Санкт-Петербургский горный университет, Санкт-Петербург, Россия:

Е. И. Пряхин, заведующий кафедрой материаловедения и технологии художественных изделий (МиТХИ), докт. техн. наук, эл. почта: e.p.mazernbc@yandex.ru
А. В. Михайлов, аспирант кафедры МиТХИ, эл. почта: s195084@stud.spmi.ru
А. В. Сивенков, доцент кафедры МиТХИ, канд. техн. наук, эл. почта: sivenkov@mail.ru

Одним из перспективных направлений эффективного повышения эксплуатационных характеристик стальных изделий, работающих в условиях одновременного воздействия коррозионной среды и истирающих нагрузок, является использование технологии поверхностного легирования в среде расплавов легкоплавких металлов, позволяющей формировать на их поверхности стойкие диффузионные покрытия с заданными характеристиками. Несмотря на то что механизм диффузионного насыщения из жидкометаллической среды известен достаточно давно, указанная технология ограниченно применяется в реальном производстве по причине высокой стоимости используемых специальных вакуумных установок, сложности их эксплуатации и обслуживания. Применение открытых нагревательных устройств не позволяет получать бездефектные сплошные покрытия — легированные поверхностные слои, из-за процесса высокотемпературного окисления поверхности изделий и жидкометаллической транспортной среды. В предшествующих исследованиях была предложена концепция защиты транспортного расплава и обрабатываемого изделия за счет применения высокотемпературных флюсов, однако, несмотря на возросшее качество защищаемой поверхности изделия и транспортного расплава, полноценной защиты от окисления обеспечить не удалось. Поэтому с целью повышения эффективности защиты от окисления в данном исследовании предложено совместное применение высокотемпературных флюсов и продувки реакционной камеры установки инертным газом. В результате проведенной работы существующая экспериментальная установка дооснащена системой подачи защитного газа, что позволило полностью исключить наличие оксидных образований в процессе нагрева изделия в жидкометаллической среде и получить равномерные, сплошные и бездефектные диффузионные покрытия на основе Cr и Ni на поверхности образцов из стали марки 1020 (Ст20), способные обеспечить повышенные характеристики стойкости к коррозии и износу.

1. Bolobov V., Chupin S., Bochkov V., Akhmerov E., Plaschinskiy V. The effect of finely divided martensite of austenitic high manganese steel on the wear resistance of the excavator buckets teeth // Key Engineering Materials. 2020. Vol. 854. P. 3–9. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.854.3.
2. Захарова А. А., Войтеховский Ю. Л. Методика прогнозирования обогатимости апатитовых руд (Кировский рудник, Кольский полуостров) // Обогащение руд. 2022. № 1. С. 27–30. DOI: 10.17580/or.2022.01.05.
3. Слободов А. А, Сырков А. Г., Ячменова Л. А., Кущенко А. Н., Прокопчук Н. Р., Кавун В. С. Влияние температуры на твердотельный гидридный синтез металлов по данным термодинамического моделирования // Записки Горного института. 2019. Т. 239. С. 550. DOI: 10.31897/pmi.2019.5.550.

4. Бааке Э., Шпенст В. А. Последние научные исследования в сфере электротермической металлургической обработки // Записки Горного института. 2019. Т. 240. С. 660. DOI: 10.31897/pmi.2019.6.660.
5. Kasyanov A., Belousov A., Popov G. Determination of factors affecting on grooving corrosion // Topical Issues of Rational Use of Natural Resources. 2019. Vol. 1. P. 393–399. DOI: 10.1201/9781003014577-49.
6. Бажин В. Ю., Александрова Т. А., Котова Е. Л., Суслов А. П. Современный взгляд на аномалии в группах металлов Периодической системы Д. И. Менделеева // Записки Горного института. 2019. Т. 239. С. 520. DOI: 10.31897/pmi.2019.5.520.
7. Соколов А. Г. Разработка теоретических и технологических основ повышения стойкости режущего и штампового инструмента за счет диффузионной металлизации из среды легкоплавких жидкометаллических растворов : дис. … докт. техн. наук. — Краснодар, 2008. — 384 с.
8. Михайлов А. В., Сивенков А. В., Сердюк Н. А., Пряхин Е. И. Разработка экспериментальной установки поверхностного легирования из среды легкоплавких металлических расплавов // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2020. № 5. С. 9–14.
9. Бажин В. Ю., Исса Б. Влияние термической обработки на микроструктуру стальных змеевиков нагревательной трубчатой печи // Записки Горного института. 2021. Т. 249. С. 393–400. DOI: 10.31897/PMI.2021.3.8.
10. Vologzhanina S., Peregudov A. Research of properties of austenitic steels // Key Engineering Materials. 2021. Vol. 887, Iss. 887. P. 242–246. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.887.242.
11. Максаров В. В., Горшков И. В., Халимоненко А. Д. Повышение работоспособности многолезвийного инструмента на основе селективного оснащения режущей керамикой // Черные металлы. 2022. № 6. С. 75–80. DOI: 10.17580/chm.2022.06.12.
12. ГОСТ 3778–98. Свинец. Технические условия. — Введ. 01.07.2001.
13. ГОСТ 10928–90. Висмут. Технические условия. — Введ. 01.01.1992.
14. ГОСТ 5905–2004. Хром металлический. Технические требования и условия поставки. — Введ. 01.07.2005.
15. Шатинский В. Ф., Збожная О. М., Максимович Г. Г. Получение диффузионных покрытий в среде легкоплавких металлов. — Киев : Наукова думка, 1976. — 97 с.
16. Sokolov A. G., Bobylyov E. E. Diffusion saturation by titanium from liquid-metal media as way to increase carbide-tipped tool life // Solid State Phenomena. 2017. Vol. 265. P. 181–186. DOI: 10.4028/www.scientific.net/SSP.265.181.
17. Артемьев В. П. Разработка научных и технологических основ химико-термической обработки сталей в жидкометаллических расплавах : дис. … канд. техн. наук. — Краснодар : КубГТУ, 2001. — 346 с.
18. Соколов А. Г., Иосифов В. В., Схиртладзе А. Г. Технологии формирования требуемых механических и физико-химических свойств поверхностей изделий в машиностроении : учеб. пособие. — Краснодар : «Издательский Дом – ЮГ», 2016. — 212 с.
19. Serdiuk N., Pryakhin E., Sivenkov A. Technological basis for the process of application of diffusion coatings in liquid metal melts with use of electric furnaces with air atmosphere // CIS Iron and Steel Review. 2022. Vol. 23. P. 61–66. DOI: 10.17580/cisisr.2022.01.12.
20. Семенычев В. В., Панарин А. В. Применение склерометрии для повышения информативности измеряемых характеристик хромовых и никелевых покрытий // Новости материаловедения. Наука и техника. 2016. № 3 (21). С. 37–45.
21. Гоголинский К. В., Решетов В. Н., Усеинов А. С. Измерения твердости в субмикро- и нанометровом диапазонах линейных размеров // Мир измерений. 2010. № 8. С. 41–47.
22. Chen L., Chen P., Zhang D. Thermodynamic simulation of complex Pb−Bi concentrate oxidative bath smelting process // Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2021. Vol. 31. P. 1165–1174. DOI: 10.1016/S1003-6326(21)65569-3.
23. Соколов Е. Г., Артемьев В. П. Влияние пор в порошковых материалах на формирование диффузионных титановых и хромовых покрытий // МиТОМ. 2002. № 10. С. 42, 43.
24. Никитин В. И. Физико-химические явления при воздействии жидких металлов на твердые. — М. : Атомиздат, 1967. — 442 с.
25. Bolobov V. I., Chupin S. A., Bochkov V. S., Akhmerov E. V., Plaschinskiy V. A. The effect of finely divided martensite of austenitic high manganese steel on the wear resistance of the excavator buckets teeth // Key Engineering Materials. 2020. Vol. 854, Iss. 10. P. 3–9. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.854.3.
26. Sivenkov A. V., Konchus D. A., Mihailov A. V., Chirkova O. S. Development of flux for protection of the surface of liquid-metallic low-meltingpoint fusible melt // Key Engineering Materials. 2020. Vol. 854.
P. 126–132. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.854.126.
27. Pimentel N. B., Mastelaro V., M'Peko J., Martin S. W. et al. Structural and electrical characterization of glasses in the Li₂O-CaO-B₂O₃ system // Journal of Non-Crystalline Solids. 2018. Vol. 499. P. 272–277. DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2018.07.024.
28. Shakhnazarov K. Y. Property anomalies of unalloyed pre-eutectoid steel melts at ~0.5% C as a consequence of the intermediate Fe₄₂C Phase // Steel in Translation. 2020. Vol. 50, Iss. 4. P. 261–265. DOI: 10.3103/S0967091220040087.
29. Bezlyudnaya V., Kondrashov V., Frolova N., Gorokhovskii V. The effect of a protective gas atmosphere on the reducing potential of the melt tank // Glass and Ceramics – GLASS CERAM-ENGL TR. 2002. Vol. 59. P. 264–266. DOI: 10.1023/A:1020995632548.
30. Ţunea D., Mircea B. Research on argon protection when using WIG welding // Advanced Materials Research. 2014. Vol. 1029. P. 20–24. DOI: 10.4028/www.scientific.net/AMR.1029.20.
31. Shpil’rain E., Skovorod’ko S., Mozgovoi A. The solubility of inert gases in liquid-metal heat-transfer agents // High Temperature. 2000. Vol. 38. P. 384–388. DOI: 10.1007/BF02755996.
32. Liu R. L., Yan M. F., Qiao Y. Preparation and corrosion resistance of low temperature thermal diffusion layer on stainless steel // Cailiao Rechuli Xuebao. Transactions of Materials and Heat Treatment. 2016. Vol. 37, Iss. 6. P. 1–9.
33. Takashi Y., Michihisa F., Yoshiyuki S. Formation of Si diffusion layer on SUS430 and SUS304 steels and high temperature corrosion resistance // Journal of the Japan Institute of Metals. 2007. Vol. 71. P. 528–533. DOI: 10.2320/jinstmet.71.528.
34. Ivanov R., Ivanova T. Diffusion coatings as corrosion inhibitors // Acta Scientifica Naturalis. 2016. Vol. 3, Iss. 1. P. 39–43. DOI: 10.1515/asn-2016-0006.
35. Kashkarov E., Sidelev D., Syrtanov M. S., Тang Ch. Oxidation kinetics of Cr-coated zirconium alloy: Effect of coating thickness and microstructure // Corrosion Science. 2020. Vol. 175. 108883. DOI: 10.1016/j.corsci.2020.108883.
36. Zgonnik P. V., Kuzhaeva A. A., Berlinskiy I. V. The study of metal corrosion resistance near weld joints when erecting building and structures composed of precast structures // Applied Sciences. 2022. Vol. 12, Iss. 5. P. 2518–2530.
37. Vologzhanina S., Ermakov S., Ermakov B. Features of obtaining Ni-Cr-Fe alloy powders by plasma atomization // Materials Science Forum. 2021. Vol. 1040. P. 1–7. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.1040.1.
38. Nikitina V. O., Serdiuk N. A., Konchus D. A. Creating a model of diffusion deposition of metal coatings from melts of low-melting metals // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 560, Iss. 1. P. 1–6. DOI: 10.1088/1757-899X/560/1/012188.
39. ГОСТ Р 9.905–2007. Единая система защиты от коррозии и старения. Методы коррозионных испытаний. — Введ. 01.07.2009.