ELECTRONIC STRUCTURE OF WEAR-RESISTANT BORIDE COATINGS STUDY FOR HARDENING PARTS OF AGRICULTURAL MACHINERY
Authors: Самбуева С.Р. 
Published: September 2024

Для повышения износостойкости, улучшения физико-химических характеристик и увеличения ресурса почвообрабатывающих органов сельскохозяйственной техники используют их упрочнение процессом борирования. Для совершенствования этого процесса необходимо исследование структуры и свойств износостойких покрытий на различных сталях. В связи с этим важны исследования физико-химических свойств материалов, определяемых их кристаллическим и электронным строением. На основе данных прецизионных рентгенодифракционных экспериментов для диборидов хрома и магния рассчитаны тепловые параметры и анизотропия тепловых колебаний атомов. Впервые получены экспериментальные карты распределения валентной и деформационной электронной плотности и рассчитаны количественные характеристики зарядового распределения в CrB2 при комнатной и низких температурах. Выявлен квазидвумерный характер электронного распределения в материалах со структурным типом AlB2 . Полученные результаты важны для выяснения основных нерешенных вопросов в теории электронного строения диборидов переходных металлов: направление и величина зарядового переноса между компонентами соединения, величины вкладов различных электронных состояний в межатомное взаимодействие. Высокая плотность электронов на внешней оболочке атомов металла препятствует сжиманию, электроны начинают отталкивать друг друга, а сильные ковалентные связи бор-бор и бор-металл обеспечивают прочность при упругой и пластической деформациях. Высокая степень локализации s-, p-состояний бора определяет решеточные свойства диборидов: высокую твердость, тугоплавкость и другие. Обнаруженные особенности электронного строения полезны для создания перспективных износостойких покрытий деталей почвообрабатывающей сельскохозяйственной техники, имеющих повышенную прочность и твердость, абразивную и коррозийную стойкость, высокое сопротивление к изнашиванию.

To increase the wear resistance, improve the physical and chemical characteristics and increase the service life of agricultural machinery tillage tools their hardening by boriding process is used. To better this process it is necessary to study the structure and properties of wear-resistant coatings on various types of steel. In this regard, it is important to study the physical and chemical properties of materials determined by their crystalline and electronic structure. Based on the data of precision X-ray diffraction experiments for chromium and magnesium diborides thermal parameters and anisotropy of thermal vibrations of atoms were calculated. Experimental maps of the valence and deformation electron density distribution were obtained for the first time, also, the quantitative characteristics of the charge distribution in CrB2 at indoor and low temperatures were calculated. The quasi-two-dimensional nature of the electron distribution in materials with the AlB2 structural type has been revealed. The obtained results are important for clarifying the basic unsolved questions in the theory of electronic structure of diborides of transition metals: the direction and value of the charge transfer between the compound components, the value of the different electronic states contributions in the interatomic interaction. The high density of electrons on the outer shell of atoms of a metal prevents compressing, the electrons begin to repel each other, and strong covalent bonds boron-boron and boron-metal provide strength under elastic and plastic deformation. The high degree of boron s, p-states localization determines the lattice properties of diborides: high hardness, refractoriness and others. The discovered peculiarities of the electronic structure are useful for the creation of promising wear-resistant coatings of soil-processing agricultural machinery tools with increased strength and hardness, abrasion and corrosion resistance, high resistance to wear.