов в материал, которые прямо или косвенно зависят от физико-химических факторов насыщения (термодинамическая ха-
рактеристика фаз в системе взаимодействующих элементов; термодинамическая характеристика насыщающей среды) [1-3].
Цель данной работы - определить оптимальные условия формирования легированных боридных слоев на высокоуглеродных материалах, выполнив термодинамический анализ газовой фазы.
Методика проведения исследования
Равновесный состав порошковых СВС-смесей в режиме теплового самовоспламенения рассчитывали для системы В-А1-Г. Для расчета равновесного соста-
© Б. П. Середа, И. В. Кругляк, Ю. А. Белоконь, 2008
ISSN 1607-6885 Hoei матерiали i технологи в металургИ та машинобудувант №2, 2008 21
ва продуктов системы был использован прикладной пакет программ «АСТРА». При расчете использовали базу данных термодинамических свойств индивидуальных веществ, содержащую наиболее надежную информацию о значениях энтропии, энтальпии, удель -ной теплоемкости, свободной энергии Гиббса, а также о величине теплоты образования более 1500 веществ. Отсутствующую в базе данных «АСТРА» термодинамическую информацию брали в работах [4, 5]. Условие обязательного присутствия газовой фазы выполняли введением в исходный расчетный состав 1 % (масс.) аргона. Давление во всех случаях принимали равным атмосферному (0,098 МПа), а температуру варьировали от 500 до 1500 К с шагом 100 К.
Результаты исследований и их обсуждение
Термодинамические расчеты показали, что в СВС-сис-темах в интервале рассматриваемых температур основными реакциями переноса бора к упрочняемой поверхности являются реакции диспропорционирования его субгало-генидов (в порядке уменьшения парциальных равновесных давлений) В2Г4, ВГ и ВГ2. Галогенид состава ВГ3 при взаимодействии с бором или его соединениями обеспечивает поставку этих субгалогенвдов в газовую фазу. Кроме того, в рассмотренной системе в газовой фазе присутствует алюминий. Алюминий, согласно расчетам, находится преимущественно в виде галогенидов А1Г3, А1Г2, А1Г Транспортировка алюминия осуществляется приучастии его низших галогенидов.
Количественная оценка парциального давления основного галогенида - транспортера над насыщаемой поверхностью позволила для рассматриваемой системы выбрать фторидный активатор, обеспечивающий наиболее благоприятный условия переноса бора и легирующих элементов (рис. 1).
На практике, борирование всегда проводится в смесях, включающих в состав кислород либо специально вводимый в виде оксидов, либо адсорбированный на поверхности порошков. Наличие кислорода в таких системах обеспечивает присутствие в газовой фазе субоксидов бора В2О2 и ВО, что предполагает возможность кислородной активации процесса борирования [6]. Однако ее роль существенно ниже, поскольку содержание субоксидов бора ниже фторидов (см. рис. 1).
Исследование структуры и фазового составов покрытий (рис. 2) показало, что в зависимости от темпе-ратурно-временных параметров насыщения слои получаются либо однофазными, либо двухфазными. Особенности строения и разный химический состав боридных слоев оказывают заметное влияние на характер распределения микротвердости по толщине боридных покрытий (рис. 3). Снижение максимальной твердости получаемых покрытий по сравнению с использованием традиционных составов на основе карбида бора является весьма положительным фактором для определенных условий эксплуатации.
0,001
0,0001 0,00001 0,000001 0,0000001 0,00000001
Т, к
850 950 1050 1150 1250 1350 1450
Рис. 1. Температурная зависимость парциальных давлений транспортеров бора и легирующих элементов в системе Б-АКБ-О:
1 - ББз, 2 - А1Б3, 3 - Б2Б4, 4 - В202, 5 - ББ, 6 - А1Б2, 7 - АЩ 8 - ББ2, 9 - В203
1
2
Рис. 2. Микроструктура боридных покрытий (х 200): а - Б; б - Б+А1
Рис. 3. Распределение микротвердости по толщине покрытий: 1 - В, 2 - Б+А1
Так, сравнительные испытания боридных покрытий в газоабразивном потоке показали, что их легирование алюминием позволяет уменьшить интенсивность изнашивания в 8 раз. Кроме того, такие покрытия имеют значительные преимущества при работе в контакте с жидким алюминием и его сплавами и могут быть использованы для защиты углеграфитовых элементов электролизеров, которые используются при производстве алюминия (графитовые подовые блоки для футеровки алюминиевых электролизеров).
Выводы
1. Разработана технология получения боридных покрытий на высокоуглеродных материалах в условиях СВС.
2. Выполнен термодинамический анализ газовой фазы для СВС-системы Б-А1-Г. Исследованы структура, фазовый состав и некоторые свойства полученных покрытий.
3. Показано, что дополнительное легирование металлом-восстановителем повышает стойкость борид-
1607-6885 Новi матерiали i технологи в металургп та машинобудувант №2, 2008
23
ных покрытий в условиях газоабразивного изнашивания и контакта с алюминиевыми сплавами.
Перечень ссылок
1. Мержанов А.Г. Процессы горения и синтеза материалов. Черноголовка: ИСМАН, 1998. - 512 с.
2. Коган Я.Д., Середа Б.П., Штессель Э.А. Высокоинтенсивный способ получения покрытий в условиях СВС // Металловедение и термическая обработка металлов. -1991. - № 6. - С. 39-40.
3. Середа Б.П., Палехова И.В. Получение многокомпонентных защитных покрытий методом газотранспортной
СВС-технологии // Новi матерiали i технологи в металлурги та машннобуцуванш. - 2006. - № 2. - С. 6669.
4. Свойства, получение и применение тугоплавких соединений: Справ. / Под. ред. Т. Я. Косолаповой - М.: Металлургия, 1986. - 928 с.
5. Термические константы веществ: Справ. / Под. ред. В.П. Глушко. - М.: Наука, 1978. - 274 с.
6. Яхнина В.Д., Козлов А.М., Лукьяненко А.И. Физико-химические особенности порошкового борирования // Порошковая металлургия. - 1973. - № 12. - С. 41-44.
Одержано 17.12.2007
Показано результати до^джень структури i властивостей комплексних noKpummie високовуглецевих маmеpiалiв, отриманих в умовах саморозповсюджувального високотемпературного синтезу.
The results of structure and properties investigation of complex coatings of high-carbon materials received by selfspreading hightemperature synthesis (SHS) were shown.
УДК 669.721.5
Канд. техн. наук В. А. Шаломеев Национальный технический университет, г. Запорожье
ВЛИЯНИЕ ЩЗМ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СПЛАВА Мл-5
Исследовано влияние кальция и бария на структурообразование, механические свойства и жаропрочность магниевого сплава Мл-5. Установлено, что модифицирование магниевого сплава Мл-5 ЩЗМ способствует повышению жаропрочности и пластичности.
Магниевые сплавы представляют большой интерес в авиа- и автомобилестроении как легкие конструкционные материалы, применение которых позволяет снизить вес конструкций, что обеспечивает снижение расхода топлива и улучшение их динамических характеристик [1]. К отливкам, изготовленным из магниевых сплавов, предъявляется ряд требований, одним из которых является низкая стоимость сплавов, что исключает использование в качестве легирующих добавок дорогих и дефицитных редкоземельных металлов (Щ, Ьа, У), хорошо показавших себя для упрочнения магниевых сплавов при обычных и повышенных темпе-
ратурах [2]. Проведенный анализ диаграмм состояния двойных систем кальция и бария с магнием и алюминием, составляющих основу сплава Мл-5, показал, что при взаимодействии указанных компонентов могут образовываться новые фазы, находящиеся в равновесии с твердым раствором [3]. Основные характеристики и свойства этих фаз приведены в таблице 1. Эти фазы имеют температуры плавления выше, чем температура плавления фазы Mg17A112 (460 °С), находящейся в равновесии с твердым раствором в двойной системе Mg-A1, и могут способствовать повышению жаропрочности сплава.
Таблица 1 - Основные характеристики фаз с участием кальция и бария в системе Mg-A1
Фаза Прототип Параметры решетки, нм Т оС 1 пл.Î ^
а с
Mg17Ba2 Zn17Th2 1,0664 1,5593 707
Mg23Ba6 Mn23Th7 1,5263 - 598
Mg2Ba MgZn2 0,6663 1,0557 607
BaAl4 BaAl4 0,4566 1,1278 1104
Al2Ca MgCu2 0,8038 - 1079
Mg2Ca MgZn2 0,6230 1,0120 715
© В. А. Шаломеев, 2008
24
