ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ • ОБОРУДОВАНИЕ • ИНСТРУМЕНТЫPrint ISSN: 1994-6309 Online ISSN: 2541-819X
Введение. Электролитическое железнение широко применяется для повышения износостойкости и твердости поверхности, а также для восстановления изношенных деталей машин, однако, свойства гальванических покрытий в ходе эксплуатации могут изменяться, и даже длительное старение не приводит к стабилизации свойств. Сокращение времени стабилизации достигается термической обработкой, расчет режимов которой для ультрадисперсных покрытий целесообразно проводить, основываясь на законах диффузии точечных дефектов. Цель работы. Рассчитать эффективный коэффициент диффузии, учитывающий зернограничную диффузию в ультрадисперсном электролитическом железе и на основании его найти режимы термической обработки, необходимые для стабилизации свойств покрытий. Методы исследования. Применялись: растровая и просвечивающая электронная микроскопия – для изучения зеренной структуры и межзеренных границ; термодинамические расчеты – для нахождения коэффициентов диффузии; программа Comsol Multiphysics – для определения температуры и времени, необходимых для стабилизации свойств железа. Результаты и обсуждения. Получено выражение для определения коэффициента эффективной диффузии для электролитического ультрадисперсного железа, учитывающее влияние межзеренных границ. Термодинамические расчеты показали, что, по сравнению с объемным эффективный коэффициент диффузии может быть на два порядка выше и во многом определяется размером зерна. Методом микроструктурного анализа установлены режимы получения ультрадисперсного покрытия с большой долей межзеренных границ и экспериментально подтверждено, что вклад зернограничной диффузии имеет смысл учитывать при размерах зерен менее 100 нм, которые соответствуют жестким режимам осаждения покрытий. Компьютерное моделирование показало, что температура отжига ультрадисперсных железных покрытий может быть снижена на 50 °С по сравнению с ранее известными данными.
Венедиктов Анатолий Николаевич
Овсянников Виктор Евгеньевич
Венедиктов Николай Леонидович
1. Ковенский И.М., Венедиктов А.Н. Старение и стабилизация свойств гальванических покрытий // Омский научный вестник. Серия: Приборы, машины и технологии. – 2010. – № 3. – С. 43–45.
2. Bowen A.W., Leak G.M. Diffusion in BCC iron base alloys // Metallurgical and Materials Transactions. – 1970. – Vol. 1 (10). – P. 2767–2773. – DOI: 10.1007/BF03037813.
3. Study of defect evolution by TEM with in situ ion irradiation and coordinated modeling / M. Li, M.A. Kirk, P.M. Baldo, D. Xu, B.D. Wirth // Philosophical Magazine. – 2012. – Vol. 92. – P. 2048–2078. – DOI: 10.1080/14786435.2012.662601.
4. Полукаров Ю.М. Электродные процессы и методы их изучения. – Киев: Наукова думка, 1979. – 706 с.
5. Немиров-Данченко Л.Ю., Липницкий А.Г., Кулькова С.Е. Исследование вакансий и их комплексов в металлах с ГЦК-структурой // Физика твердого тела. – 2007. – Т. 49, № 6. – С. 1026–1032.
6. Katz J.D., Pickering H.W., Bitler W.R. Low-temperature recrystallization kinetic in nickel electrode-posits // Plating and Surface Finishing. – 1980. – Vol. 67, N 11. – P. 45–49.
7. Горелик С.С., Добаткин С.В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов. – М.: МИСиС, 2005. – 432 с.
8. Технологические параметры стабилизирующей обработки гальванических покрытий / И.М. Ковенский, В.Н. Кусков, А.Н. Венедиктов, И.А. Венедиктова, А.Г. Обухов // Омский научный вестник. – 2012. – № 2. – С. 72–74.
9. Ковенский И.М., Поветкин В.В. О природе внутренних напряжений в электролитических осадках // Журнал прикладной химии. – 1989. – Т. 62, № 5. – С. 37–44.
10. Gao F., Heinisch H., Kurtz R.J. Diffusion of He interstitials in grain boundaries in α-Fe // Journal of Nuclear Materials. – 2006. – Vol. 351. – P. 133–140. – DOI: 10.1016/j.jnucmat.2006.02.015.
11. Smith J.T. Diffusion mechanism for the nickel?activated sintering of molybdenum // Journal of Applied Physics. – 1965. – Vol. 36. – P. 595. – DOI: 10.1063/1.1714036.
12. Shi X., Luo J. Developing grain boundary diagrams as a materials science tool: a case study of nickel-doped molybdenum // Physical review B. – 2011. – Vol. 84. – P. 014105. – DOI: 10.1103/PhysRevB.84.014105.
13. Кан Р.У., Хаазен П.Т. Физическое металловедение. В 3 т. Т. 1. Атомное строение металлов и сплавов. – Изд. 3-е, перераб. и доп. – М.: Металлургия. – 1987 г. – 640 с.
14. Глейтер Г., Чалмерс Б. Большеугловые границы зерен. – М.: Мир, 1974. – 375 с.
15. Бокштейн Б.С., Ярославцев А.Б. Диффузия атомов и ионов в твердых телах. – М.: МИСиС, 2005. – 362 с. – ISBN 5-87623-131-2.
16. Новоселов И.И. Куксин А.Ю., Янилкин А.В. Коэффициент диффузии вакансий и междоузлий вдоль межзеренных границ наклона в молибдене // Физика твердого тела. – 2014. – Т. 56, № 5. – С. 988–994.
17. Свистунов И.Н., Колокол А.С. Анализ межатомных потенциалов для моделирования вакансионной диффузии в концентрированных сплавах Fe-Cr // Компьютерные исследования и моделирование. – 2018. – Т. 10, № 1. – С. 87–101. – DOI: 10.20537/2076-7633-2018-10-1-87-101.
18. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. – М.: Металлургия, 1975. – 208 с.
19. Готтштайн Г. Физико-химические основы материаловедения. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. – 400 с.
20. Kaur I., Mishin Y., Gust W. Fundamentals of grain and interphase boundary diffusion. – 3rd, rev. and enl. ed. – Chichester: Wiley, 1995. – 528 p. – ISBN 978-0-471-93819-4. – DOI: 10.1016/0921-5093(96)80008-6.
21. Mehrer H. Diffusion in solids: fundamentals, methods, materials, diffusion-controlled processes. – Berlin: Springer, 2010. – 651 p. – ISBN 978-3-540-71486-6.
22. Hart E.W. On the role of dislocations in bulk diffusion // Acta Metallurgica. – 1957. – Vol. 5, iss. 10. – P. 597. – DOI: 10.1016/0001-6160(57)90127-X.
23. Belova I.V., Murch G.E. Analysis of the effective diffusivity in nanocrystalline materials // Journal of Metastable and Nanocrystalline Materials. – 2004. – Vol. 19. – P. 25–34. – DOI: 10.4028/www.scientific.net/JMNM.19.25.
24. Maxwell-Garnett C. Colours in metal glasses and in metallic films // Philosophical Transactions of the Royal Society. Ser. A. – 1904. – Vol. 203. – P. 385–420. – DOI: 10.1098/rsta.1904.0024.
25. Wollenberger H.J. Point defects // Physical Metallurgy / ed. by R.W. Cahn, P. Haasen. – Amsterdam: Elsevier, 1996. – Vol. 1. – P. 1621–1721. – ISBN 978-0-444-89875-3. – DOI: 10.1016/B978-044489875-3/50023-5.
26. Полукаров Ю.М. Образование дефектов кристаллической решетки в электроосажденных металлах // Итоги науки. Электрохимия. – М.,1968. – С. 72–113.
27. Ковенский И.М., Поветкин В.В. Электролитические сплавы. – М.: Интермет Инжиниринг, 2003. – 288 с. – ISBN 5-89594-089-7.
Венедиктов А.Н., Овсянников В.Е., Венедиктов Н.Л. Определение эффективного коэффициента диффузии вакансий в ультрадисперсном электролитическом железе и его влияние на режимы термической обработки // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2019. – Т. 21, № 3. – С. 106–114. – DOI:10.17212/1994-6309-2019-21.3-106-114.
Venediktov A.N., Ovsyannikov V.E., Venediktov N.L. Determination of the effective diffusion coefficient of vacancies in ultradispersed electrolytic iron and its effect on heat treatment conditions. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science, 2019, vol. 21, no. 3, pp. 106–114. DOI: 10.17212/1994-6309-2019-21.3-106-114. (In Russian).
