Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия:

В. Г. Шморгун, профессор кафедры «Материаловедение и композиционные материалы», докт. техн. наук, эл. почта: mv@vstu.ru
В. П. Кулевич, преподаватель кафедры «Материаловедение и композиционные материалы», канд. техн. наук
А. И. Богданов, доцент кафедры «Материаловедение и композиционные материалы», канд. техн. наук

Изучены особенности формирования структуры алюминидного покрытия на сплавах Х15Ю5 и Х23Ю5 после алитирования погружением в расплав алюминия и силумина. Исследовано влияние Si на трансформацию структуры и фазового состава алюминидного покрытия в условиях высокотемпературных нагревов. Показано, что алитирование сплавов системы Fe – Cr – Al погружением в расплав алюминия обеспечивает формирование на их поверхности бездефектного сплошного покрытия, представляющего собой закристаллизовавшуюся эвтектическую смесь Al + FeAl₃ и слоистую диффузионную зону на границе с подложкой. Замена расплава алюминия на силумин с 12 % Si приводит к появлению в составе покрытия тройного интерметаллида Al7Fe2Si, практически полностью замещающего FeAl₃. В процессе высокотемпературной трансформации структуры покрытия присутствие Cr и Si приводит на начальном этапе к появлению в составе покрытия, наряду с бинарными (Fe – Al), интерметаллидов (Cr,Fe)₅Al₈, Cr₃Si, Al₇Fe₂Si, Fe₃(Si,Al)₅ и Cr₅Si₃, а на конечном — не оказывает влияния на фазовый состав, образуя твердые растворы на основе алюминидов железа. Показано, что окисление алюминидного покрытия на сплавах системы Fe – Cr – Al на ранних его этапах сопровождается формированием стабильной модификации оксида алюминия α-Al₂O₃ и тройного оксида (Fe,Cr)₂O₃, а при длительном окислении приводит к появлению метастабильной модификации δ-Al₂O₃ и FeAl₂O₄. Установлено, что меньшей глубиной проникновения коррозии при 1100 °C обладает алюминидное покрытие на сплаве Х15Ю5, легированное Si. При этом время сохранения жаростойких свойств для алюминидного покрытия на сплаве Х23Ю5 составляет ~20 000 ч, а на сплаве Х15Ю5 — ~5000 и 6000 ч для алюминидного и алюмосилицидного покрытия соответственно.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-79-10246, https://rscf.ru/project/21-79-10246/.

1. Lai G. High Temperature Corrosion and Materials Application. — USA : ASM International, 2007. — 461 p.
2. Field K. G., Snead M. A. et al. Handbook on the material properties of FeCrAl alloys for power production applications (FY18 Version: Revision 1). — Oak Ridge : Nuclear Technology Research and Development. 2018. — 68 p.
3. Орлов Ю. А., Соловьев Н. П., Пазюк А. Н. и др. Влияние добавок платины, иттрия, гадолиния на жаростойксть сплавов. — Обнинск : Институт лазерных и плазменных технологий ИАТЭ НИЯУ МИФИ. 2021. С. 50–51.
4. Jönsson B., Lu Q., Berglund R. et al. Oxidation and creep limited lifetime of Kanthal APMT®, a dispersion strengthened FeCrAlMo alloy designed for strength and oxidation resistance at high temperatures // Oxidation of
metals. 2013. Vol. 79. No. 1. P. 29–39.
5. Cueff R., Buscail H., Caudron E. et al. Oxidation behaviour of Kanthal A1 and Kanthal AF at 1173 K: effect of yttrium alloying addition // Applied Surface Science. 2003. Vol. 207. No. 1–4. P. 246–254.
6. Рябов В. Р. Алитирование стали. — М. : Металлургия, 1973. — 239 с.
7. Pugacheva N. B., Ekzemplyarova E. O., Zadvorkin S. M. Effect of aluminium on the structure and physical properties of Fe – Cr – Al alloys // Metally. 2006. No. 1. P. 61–68.
8. Ковтунов А. И., Мямин С. В., Рыжова Д. Д., Рыжов С. В. Исследование процессов высокотемпературного алитирования стали // Тенденции развития науки и образования. 2019. № 47. С. 53–56.
9. Cheng W. J., Wang C. J. Effect of chromium on the formation of intermetallic phases in hot-dipped aluminide Cr – Mo steels // Applied surface science. 2013. Vol. 277. P. 139–145.
10. Lemmens B., Springer H., Iris De Graeve, J. De Strycker, Raabe D. et al. Effect of silicon on the microstructure and growth kinetics of intermetallic phases formed during hot-dip aluminizing of ferritic steel // Surface & Coatings Technology. 2017. No. 319. P. 104–109.
11. Kim S. K. Hot-Dip Aluminizing with Silicon and Magnesium Addition I. Effect on Intermertallic Layer Thickness // Journal of Korean Institute of Metals and Materials. 2013. No. 11. P. 795–799.
12. Bukudur S. V., Nagode A., Karpe B., Kovac J. et al. Pack aluminization process of heat resistant FeCrAl and NiCr alloys // Acta Technica Corviniensis-Bulletin of Engineering. 2018. Vol. 11. No. 1. P. 15–18.
13. ГОСТ 6130–71. Металлы. Методы определения жаростойкости. — Введ. 12.02.1971. — М. : Издательство стандартов, 1971.
14. ГОСТ 9.312–89. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия защитные. Методы определения жаростойкости. — Введ. 01.07.1990. — М. : Интернет и право, 1989.
15. Shmorgun V. G., Slautin O. V., Pronichev D. V. et al. Formation of coating based on ferrum aluminides on surface of fechral Cr15Al5 // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 194. No. 4. P. 042021.
16. Shmorgun V. G., Slautin O. V., Kulevich V. P. Features of Diffusion Interaction in Steel-Aluminum Composite After Explosive Welding and Aluminizing by Melt Immersion // Metallurgist. 2019. Vol. 63. No. 7. P. 766–774.
17. Shmorgun V. G., Slautin O. V., Pronichev D. V., Kulevich V. P. Study of hightemperature heating effect on transformation of structure and phase composition of coatings of Al – Fe system // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. Vol. 87. No. 9. P. 092025.
18. Heinonen M. H., Kokko K., Punkinnen M. P. J., Nurmi E. Initial oxidation of Fe – Al and Fe – Cr – Al alloys: Cr as an alumina booster // Oxidation of metals. 2011. Vol. 76. No. 3. P. 331–346.
19. Airiskallio E., Nurmi E., Heinonen M. H. et al. High temperature oxidation of Fe – Al and Fe – Cr – Al alloys: The role of Cr as a chemically active element // Corrosion Science. 2010. Vol. 52. No. 10. P. 3394–3404.