- •Конспект лекций по дисциплине «Поверхностные физико-химические процессы»
- •Мариуполь - 2012 .
- •Введение
- •1. Выбор и технологическое обеспечение параметров поверхностного слоя деталей машин для заданных эксплуатационных свойств
- •Износ и испытания на износостойкость
- •3. Основные виды износа.
- •4. Упрочняющие фазы.
- •Интерметаллиды.
- •Упрочняющие фазы металлоидного типа.
- •Карбиды.
- •Принципы карбидообразования.
- •Бориды.
- •Нитриды.
- •Оксиды.
- •5. Факторы, определяющие качество поверхностного слоя.
- •5.1. Физическое состояние поверхности материала.
- •Геометрия неровностей поверхностного слоя.
- •5.3. Напряжённость поверхностного слоя.
- •6. Общая характеристика технологических методов обеспечения заданных параметров поверхностного слоя
- •Классификация технологических методов обработки поверхностного слоя деталей машин.
- •7. Упрочнение поверхностным пластическим деформированием
- •8. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез.
- •9. Теоретические основы химико-термической обработки.
- •10. Цементация
- •11. Азотирование.
- •12. Цианирование и нитроцементация.
- •13. Диффузионная металлизация
- •Алитирование
- •Силицирование
- •Хромирование
- •Борирование
- •Титанирование
- •Факторы, определяющие качество поверхностного слоя.
- •Теоретические основы химико-термической обработки.
4. Упрочняющие фазы.
Специальные свойства изделий (износостойкость, жаростойкость и пр.) обеспечиваются присутствием в структуре поверхностного слоя материала упрочняющих фаз. В качестве их используются интерметаллиды и металлоиды.
Упрочняющие фазы появляются в структуре поверхностного слоя при изготовлении деталей, а также при определенных условиях в процессе эксплуатации. При изготовлении деталей упрочняющие фазы могут вводиться в поверхностный слой в готовом виде, а также образовываться при наплавке, напылении и других видах обработки.
Интерметаллиды.
Химические соединения металлов друг с другом называют интерметаллидами или металлидами. Большинство интерметаллидных соединений обладают достаточно высокими температурами плавления, прочностью и твердостью, что позволяет получать на их основе износостойкие, коррозионностойкие и жаростойкие поверхностные слои.
В сложнолегированных сплавах количество образующихся интерметаллидных соединений может быть достаточно велико. В качестве примера будут рассмотрены соединения, образующиеся в системе Ni-Al.
Алюминий со многими металлами (Ni, Co, Ti, Zr и др.) образует многочисленные соединения интерметаллидного типа. Наибольшее распространение в покрытиях, получаемых с помощью газотермического напыления, получили никелиды алюминия или алюминиды никеля NiAl и Ni Al.
Алюминиды и сплавы на их основе представляют интерес для покрытий, работающих при высоких температурах, окислительных средах, в условиях термических ударов. Характеризуются высокой температурой плавления (1400-1600°С) и жаропрочностью при окислении на воздухе до 1200°. Особенно ценны сплавы на основе NiAl и Ni Al комплекснолегированные хромом, вольфрамом, молибденом, кобальтом и др.
При напылении используют как готовые алюминиды (ПН 70 Ю 30; ПН 85 Ю 15 и др.), так и композиционные термореагирующие порошки (НА 67; ПТ НА 01 и др.).
Для получения стабильных свойств напыленных покрытий наиболее целесообразно использовать готовые алюминиды или сплавы на их основе. Однако адгезионная прочность (прочность сцепления с поверхностью) покрытий из готовых алюминидов значительно ниже, чем у термореагирующих порошков (до 30 МПа).
Применяемые композиционные термореагирующие порошки системы Ni-Al образуют алюминиды в результате экзотермической реакции:
Ni + Al = NiAl + Q
3Ni + Al = Ni Al + Q
Полнота протекания реакций зависит от температуры напыляемых частиц и времени их нахождения в реакционной зоне. При создании оптимальных условий реализуется максимальный тепловой эффект реакций. В реальных условиях газотермического напыления трудно добиться полного завершения экзотермических реакций и в покрытиях встречаются все фазы характерные для системы Ni-Al. Наряду с равновесными значительную долю составляют метастабильные фазы, обладающие еще более высокой микротвердостью Ni Al, NiAl, Ni Al , NiAl ).
Упрочняющие фазы металлоидного типа.
Для получения поверхностных слоев различного назначения в настоящее время широко используют металлоидные соединения типа карбидов, боридов, нитридов, оксидов и др. Физико-химические свойства соединений металлоидной группы весьма разнообразны.