Структура и защитные свойства алюминидных покрытий на нержавеющей стали

СТРУКТУРА И ЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА АЛЮМИНИДНЫХ ПОКРЫТИЙ

НА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ
Пугачева Н.Б., Гурченко Т.М.

Екатеринбург, Россия

Термодиффузионное алитирование широко применяется для защиты поверхности от окисления при высоких (более 700 °С) температурах. Для углеродистых сталей и жаропрочных никелевых сплавов строение, фазовый состав и защитные свойства получаемых алюминидных покрытий весьма детально изучены. Иначе дело обстоит с покрытиями на высоколегированных сталях, например нержавеющих. Легирующие элементы усложняют фазовый состав покрытий, а также влияют на защитные свойства.

Изучены строение, химический состав, микротвердость алюминидных покрытий на нержавеющей стали Х18Н10Т в исходном состоянии и после выдержек в атмосфере печи при температуре 1050 °С. Покрытия наносили методом газофазного насыщения в вакуумной камере. В качестве насышающей среды использовали порошковую смесь следующего химического состава, мас. %: 5 Al, 2 AlF₃, 93 Al₂O₃. Режимы нанесения покрытий: 1) температура 950 °С, выдержка 2 часа, 2) температура 1100 °С, выдержка 0,5 часа. Микроструктуру покрытий исследовали на оптическом микроскопе NEOPHOT-21 и растровом электронном микроскопе TESCAN с программным обеспечением VEGA. Характер распределения элементов по толщине покрытий проводили с помощью энергодисперсионной приставки OXFORD с программным обеспечением INCA. Микротвердость покрытий определяли на приборе LEICA с программным обеспечением Materials Workstation при нагрузке 50 г. В исходном состоянии покрытия, нанесенные при разных температурах, отличаются по строению, химическому составу и значениям микротвердости. При температуре насыщения 1100 °С покрытие состоит из двух зон (рисунок а): 1) на поверхности образуется светлая прослойка (Fe,Ni)Al, обогащенная никелем, содержание которого достигает 35 мас. %, толщина её составляет около 10 мкм; 2) слой (Fe,Ni)Al с содержанием алюминия от 15 мас. % у поверхности до 3 мас. % на границе с основой и никеля около 12 мас. %.

100 мкм (Fe,Ni)Al а	100 мкм б
Рисунок – Микроструктура покрытия в исходном состоянии (а) и после 200-часовой выдержки при 1050 °С в печи

При температуре насыщения 950 °С покрытие состоит из 3-х зон, обогащенная никелем светлая прослойка образуется не на поверхности, а под слоем (Fe,Ni)Al толщиной 25 мкм с содержанием алюминия 10 мас. %, никеля 5 мас. %, железа около 48 мкм. %. В среднем содержание алюминия по покрытию несколько меньше, чем после насыщения при 1100 °С. С уменьшением температуры алитирования микротвердость покрытия уменьшилась от 4,5 до 3,2 ГПа при твердости основы 2,5 ГПа. Большее количество алюминия в покрытии, полученном при 1100 °С, обусловило более высокую его термическую стабильность: после 200-часовой выдержки в печи при 1050 °С в покрытии сохранилась фаза (Fe,Ni)Al в виде темной прослойки (рисунок б).

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ-Урал № 07-01-96090.