Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 122 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФЦП нице происходит изменение фазового состава сме- си. Образуется магнезиальный силикат с формулой Mg 2 [SiO 4 ]. По литературным данным, образование магнезиального силиката происходит при нагрева- нии серпентина за счет потери воды [8]. Следова- тельно, в процессе смешивания при взаимодействии порошка железа и серпентина происходят процессы, приводящие к выделению энергии, эквивалентной температуре 500 ºС и выше. Выделение тепла может происходить за счет локальных флуктуаций темпера- туры на контактных площадках поверхности частиц железного порошка и серпентина при их соударении и трении, а также за счет домола спиралевидных ча- стиц серпентина на меньшие фрагменты [6]. Металлографический анализ показал, что окаты- ши состоят из частиц железа, окруженных частицами серпентина. Измельченные частицы серпентина об- разуют на поверхности частиц железа тонкий слой, повторяющий морфологию поверхности. Остальной порошок серпентина не имеет когезионной связи с частицами железа и при приготовлении шлифа от- деляется от окатышей. Скорее всего, изменение со- става серпентина с формированием магнезиального силиката происходит непосредственно на поверх- ности частиц железа, а именно в сформировавшемся тонком поверхностном слое геомодификатора. Механическое смешивание порошка серпентина, железа и стальных шариков приводит к формирова- нию на поверхности шариков покрытия серо-зеленого цвета со значительно большей плотностью, чем исхо- дный порошок (см. рис. 1, в ). От поверхно- сти шариков оно отделяется в виде чешуек. Рентгенофазовый анализ отделенных чешуек покрытия показал, что в них, по сравнению с исходной смесью порошков, значительно снижается объемная доля α-Fe, это указывает на то, что формирование по- крытия происходит в основном за счет ча- стиц серпентина. Наряду с этим меняется фазовый состав покрытия. В нем, как и в окатышах, образуется магнезиальный си- ликат. О подобных превращениях при фор- мировании металлосиликатных покрытий на поверхности стальных деталей писали мно- гие авторы. Однако большинство из них ука- зывали на дальнейшее изоморфное превра- щение магнезиального силиката Mg 2 [SiO 4 ] в железистый силикат Fe 2 [SiO 4 ] за счет замены атомов марганца на отделяемые от кристал- лической решетки основы атомы железа [7]. Как видно по результатам РФА, при форми- ровании покрытия на стальных шариках по предложенной в работе методике подобного превращения не происходит. Оптическая микроскопия нетравленых поперечных шлифов показала, что на поверхности шариков всех размеров формируется покрытие с адге- зионной и когезионной связями (рис. 3). Покрытие об- разуется как на полированных, так и на обработанных САО поверхностях. Толщина покрытия составляет от 20 до 40 мкм. Покрытие представляет собой уплотнен- ный слой из частиц серпентина размером в несколько микрон. В покрытии присутствуют частицыжелеза раз- мером в несколько микрон, скорее всего, отделившиеся от частиц порошка железа в процессе смешивания. Материал покрытия заполняет все впадины и не- ровности, сформировавшиеся на границе раздела. Не- ровности металлической основы формируются как в результате предварительной обработки поверхности, так и при пластической деформации непосредственно в процессе смешивания. Граница раздела «покрытие – полированная основа» нелинейна (рис. 3, а ). Граница искривлена локальными включениями серпентина в поверхностный и подповерхностный слой стали. Гра- ница раздела «покрытие – основа с САО» имеет ха- рактерный вид, образованный из впадин и выступов (рис. 3, б ). Выступы частично сглажены пластиче- ской деформацией. Материал покрытия заполняет все впадины поверхностного слоя и образует локальные включения в приповерхностном слое основы. Для анализа адгезии покрытия и основы была проведена оптическая микроскопия поверхности шариков после отделения покрытия и отделившихся фрагментов покрытия (рис. 4). Рис. 2 . Оптическое изображение исходной смеси 50 об. % серпентина и 50 об. % железа: а – после ручного перемешивания; б – после 336 ч смешивания в шаровой мельнице Рис. 3 . Микроструктура покрытия: а – на полированном шарике; б – на шарике с САО