Diffusion Saturation of U8A Steel in a Mixture of Metal Powders with the Chloride Ammonia

Abstract

Встановлено вплив складу насичуючої суміші з порошків титану, алюмінію, хрому та хлористого амонію; попереднього азотування в середовищі дисоційованого аміаку, шару нітриду титану, насиченого перед титаноалюмохромуванням методом фізичного осадження з газової фази на фазовий, хімічний склади та властивості покриттів. Основні відмінності фазового складу одержаних покриттів від від традиційних зумовлені наявністю бар’єрного шару, в якості якого було використано нітрид титану TiN. Встановлено, що бар’єрні властивості шару нітриду титану полягають в гальмуванні дифузійного проникнення в основу алюмінію, що перешкоджає формуванню шару Feα(Al), і, таким чином, позитивно впливають на властивості покриттів. В роботі було досліджено дві групи покриттів: перша – TiN, TiС, FeTi, TiAlCr, σ – фаза; друга – TiN, TiC, Cr7C3. Серед досліджених в роботі сама висока мікротвердість виявлена для шарів карбіду титану – 32.1-35.6 ГПа, а також нітриду титану – 20.5-24.5 ГПа. Отримані покриття сприяють зростанню зносостійкості сталі У8А в умовах тертя ковзання без змащування в 3.1-13.3 рази. Найкращі результати показали покриття TiN, TiC, Cr7C3. Отримані в роботі покриття показали високу жаростійкість, що зумовлено формуванням на поверхні оксидів складного складу за участю алюмінію, хрому, титану. Найвища жаростійкість при температурі 1000 °С впродовж 100 годин було виявлено для сталі У8А з покриттям TiN, TiC, FeTi, TiAlCr, σ – фаза (шари, перераховані від основи до поверхні) з концентрацією хрому та алюмінію на поверхні відповідно 50.0 та 14.5% мас. Отримані покриття можуть бути використані для підвищення терміну експлуатації інструментів із сталі У8А.

Influence of the composition of the saturated mixture of the titanium, aluminum, chromium and chloride ammonia powders, the previous nitriding in a dissociation ammonia medium, titanium nitride layer saturated before the titanium alumina by the method of physical deposition from the gas phase on the phase, chemical composition and properties of the coatings was established. The main differences in the phase composition of the obtained coatings from the ordinary ones are due to the presence of a barrier layer, in which TiN titanium nitride was used. It has been established that the barrier properties of the titanium nitride layer are the inhibition of the diffusion penetration into the aluminum base, which prevents the formation of the Feα(Al) layer, hence positively affects the properties of the coatings. In this work, two groups of coatings were investigated: the first – TiN, TiС, FeTi, TiAlCr, σ-phase; the other is TiN, TiC, Cr7C3. The highest microhardness was found for titanium carbide layers – 32.1-35.6 GPa and for titanium nitride – 20.5-24.5 GPa. The resulting coatings contribute to the growth of wear resistance of U8A steel in the conditions of slip friction without lubrication increases compared with the original (61HRC) 3.1- 13.3 times. The phase composition of titanium nitride and carbide and chromium carbide coatings showed the best results. The obtained coatings showed high heat resistance due to the formation of complex oxides on the surface with the participation of the titanium, aluminum, chromium. The highest heat resistance at a temperature of 1000 °C for 100 h was detected for U8A steel coated with TiN, TiC, FeTi, TiAlCr, σ-phase (layers listed from the base to the surface) with a concentration of chromium and aluminum on the surface, respectively, of 50.0 and 14.5 % by mass. The resulting coatings can be used to increase the service life of the U8A steel tools.