Структурно-фазовая разупорядоченность нитрида бора на поверхности антифрикционных материалов

В результате проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

1. С повышением температуры спекания увеличивается концентрация аустенита в стали.

2. Определено влияние характера структуры на механические свойства стали. Наличие мартенситных включений в аустенитных областях повышает предел прочности при растяжении.

Литература

1. Кирсанов М.В. Металлостеклянные композиционные материалы на основе высокомарганцовистой стали 110Г13п: Автореф. дис. ... канд. техн. наук. Новочеркасск, 2000.

2. Дорофеев Ю.Г., Пирожков Р.В., Егоров С.Н., Иванов В.В.,

Коваленко Е.С. Рентгенофазный анализ высокоаустенитных сталей / Порошковые и композиционные материалы, структура, свойства, технологии получения: Материалы междунар. науч.-техн. конф., г. Новочеркасск, 16-20 сент. 2002 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск, 2002. С. 89-90.

Южно-Российский государственный технический университет (НПИ) 28 октября 2002 г.

УДК 621.893:548.1

СТРУКТУРНО-ФАЗОВАЯ РАЗУПОРЯДОЧЕННОСТЬ НИТРИДА БОРА НА ПОВЕРХНОСТИ АНТИФРИКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

© 2003 г. В. Т. Логинов, В.В. Иванов, И.Н. Щербаков, О.М. Башкиров, Г.А. Данюшина, И.И. Докукин

Высокие электроизоляционные свойства, устойчивость по отношению к тепловым ударам и хорошая теплопроводность, химическая стойкость и прочность при высоких температурах позволяют использовать нитрид бора в качестве материала для триботехниче-ских систем. Так, гексагональный БМ используется как сухая смазка в специальных узлах трения, а кубический БМ входит в состав различных абразивных материалов [1].

Известны три модификации Б№ а-БМ (гексагональный), Р-БМ (кубический) и у-БМ (гексагональный, плотноупакованный) [1]. Графитоподобная структура гексагональной а-модификации состоит из плоских атомных сеток 63 состава БМ, определенным образом упорядоченных относительно друг друга в кристаллическом пространстве. В работах [1-5] приведены описания структур а-БМ, в которых атомы бора занимают два решеточных комплекса Р (пр. гр. Р 6т2 [1, 2]), решеточный комплекс Е (Р63/ттс [3, 4]) или Рс (Р63/ттс [5]); соответствующие решеточные комплексы, занятые атомами азота - 2Р в Р6т2-фазе, Е в Р63/ттс-фазах (рисунок).

Схематические изображения вариантов графитоподобных структур а-Б№ Р63/ттс, Рс

Неоднозначность определения занятых атомами кристаллографических позиций БМ вызвана практически одинаковой рассеивающей способностью атомов бора и азота, а также дифракционной близостью обеих

пространственных групп (они принадлежат к двум родственным рентгеновским группам 6/тттС-/— и 6/тттС-/--с) [6]. В связи с этим можно допустить существование структурно разупорядоченной модификации гексагонального БМ с графитоподобной структурой. Данная двухслойная структура включает подрешетку бора, составленную из фрагментов, упакованных по 2Р-, Е- и Рс-законам, и рентгенографически будет соответствовать более симметричной упорядоченной структуре.

Отметим, что вариантность законов упаковки гексагональных слоев в структуре а-БМ обусловливает возможность образования множества политипов, которые характерны для фаз с вюрцито- и сфалеритопо-добными структурами (например, такими как 2п8 и 81С, основанными на гексагональной и кубической плотнейшей упаковке атомов [7]).

Структурно-фазовую разупорядоченность в антифрикционных композициях металл - нитрид бора, которая возникает на поверхности защищаемого металла при трении, можно рассматривать двояко: 1) неметаллические компоненты композиции образуют фазы соответствующих нитридов и низкобористых соединений; 2) структура гексагонального нитрида бора перестраивается с образованием возможных ее низкосимметричных модификаций с последующим их частичным переходом в кубический нитрид бора или его возможные изорешеточные модификации.

Возможные структуры псевдофаз, полученные в соответствии с методикой, описанной в статье [8], приведены в табл. 1 и 2. В описании структур указывали пространственную группу, занятые атомами решеточные комплексы и их характеристики - кратность и символ позиции, сайт-симметрию. Приведенные модификации представляют собой структуры, симметрия которых описывается подгруппами исходной пространственной группы с сохранением ячейки и не противоречит данным работы [9]. Возможные модификации а-БМ могут быть получены вследствие различных типов искажений гексагональных слоев высокосимметричной фазы.

Таблица 1

Возможные структуры псевдофаз на основе вариантов графитоподобной а-модификации БК

Пр. гр. Занятые решеточные комплексы и их характеристики

P 63/mmc 2B: E-2(c) 62m 2N: E-2(d) 62m 2B: Pc-2(b) 62m 2N: E-2(d) 62m -

P 62m 2B: 2P-(1(c)+1(d)) 62m 2N: 2P-(1(e)+1(f)) 62m 2B: 2P-(1(a)+1(b)) 62m 2N: 2P-(1(c)+1(d)) 62m 2B: 2P-(1(a)+1(f)) 62m 2N: 2P-(1(b)+1(c)) 62m

P 62c, P 63/m 2B: E-2(c) 6 2N: E-2(d) 6 2B: Pc-2(b) 6 2N: E-2(d) 6 -

P 63mc 2B: E{z}-2(b) 3m 2N: E{z}-2(b) 3m 2B: Pc{z}-2(a) 3m 2N: E{z}-2(b) 3m -

P 6322, P 31c 2B: E-2(c) 32 2N: E-2(d) 32 2B: Pc-2(b) 32 2N: E-2(d) 32 -

P 63, P 31c 2B: E{z}-2(b) 3 2N: E{z}-2(b) 3 2B: Pc{z}-2(a) 3 2N: E{z}-2(b) 3 -

P 6 2B: 2P-(1(c)+1(d)) 6 2N: 2P-(1(e)+1(f)) 6 2B: 2P-(1(a)+1(b)) 6 2N: 2P-(1(c)+1(d)) 6 2B: 2P-(1(a)+1(f)) 6 2N: 2P-(1(b)+1(c)) 6

P 3m 1 2B: 2P{z}-2*1(a) 3m 2N: 2P{z}-(1(b)+1(c)) 3m 2B: 2P{z}-(1(b)+1(c)) 3m 2N: 2P{z}-(1(b)+1(c)) 3m 2B: 2P{z}-(1(a)+1(c)) 3m 2N: 2P{z}-(1(a)+1(b)) 3m

P 312 2B: 2P-(1(c)+1(d)) 32 2N: 2P-(1(e)+1(f)) 32 2B: 2P-(1(a)+1(b)) 32 2N: 2P-(1(c)+1(d)) 32 2B: 2P-(1(a)+1(f)) 32 2N: 2P-(1(b)+1(c))32

P 3 2B: 2P{z}-2*1(a) 3 2N: 2P{z}-(1(b)+1(c)) 3 2B: 2P{z}-(1(b)+1(c)) 3 2N: 2P{z}-(1(b)+1(c)) 3 2B: 2P{z}-(1(a)+1(c)) 3 2N: 2P{z}-(1(a)+1(b)) 3

Таблица 2

Возможные структуры псевдофаз на основе сфалеритоподобной в- и вюрцитоподобной у-модификации БК

Пр. гр. Занятые РК в сфалеритоподобных структурах Пр. гр. Занятые РК в вюрцитоподобных структурах

F 43m B: F-4(a) 43m N: F-4(c) 43m R 3m Б: Я-3(а) 3т Ы: Я-3(Ъ) 3т

F 23 B: F-4(a) 23 N: F-4(c) 23 R 3m Б: Яй-3(а) 3т Ы: Яй-3(а) 3т

R 3m B: R{z}-3(a) 3m N: R{z}-3(a) 3m R 32 Б: Я-3(а) 32 Ы: Я-3(Ъ) 32

I 4m2 B: I-2(b) 4m2 N: I-2(d) 4m2 R 3 Б: Я-3(а) 3 Ы: Я-3(Ъ) 3

R 3 Б: Яй-3(а) 3 Ы: Яй-3(а) 3

Превращение а^Р для нитрида бора сопровождается изменением первой координационной сферы атомов и изменением типа связи бор-азот. Формально его можно представить следующим образом: 1) сближение графитоподобных слоев БЫ с одновременным смещением второй и третьей пары слоев в противоположных направлениях типа (11 20) гексагональной ячейки и превращением их упаковки в трехслойную, характерную для ромбоэдрических фаз; 2) сжатие межслоевого пространства вдоль оси (111) ромбоэдрической ячейки с одновременным расслоением гексагональных БМТ-слоев на пары одинаковых слоев из бора и азота, образующих вставленные друг в друга решетки.

Учитывая, что аналогичные деформационные изменения возможны в других псевдофазах БЫ, можно с определенной степенью вероятности считать, что антифрикционные и износостойкие характеристики материалов защитных покрытий металлов, в которых присутствует это соединение, обусловлены его структурно-фазовой разупорядоченно-стью.

В то же время перестройки БЫ из одной фазы в другую предопределяют сомоорганизацию диссипа-тивной трибологической системы в паре трения (композиционного БЫ-содержащего покрытия -металл).

Литература

1. Самсонов Г.В. Неметаллические нитриды. М., 1969.

2. Уэллс А. Структурная неорганическая химия: В 3 т. Т.3. М., 1988.

3. Матюшенко Н.Н. Кристаллические структуры двойных

соединений. М., 1969.

4. Смитлз Л.Дж. Металлы: Справочник. М., 1980.

5. Ормонт Б.Ф. Структуры неорганических веществ. М.; Л., 1950.

6. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный анализ. Индицирова-

ние рентгенограмм: Справочное руководство. М., 1981.

Введение

Элинвары - ферромагнитные сплавы на Бе-№ основе, обладающие термостабильным модулем упругости, широко применяются при изготовлении элементов электромеханических фильтров (ЭМФ). Малый температурный коэффициент модуля упругости элинваров и, соответственно, низкие значения температурного коэффициента резонансных колебаний - ТКЧ (± 1,5-10-6 град-1) в интервале 60...85 °С при добротности 10000-30000 связаны с ферромагнитным состоянием сплава [1].

Гипотезы, объясняющие причины элинварной аномалии ферромагнитных сплавов, особенности влияния химического состава, пластической деформации и термообработки на структуру и свойства элинваров, подробно изложены в [2]. Наиболее полной и обоснованной, на наш взгляд, теорией, нашедшей экспериментальное подтверждение, является термомагнитная теория магнитострикционных напряжений [3]. В то же время проблема повышения качества, надежности и экономичности производства элементов ЭМФ может быть решена путем использования специальных технологических процессов порошковой металлургии, обеспечивающих однородность структуры и стабильность свойств получаемых материалов и деталей из них.

Однако имеющиеся в этой области сведения весьма ограниченны, а данных о возможности получения требуемых величин ТКЧ и добротности у материалов, изготовленных методами порошковой металлургии, явно недостаточно [4, 5].

Постановка задачи

Указанные обстоятельства требуют решения таких задач, как:

- разработка способа получения порошковых элементов ЭМФ;

7. Верма А., Кришна П. Полиморфизм и политипизм в кристаллах. М., 1969.

8. ИвановВ.В., ЛогиновВ.Т., Башкиров О.М., Хваловский В.А.,

Кононенко Н.В. О структурно-фазовой разупорядочен-ности на поверхности антифрикционных материалов // Антифрикционные материалы сцециального назначения: Сб. науч. тр. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. Новочеркасск, 1999.

9. Найш В.Е., Сыромятников В.Н. Подгруппы пространственных групп. 1. Подгруппы с сохранением ячейки. М., 1976. Рук. Деп. в ВИНИТИ, № 2371-76.

г.

- исследование влияния технологических параметров (схем и способов прессования, режимов спекания, особенностей пластического деформирования спеченной заготовки) на плотность, структуру, физико-механические свойства;

- исследование влияния химического состава, режимов дисперсионного твердения на ТКЧ и добротность элементов ЭМФ, полученных методом порошковой металлургии (ПМ).

Цель настоящей работы - исследование зависимости модуля нормальной упругости (Ен) порошкового элинвара 44НХМТ от основных технологических режимов его изготовления, в частности исходной пористости при различных способах прессования, температуры и продолжительности спекания.

Методика исследования

Химический состав порошкового сплава: 44...45 % N1; 4...5 % Сг; 2...3 % Т1; 1...1,5 % А1; 0,1...0,5 % Мо, остальное - Бе и сопутствующие примеси. В качестве исходных шихтовых материалов использовали порошки N1 - ПНЭ-1 ГОСТ 9722-79, Бе - ПЖВ ТУ1-14-3826-84, Т1 - ПТЭК-1 ТУ48-10-22-79, Мо - МПЧ ТУ 48-19-69-80, А1 - ПА-4 ГОСТ 6058-73, Сг - ПХ-1М ТУ 14-1-1474-75.

Порошковую шихту получали смешиванием исходных компонентов в течение 8 ч в лабораторном смесителе. Для повышения однородности смеси по химическому и гранулометрическому составам в нее после 2 ч перемешивания вводили спирт этиловый ГОСТ 1830-72 в количестве 20 г на 1 кг шихты. После 6 ч перемешивания шихту делили на две партии - «А» и «В». В первую вводили 0,75 % по весу стеарата цинка (схема А), после чего перемешивание продолжалось раздельно в однотипных смесителях.

Прессование пластинчатых образцов осуществлялось в стальной пресс-форме. Усилия прессования

Особое конструкторско-технологическое бюро «Орион» Минобразования России 9 декабря 2002

УДК 621.762

ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НА МОДУЛЬ УПРУГОСТИ

ПОРОШКОВОГО ЭЛИНВАРА 44НХМТ

© 2003 г. А.Ю. Кем