Actual Problems in Machine Building 2018 Vol. 5 No. 1-2

Актуальные проблемы в машиностроении. Том 5. № 1-2. 2018 Материаловедение в машиностроении ____________________________________________________________________ 117 Таблица 3 Фазовый состав газотермических покрытий и исходных проволочных материалов после ионно- плазменного азотирования при 740 К (8 часов) Материал Фазовый состав Проволока Покрытие 40Х13 α-(Fe, Cr), CrN, ε-(Fe, Cr) 2-3 N, γ′-(Fe, Cr) 4 N, γ-(Fe, Cr) α-(Fe, Cr), ε-(Fe, Cr) 2-3 N, γ′-(Fe, Cr) 4 N, CrN, γ-(Fe, Cr), Fe 3 O 4 Lastifil 812 α-(Fe, Cr), CrN, ε-(Fe, Cr) 2-3 N, γ-(Fe, Cr), γ′-(Fe, Cr) 4 N, Mo 2 N α-(Fe, Cr), ε-(Fe, Cr) 2-3 N, CrN, γ′-(Fe, Cr) 4 N, Mo 2 N, γ-(Fe, Cr), Fe 3 O 4 02Х17Н11М2 CrN, γ′ N -(Fe, Cr), ε-(Fe, Cr) 2-3 N, γ′-(Fe, Cr) 4 N, γ-(Fe, Cr), α-(Fe, Cr), Mo 2 N ε-(Fe, Cr) 2-3 N, γ′ N -(Fe, Cr), CrN, γ′-(Fe, Cr) 4 N, γ-(Fe, Cr), α-(Fe, Cr), Mo 2 N, Fe 3 O 4 Пониженная глубина азотированных слоев в проволочных высокохромистых сталях по сравнению с глубиной слоев в газотермических покрытиях из этих сталей связана с относительно более низкой диффузионной подвижностью атомов азота в монолитных материалах. При этом повышенная скорость диффузии атомов азота в напыленных газотермических покрытиях обусловлена высокой концентрацией дефектов кристаллической решетки в матричных фазах покрытий (вакансий, дислокаций), а также пониженным содержанием в них атомов хрома, который существенно снижает диффузионную подвижность атомов азота [11]. Уменьшение концентрации хрома в матричных фазах покрытий связано с окислением хрома в процессе газотермического распыления проволок [11]. В [11] показано, что напыленные металлические частицы покрытия содержат пониженную концентрацию этого легирующего элемента, а оксидные прослойки характеризуются его повышенным содержанием. В частности, на рисунке 6 представлено распределение хрома по глубине поверхностного слоя газотермического покрытия из стали 40Х13, напыленного методом ВМ с использованием пропана. Можно видеть, что в тонких (≈ 1,5-3,0 мкм) металлических прослойках, регистрируется пониженная концентрация хрома, составляющая ≈ 10,0-12,5 масс.% (рисунок 6). При этом, оксидные прослойки, вследствие высокого сродства хрома к кислороду, содержат относительно повышенную концентрацию хрома (до ≈ 23 масс.%), которая существенно (в ≈ 2 раза) превышает его номинальное содержание в исходном проволочном материале (таблица 1, рисунок 6). Принимая во внимание, что в процессе напыления происходит интенсивное окисление частиц распыляемой стали можно полагать, что на металлических частицах малого диаметра (до ≈ 20 мкм), которые характеризуются высокой удельной площадью поверхности (рисунок 7, а ), образуется оксидный слой, составляющий до 30-80 % объема всей частицы (рисунок 7, б ). Таким образом, значительная часть атомов хрома, в газотермическом покрытии, сформированном преимущественно из мелких частиц, будет находиться в оксидных прослойках, а металлические слои будут содержать относительно пониженную концентрацию хрома, что способствует ускорению диффузионного переноса азота в процессе ИПА. Рис. 6. Распределение хрома по глубине ( h ) поверхностного слоя газотермического покрытия из стали 40Х13, полученного методом ВМ с использованием пропана