Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия

В. Г. Шморгун, профессор кафедры материаловедения и композиционных материалов (МиКМ), докт. техн. наук, эл. почта: vgshmorgun@mail.ru
В. П. Кулевич, доцент кафедры МиКМ, канд. техн. наук, эл. почта: kulevich.vp@gmail.com; mv@vstu.ru
А. И. Богданов, доцент кафедры МиКМ, канд. техн. наук, эл. почта: bogdanov@vstu.ru

Исследована тепло- и электропроводность сплава Х15Ю5, алитированного погружением в расплав силумина АК12, после длительной термической обработки (ТО) при температуре, близкой к эксплуатационной (1100 °C). Показано, что ТО алитированного сплава в течение 20 ч приводит к формированию покрытия толщиной ~260 мкм переменного состава, изменяющегося от поверхности к основе в следующей последовательности FeAl(Cr, Si) → Fe₃Al(Cr, Si) → Fe(Al, Cr, Si). Увеличение длительности ТО до 100 ч сопровождается трансформацией фазового состава поверхности покрытия до твердого раствора переменного состава на основе α-Fe. Микротвердость поверхности покрытия снижается в процессе ТО от 3,5 до 2,4 ГПа через 1000 ч. Установлено, что длительные высокотемпературные нагревы сплава Х15Ю5 с алюминидным покрытием по сравнению с чистым сплавом приводят к снижению его коэффициента теплопроводности на 10–12 % за счет диффузионного перераспределения компонентов, входящих в состав покрытия. Показано, что алюминидное покрытие на поверхности сплава Х15Ю5 повышает удельное электрическое сопротивление образца на 0,2 Ом·мм²/м, а высокотемпературная обработка способствует дополнительному повышению и стабилизации сопротивления на уровне выше 1,55 Ом·мм²/м. Ввиду высокого удельного электрического сопротивления сплава Х15Ю5 с алюминидным покрытием и стабильности его свойств в процессе высокотемпературных нагревов он является перспективным для применения в качестве нагревательных элементов.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-79-01245, https://rscf.ru/project/23-79-01245/.

1. Dong Z. H. et al. Vaporization of Ni, Al and Cr in Ni-base alloys and its influence on surface defect formation during manufacturing of singlecrystal components // Metallurgical and Materials Transactions A. 2020. Vol. 51, Iss. 1. P. 309–322.
2. He X. et al. High emissivity coatings for high temperature application: progress and prospect // Thin Solid Films. 2009. Vol. 517. No. 17. P. 5120–5129.
3. Speiser R., Johnston H. L., Blackburn P. Vapor pressure of inorganic substances. III. Chromium between 1283 and 1561° K // Journal of the American Chemical Society. 1950. Vol. 72. No. 9. P. 4142, 4143.
4. Shi C., Daun K. J., Wells M. A. Evolution of the spectral emissivity and phase transformations of the Al–Si coating on Usibor® 1500P steel during austenitization // Metallurgical and Materials Transactions B. 2016. Vol. 47, Iss. 6. P. 3301–3309.
5. Панков В. П. и др. Исследование закономерностей формирования диффузионных покрытий на современных жаропрочных никелевых сплавах // Ползуновский вестник. 2020. № 1. С. 124–129.
6. Reddy B. V., Deevi S. C. Thermophysical properties of FeAl (Fe–40 at.% Al) // Intermetallics. 2000. Vol. 8, Iss. 12. P. 1369–1376.
7. Deevi S. C. Powder processing of FeAl sheets by roll compaction // Intermetallics. 2000. Vol. 8, Iss. 5-6. P. 679–685.
8. Panas A. J., Senderowski C., Fikus B. Thermophysical properties of multiphase Fe–Al intermetallic-oxide ceramic coatings deposited by gas detonation spraying // Thermochimica Acta. 2019. Vol. 676. P. 164–171.
9. Palm M., Stein F., Dehm G. Iron aluminides // Annual Review of Materials Research. 2019. Vol. 49. P. 297–326.
10. Кректулева Р. А. и др. Исследование теплофизических процессов в контактирующей паре материалов СтЗ–Al при аргонодуговой сварке неплавящимся электродом // Физическая мезомеханика. 2015. Т. 18. № 3. С. 92–100.
11. Lilly A. C., Deevi S. C., Gibbs Z. P. Electrical properties of iron aluminides // Materials Science and Engineering: A. 1998. Vol. 258, Iss. 1-2. P. 42–49.
12. Pazourek A., Pfeiler W., Šíma V. Dependence of electrical resistivity of Fe–Al alloys on composition // Intermetallics. 2010. Vol. 18, Iss. 7. P. 1303–1305.
13. Kass M. et al. The formation of defects in Fe–Al alloys: electrical resistivity and specific heat measurements // Intermetallics. 2002. Vol. 10, Iss. 10. P. 951–966.
14. Liu W. et al. The effective mass, vibration and electromagnetic properties of tetragonal iron aluminide FeAl2 // Ceramics International. 2021. Vol. 47, Iss. 2. P. 1766–1771.
15. Ejenstam J. et al. Microstructural stability of Fe–Cr–Al alloys at 450–550 C // Journal of Nuclear Materials. 2015. Vol. 457. P. 291–297.
16. Пугачева Н. Б., Экземплярова Е. О., Задворкин С. М. Влияние алюминия на структуру и физические свойства сплавов Fe–Cr–Al // Металлы. 2006. № 1. С. 68–75.
17. ГОСТ 12766.2–90. Лента из прецизионных сплавов с высоким электрическим сопротивлением. Технические условия. — Введ. 01.01.1991.
18. ГОСТ 1583–93. Сплавы алюминиевые литейные. Технические условия. — Введ. 01.01.1997.
19. Шморгун В. Г., Кулевич В. П., Богданов А. И. Структура и свойства алитированных сплавов системы Fe–Cr–Al // Черные металлы. 2022. № 8. C. 47–52.
20. Ruirui Wanga, Xiao Zhanga, Huaiyu Wanga, Jun Nia. Phase diagrams and elastic properties of the Fe–Cr–Al alloys: A firstprinciples based study // Calphad. 2019. Vol. 64. P. 55–65.
21. Zi-Kui Liu, Y. Austin Chang. Thermodynamic assessment of the Al–Fe–Si system // Metallurgical and Materials Transactions. 1999. Vol. 30A. P. 1081–1095.
22. Мазин А. A., Корнеев А. A., Галкин А. A. Применение нагревательных элементов для жидкокристаллических индикаторов // Радиопромышленность. 2018. Т. 28. № 2. С. 90–93.