М.С. ЮРЛОВА Научный руководитель – В.Л. ЯКУШИН, д.ф.

М.С. ЮРЛОВА
Научный руководитель – В.Л. ЯКУШИН, д.ф.-м.н, с.н.с.
Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ ПОТОКАМИ ИМПУЛЬСНОЙ ГАЗОВОЙ
ПЛАЗМЫ НА КОРРОЗИОННУЮ СТОЙКОСТЬ УГЛЕРОДИСТЫХ
И НИЗКОЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Исследовано влияние плакирования быстрозакаленными лентами-припоями и
обработки потоками высокотемпературной импульсной плазмы (ВТИП) на структурно-фазовое состояние и коррозионные свойства сталей марок Ст.3, Ст.20 и
20ХГНМ. Показано, что при воздействии ВТИП в приповерхностном слое формируется структура, приводящая к изменению коррозионной стойкости образцов.
Целью работы являлось выявление закономерностей повышения коррозионной стойкости мало- и средне- углеродистых и низколегированных
сталей применительно к изделиям атомной техники, вследствие плакирования поверхности аморфными металлическими сплавами и последующей
обработки потоками высокотемпературной импульсной плазмы.
Плакирование образцов из сталей марок Ст.3, Ст.20 и 20ХГНМ проводилось лентами из быстрозакаленного сплава-припоя на основе никеля
марки СТЕМЕТ1305 (Ni (основа) – 18% Cr – 10% Si). Исследования микроструктуры и рентгеноспектральный анализ показали, что в результате образуется
трехфазная структура: равноосные зерна
(1), межзеренная прослойка (2), насыщенная кремнием и мелкодисперсные выделения (3) карбосилицидов хрома и никеля
типа (Cr3,Ni2)(Si,C) (Рис. 1). В целом поверхность обогащается железом. Уменьшение времени выдержки при максимальной
Рис.1. Микроструктура потемпературе во время плакирования привоверхности стали 20ХГНМ
дит к снижению количества хрупких фаз
после плакирования сплавом
(карбосилицидов и межзеренной прослойСТЕМЕТ 1305 (∆t=1 мин)
ки), так у образцов с ∆t=1 мин объем прослойки в 1,5 раза меньше, чем у образцов с ∆t=3 мин. Установлено, что
оптимальным является режим плакирования с выдержкой образца при
максимальной (1150°С) в течение 1мин для получения наиболее однородных по структуре, составу и практически бездефектных поверхностных
слоев с хорошей адгезией с подложкой.
Образцы обрабатывались потоками импульсной ( и ~20 мкс) азотной
плазмы с плотностью энергии падающего потока q, изменяющейся в интервале от 22 до 31 Дж/с в установке типа типа Z-пинча  «Десна-М» [1].
В результате плазменной обработки рельеф значительно сглаживается,
происходит плавление поверхностных слоев, образуется ячеистая структура с характерным размером ячеек 100-200 нм. Однако образцы, содержащие большое количество хрупких фаз подвергались интенсивному растрескиванию, обусловленному возникновению термических напряжений.
Установлено, что с уменьшением времени выдержки образца при максимальной температуре увеличивается степень разглаживания поверхности и однородность состава по поверхности образца после обработки
ВТИП. Плотность потоков энергии и суммарное энерговыделение также
влияют на сглаживание рельефа и перемешивание элементов в приповерхностном слое. Показано, что оптимальным является режим обработки
с последовательным увеличением плотности энергии потоков по 2 импульса в цикле при каждой плотности энергии: Q1=22 Дж/см2 +
Q2=25 Дж/см2 + Q3=28 Дж/см2 образца, плакированного с выдержкой при
нагреве ∆t = 1 мин.
Коррозионные испытания проводились
по модернизированному методу АМУ на
основе ГОСТ 6032–2003. Образцы выдерживались в течение 8 ч в кипящем водном
растворе, содержащем 120 г/дм3 CuSO4 и
120 см3/дм3 H2SO4. Исследования показали,
что коррозионное разрушение плакированных образцов, происходит по межзеренной
прослойке (Рис. 2), а при достижении
агрессивной средой подложки скорость Рис. 2 Микроструктура образца из стали 20ХГНМ, плакикоррозии значительно возрастает, так как
рованного
в «пилообразном»
происходит отслоение плакированного
режиме, после коррозионных
слоя.
испытаний
Экспериментально установлено, что
предварительная обработка потоками импульсной плазмы исходных и
плакированных сплавом СТЕМЕТ1305 образцов низколегированных сталей вызывает повышение в 2–25 раз их коррозионной стойкости.
Список литературы
1.
Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов / Грибков В.А., Григорьев Ф.И., Калин Б.А., Якушин В.Л. // М.: Круглый год. 2001. 528 с.