Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, Санкт-Петербург, Россия

А. В. Сивенков, доцент кафедры материаловедения и технологии художественных изделий (МиТХИ), канд. техн. наук, эл. почта: sivenkov@mail.ru
Д. А. Кончус, ассистент кафедры МиТХИ1, канд. техн. наук, эл. почта: pelagia@bk.ru
Д. В. Гареев, аспирант кафедры МиТХИ1, эл. почта: denis.gareev.1998@mail.ru
Е. И. Пряхин, профессор кафедры МиТХИ1, докт. техн. наук, эл. почта: e.p.mazernbc@yandex.ru

Повышение таких эксплуатационных свойств деталей и конструкций, как стойкость к коррозии и износу, является крайне важной областью материаловедческих исследований. Поверхностное легирование коррозионностойкими элементами (хромом и никелем) позволяет решить эту задачу. Рассмотрено получение хромоникелевых диффузионных покрытий на поверхности углеродистых сталей путем химико-термической обработки из раствора хрома и никеля в эвтектике (Pb – Bi) за счет последовательного и одновременного диффузионного осаждения хрома и никеля. В качестве транспортного расплава выбран эвтектический сплав висмута со свинцом, имеющий температуру плавления 125 °C. Выполнено диффузионное насыщение хромом Х99 и никелем Н-1 образцов из углеродистой стали марок 20, 45 и У8. Проведен металлографический анализ с целью изучения структуры, оценки характера полученных покрытий и выявления закономерностей в зависимости от режима насыщения и обрабатываемого материала. Измерена микротвердость по методу Виккерса. При формировании хромоникелевых покрытий на углеродистых сталях в поверхностных слоях образуется карбидный слой на основе хрома твердостью 1800–2000 HV. Химический состав поверхности обработанных образцов оценивали методом рентгенофлуоресцентного анализа.

1. Sharma Rajan T. V., Sharma C. P., Ashok Kumar Sharma. Heat treatment: principles and techniques. — New Delhi : PHI Learning Pvt., 2011. – 408 p.
2. Volokitina I., Siziakova E., Fediuk R., Kolesnikov A. Development of a thermomechanical treatment mode for stainless-steel rings // Materials. 2022. Vol. 15, Iss. 14. 4930. DOI: 10.3390/ma15144930
3. Bazhin V. Yu., Issa B. Influence of heat treatment on the microstructure of steel coils of a heating tube furnace // Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 249. P. 393–400. DOI: 10.31897/PMI.2021.3.8.
4. Исхаков И. Г., Забиров Ф. Ш. Оценка экономического ущерба в нефтегазовой отрасли, наносимого коррозией оборудования // Вопросы современной науки: проблемы, тенденции и перспективы: Материалы IV Международной научно-практической конференции, Новокузнецк, 03–04 декабря 2020 года. — Новокузнецк : Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева, 2020. С. 139–143.
5. Popov G., Bolobov V., Zhuikov I., Zlotin V. Development of the kinetic equation of the groove corrosion process for predicting the residual life of oilfield pipelines // Energies. 2023. Vol. 16. 7067. DOI: 10.3390/en16207067
6. Пономарев А. И., Юсупов А. Д. Оценка влияния касательного напряжения на стенке технологических трубопроводов газоконденсатного месторождения на интенсивность углекислотной коррозии // Записки Горного института. 2020. Т. 244. С. 439–447. DOI: 10.31897/PMI.2020.4.6
7. Болобов В. И., Попов Г. Г. Методика испытаний трубопроводных сталей на стойкость к «ручейковой» коррозии // Записки Горного института. 2021. Т. 252. С. 854–860. DOI: 10.31897/PMI.2021.6.7
8. Бобылёв Э. Э., Стороженко И. Д., Маторин А. А., Марченко В. Д. Особенности формирования Ni-Cr-покрытий, полученных диффузионным легированием из среды легкоплавких жидкометаллических растворов // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). 2023. Т. 25. № 4. С. 232–243. DOI: 10.17212/1994-6309-2023-25.4-232-243
9. Kantyukov R. R., Zapevalov D. N., Vagapovn R. K. Analysis of the application and impact of carbon dioxide media on the corrosion state of oil and gas facilities // Journal of Mining Institute. 2021. Vol. 250. P. 578–586. DOI: 10.31897/PMI.2021.4.11
10. Гурьев А. М., Иванов С. Г., Гармаева И. А. Диффузионные покрытия сталей и сплавов. — Барнаул : НИЦ «Системы управления», 2013. — 221 с.
11. Петрова Л. Г., Александров В. А., Демин П. Е. Повышение стойкости к изнашиванию деталей из углеродистых сталей комбинированными методами диффузионного поверхностного легирования // Вестник Московского автомобильно-дорожного государственного технического университета (МАДИ). 2017. № 2 (49). С. 29–40.
12. Михайлов А. В., Пряхин Е. И., Сивенков А. В. Технологические особенности поверхностного легирования металлических изделий Cr-Ni комплексами в среде расплавов легкоплавких металлов // Черные металлы. 2023. № 2. С. 58–65.
13. Sokolov A. G., Bobylyov E. E. Diffusion saturation by titanium from liquidmetal 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
14. Соколов А. Г., Артемьев В. П. Влияние диффузионной металлизации в среде легкоплавких растворов на коррозионное растрескивание конструкционных сталей // Вопросы материаловедения. 2007. № 3 (51). С. 286–292.
15. Щербединский Г. В. Физические аспекты формирования многофазных покрытий на металлических материалах // МиТОМ. 2002. № 10. С. 29–30.
16. Ermakov S. B., Ermakov B. S., Vologzhanina S. A., Sleptsov O. I. Investigation of material properties for cryogenic products, produced by additive manufacturing techniques // Metallurgist. 2023. Vol. 67, Iss. 5. P. 644–651. DOI: 10.1007/s11015-023-01552-x
17. Максаров В. В., Халимоненко А. Д., Олт Ю. Р. Повышение эффективности вторичной переработки металлов в металлургическом производстве // Черные металлы. 2021. № 3. C. 45–51.
18. 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
19. ГОСТ 1050–2013. Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия. — Введ. 01.01.2015.
20. ГОСТ 1435–99. Прутки, полосы и мотки из инструментальной нелегированной стали. Общие технические условия. — Введ. 01.09.2001.
21. Huang S., Rui Z., Xie Z. Mechanism of oxide film removal and analysis of diffusion behavior of interfacial elements during magnetic pulseassisted semi-solid brazing // Journal of Materials Processing Technology. 2023. Vol. 318. 118030. DOI: 10.1016/j.jmatprotec.2023.118030
22. ГОСТ 3778–98. Свинец. Технические условия. — Введ. 01.07.2001.
23. ГОСТ 10928–90. Висмут. Технические условия. — Введ. 01.01.1992.
24. Chen L., Chen P., Zhang D. Thermodynamic simulation of complex Pb−Bi concentrate oxidative bath smelting process // Transactions of Non-ferrous Metals Society of China. 2021. Vol. 31. P. 1165–1174. DOI: 10.1016/S1003-6326(21)65569-3
25. Yoon S. W., Lee H. M. A thermodynamic study of phase equilibria in the Sn-Bi-Pb solder system // Calphad. 1998. Vol. 22, Iss. 2. P. 167–178.
26. Чаевский М. И. О некоторых направлениях в научных исследованиях, посвященных взаимодействию деформируемого металла с жидким легкоплавким металлом // Сопротивление материала в агрессивных средах. 1979. Вып. № 94. С. 23–43.
27. ГОСТ 849–2018. Никель первичный. Технические условия. — Введ. 01.06.2019.
28. ГОСТ 5905–2004. Хром металлический. Технические требования и условия поставки. — Введ. 01.07.2005.
29. Пат. 2711701 C1 РФ. Установка для нанесения покрытий в среде легкоплавких материалов / Сивенков А. В., Михайлов А. В., Кончус Д. А., Пряхин Е. И. ; заявл. 03.04.2019 ; опубл. 21.01.2020.
30. Mikhailov A. V., Sivenkov A. V., Chirkova O. S., Konchus D. A. Development of flux for protection of the surface of liquid-metallic low-melting-point fusible melt // Key Engineering Materials. 2020. Vol. 854. P. 126–132.
31. Подковырова А. Д. Анализ коррозионного состояния технического оборудования // E-SCIO. 2021. № 10(61). С. 23–28.
32. ГОСТ 380–2005. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки. — Введ. 01.01.2008.
33. Соколов А. Г., Иосифов В. В., Схиртладзе А. Г. Технологии формирования требуемых механических и физико-химических свойств поверхностей изделий в машиностроении. — Краснодар : Юг, 2016. — 212 с.
34. ГОСТ 2999–75. Металлы и сплавы. Метод измерения твердости по Виккерсу. — Введ. 01.07.1976.
35. Mehrer H. Diffusion in Solid. — Springer, 2007. — 645 p.
36. Vologzhanina S., Peregudov A. Research of properties of austenitic steels // Key Engineering Materials. 2021. Vol. 887. P. 242–246. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.887.242
37. Костина М. В., Ригина Л. Г., Костина В. С., Кудряшов А. Э. и др. Обзор исследований коррозионностойких сталей на основе Fe – ~13 % Cr: термическая обработка, коррозионная- и износостойкость // Известия вузов. Черная Металлургия. 2023. Т. 66. № 1. С. 8–26. DOI: 10.17073/0368-0797-2023-1-8-26
38. Olt J. J., Maksarov V. V., Petrishin G. V., Panteleyenko Е. F. et al. Magnetic abrasive machining of hard workpieces by new diffusion-alloyed materials // Russian Engineering Research. 2023. Vol. 43. P. 314–318. DOI: 10.3103/S1068798X23030243