Deposition of titanium silicide on stainless steel AISI 304 surface

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ Том 24 № 4 2022 128 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Металлокерамические (MК) материалы являются разновидностью металломатричных композитов и сочетают в своем составе металлическую матрицу, армированную частицами керамики. Керамические фазы обеспечивают высокую твердость, а относительно мягкая матрица удерживает керамику и придает такой композиции высокую трещиностойкость и прочность. МК материалы обладают высокой устойчивостью к абразивным воздействиям [4]. Существует два пути получения МК структуры: внедрение керамических частиц в металлическую матрицу или кристаллизация твердых фаз из расплава [5]. МК покрытия привлекают большое внимание исследователей из-за их высокой твердости, износостойкости и коррозионной устойчивости [6]. Одним из перспективных армирующих соединений является силицид титана Ti5Si3, обладающий высокой температурой плавления, высокой жаропрочностью и стойкостью к высокотемпературному окислению [7,8]. Так, в работе [9] показано, что покрытие с Ti5Si3 сохранялось в условиях циклического окислении при 900 °C в течение 1000 ч. Благодаря сильной ковалентной атомной связи Ti5Si3 обладает высокой твердостью и устойчив в условиях абразивного и адгезионного изнашивания [10]. Ранее мы показали возможность одностадийного нанесения покрытий на основе силицида титана Ti5Si3 электроискровой обработкой (ЭИЛ) титанового сплава нелокализованным анодом из титановых гранул с добавлением порошка кристаллического кремния [11]. Полученные покрытия обладали высокой износостойкостью и жаростойкостью при температуре 900 оС. Было показано, что фаза Ti5Si3 формируется при взаимодействии кремния с расплавом титана в микрованне разряда. Причем данное взаимодействие может происходить как на поверхности гранул, так и на титановом катоде. В случае обработки стали AISI 304 может реализовываться только первый вариант, поэтому ключевую роль будет играть перенос Ti-Si материала с титановых гранул на поверхность нержавеющей стали. Как известно, в основе ЭИЛ лежит явление полярного переноса материала с анода на катод, который заключается в выбросе очень горячих микрочастиц электродного материала в микрованну расплава на катоде, перемешиванию этих материалов и быстрому застыванию после окончания разряда [12]. Полярный перенос соблюдается, если эрозия анода превышает эрозию катода в процессе ЭИЛ. От степени полярности будет зависеть доля элементов анода в покрытии и его толщина. Критерий полярности положительно коррелирует с теплофизическими свойствами материалов электродной пары, однако кроме этого на него влияет множество факторов [13]. Поэтому установление полярного переноса и его степени достигается эмпирическим путем. Целью настоящей работы является изучение структуры поверхностного слоя нержавеющей стали AISI 304 после ЭИЛ в смеси титановых гранул с порошком кремния и исследование жаростойкости, коррозионных и триботехнических свойств полученных покрытий. Методика исследований Предварительные эксперименты показали, что в случае анодной смеси из титановых гранул и порошка кремния положительный привес катода не наблюдался. Для достижения положительного привеса катода в анодную смесь постепенно добавлялся титановый порошок, поскольку он обладает лучшей электропроводностью по сравнению с кремнием. Частицы титана выполняют функцию контактных мостиков среди частиц кремния и снижают сопротивление системы. Содержание титанового порошка в шихте постепенно повышали, пока не начал наблюдаться стабильный привес катода. Таким образом, концентрация кремния в порошковой смеси составила 31,6 об.%. Гранулы из титанового сплава ВТ1-00 и порошковая шихта в различных соотношениях (табл. 1) засыпались в металлический контейнер, подсоединённый к положительному выводу генератора импульсов, и соответственно гранулы выступали в качестве анода. Порошок кремния марки ПК имел средний размер частиц 10 мкм. Покрытия наносились на подложку из нержавеющей стали AISI304 в форме цилиндра диаметром 12 мм и высотой 10 мм (табл. 2). Подложка подключалась к отрицательному выводу генератора импульсов. Генератор разрядных импульсов IMES-40 вырабатывал импульсы тока прямоугольной формы амплитудой 110 A при напряжении 30 В и длительностью 100 мкс с периодом 1000 мкс. В рабочий объем контейнера подавался аргон со скоростью 10 л/мин для

RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1