Structure and Protective Properties of Complex Chromosilicide Diffusion Coatings on Steel 20

Abstract

В роботі наведені результати досліджень структури, хімічного складу, мікротвердості, жаро та корозійної стійкості багатокомпонентних покриттів, отриманих при дифузійному хромосиліціюванні сталі 20. Покриття наносили у спеціально розробленій реакційній камері при температурі 1050 ºС впродовж 6 годин на поверхню вуглецевої сталі 20 в замкненому реакційному просторі при пониженому тиску активної газової фази, для формування якої використовували раціональні кількості кремнію та хрому, а також чотирихлористий вуглець, як активатор. Встановлено, що отримані покриття складаються з карбідів хрому Cr23C6, Cr7C3, легованих кремнієм, і зони твердого розчину хрому і кремнію в α-залізі. Максимальна кількість кремнію спостерігається у внутрішній зоні покриття (2.82 – 3.89 мас. %) на глибині 15 – 50 мкм. Загальна товщина покриття становить 110 мкм, мікротвердість поверхневих шарів – 19.5 ГПа. Поверхневі шари покриттів, на основі хрому та кремнію, призводять до утворення захисних плівок Cr2O3, А12О3, що забезпечує їх високу жаростійкість в атмосфері повітря та корозійну стійкість в окислювальних кислотах. Встановлена можливість підвищення корозійної стійкості сталі 20 з хромосиліцидними покриттями шляхом введення в агресивні розчини неорганічних окислювачів.

The paper presents the results of studies of the structure, chemical composition, microhardness, heat, and corrosion resistance of multicomponent coatings obtained during diffusion chromosiliconizing of steel 20. The coating was applied in a specially designed reaction chamber at a temperature of 1050 ºС for 6 hours to the surface of carbon steel 20 in a closed reaction space at a reduced pressure of the active gas phase, for the formation of which rational amounts of silicon and chromium were used, as well as carbon tetrachloride as an activator. It was established that the obtained coatings consist of carbides of chromium Cr23C6, Cr7C3 doped with silicon and a zone of solid solution of chromium and silicon in iron. The maximum amount of silicon is observed in the inner area of the coating (2.82 – 3.89 wt. %) at a depth of 15-50 microns. The total thickness of the coating is 110 μm, and the microhardness of the surface layers is 19.5 GPa. The surface layers of coatings, based on chromium and silicon, lead to the formation of protective films Cr2O3, Al2O3, which ensures their high heat resistance in the air atmosphere and corrosion resistance in oxidizing acids. The possibility of increasing the corrosion resistance of coatings by introducing inorganic oxidants into aggressive solutions has been established.