Труды КНЦ (Технические науки вып. 5/2023(14))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 5. С. 29-32. Transactions of the Kola Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 5. P. 29-32. Известно, что композитные материалы на основе карбидов тугоплавких металлов обладают уникальными свойствами. Хромирование углеродного волокна позволяет повысить износостойкость, сопротивление высоким температурам и агрессивным средам. Карбид хрома среди карбидов переходных металлов IV, V, VI групп является самым стойким при высокотемпературном окислении. Покрытия карбидов тугоплавких металлов, полученные электрохимическими методами, имеют ряд преимуществ, таких как возможность получения равномерных покрытий на изделиях сложной формы, низкая пористость покрытий, высокая адгезия к подложке и т. д. [1-3]. Поэтому целью данной работы было определение оптимальных условий электрохимического синтеза карбида хрома в среде расплавленных солей на подложке из углеродных волокон марки «Карбопон-В-22». Эксперимент Для синтеза карбида хрома использовался метод бестокового переноса электроотрицательного металла на более электроположительную подложку из углеродного волокна через расплавленную эквимолярную смесь солей хлоридов натрия и калия NaCl-KCl, содержащую хлорид хрома CrCh. Фоновый расплав эквимолярной смеси NaCl-KCl погружали в стеклоуглеродный тигель с другими компонентами системы — хлоридом хрома (CrCl 3 ) в количестве 20 мас. % от массы эквимолярной смеси NaCl-KCl и металлическим хромом (Cr) в количестве 5 мас. % от эквимолярной смеси NaCl-KCl. Тигель погружался в герметичную реторту, в качестве которой выступал толстостенный стакан из нержавеющей стали с рубашкой охлаждения в верхней части. Реторту вакуумировали до остаточного давления менее 1,0 Па: сначала на холоде — при комнатной температуре, а затем при ступенчатом нагреве до температуры 100 и 200 °C. Далее реторту заполняли инертным газом (аргоном) и плавили электролит. Перед началом синтеза расплав выдерживался при заданной температуре в течение 1-2 часов. После выдержки электролита при заданной температуре через технологическое отверстие в крышке реторты углеродное волокно погружали в расплав солей. Углеродное волокно погружалось в расплав в специальном держателе из вольфрама, закрепленном на молибденовом токоподводе. Время электрохимического синтеза варьировали от 1 до 16 часов. Результаты и их обсуждения В таком расплаве протекает реакция взаимодействия металла с собственной солью [4]: где равновесие нацело сдвинуто вправо, что подтверждается увеличением концентрации хрома в расплаве в 1,5 раза [5]. Таким образом, хром в расплаве присутствует главным образом в виде катионов Cr2+в промежуточной степени окисления. Механизм образования карбида хрома можно объяснить следующим образом: катионы в промежуточной степени окисления Cr2+диффундируют к углеродному волокну и диспропорционируют на его поверхности с образованием карбида хрома [6]: Движущей силой реакций (2), (3), (4) и (5) является энергия карбидообразования AG. Образующиеся катионы Cr3+ диффундируют к металлическому хрому и, вступая с ним во взаимодействие по реакции (1), вновь образуют катионы восстановленной формы Cr2+. Таким образом, процесс переноса хрома на поверхность углеродного волокна замыкается в цикл. Результаты рентгенофазового анализа образцов углеродных волокон с различными продуктами электрохимического синтеза, полученных в разных условиях, представлены на рис. 1, 2. 2Cr3++ Cr ~ 3Cr2+, (1) 21Cr2++ 3C ^ & 7 C 3 + 14Cr3+ 9Cr2++ 2C ^ & 3 C 2 + 6Cr3+ 69Cr2++ 6C ^ & 23 C 6 + 46Cr3+ 9Cr2++ C ^ Cr 3 C + 6Cr3+ (2) (3) (4) (5) © Грязнов А. Н., Слесарев Д. С., Долматов В. С., 2023 30