Труды КНЦ (Технические науки вып. 1/2024(15))

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2024. Т. 15, № 1. С. 124-129. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2024. Vol. 15, No. 1. P. 124-129. к истиранию и агрессивной среде. Например, защитные покрытия на сталях улучшают свойства деталей машин, в том числе в работе с кислотами и щёлочами. Такими защитными покрытиями могут служить карбиды тугоплавких металлов [1-3]. Карбиды тугоплавких металлов обладают не только защитными свойствами. Первые сообщения о каталитических свойствах карбидов различных металлов появились уже в 1970-х гг. в работах M. Будара [Boudart] с соавторами [4-5]. Так, например, карбид вольфрама катализирует образование воды из водорода и кислорода при комнатной температуре, хотя ранее было известно, что только платина, палладий и родий катализируют удаление адсорбированного кислорода водородом с образованием воды без дополнительного нагрева системы [ 6 ]. Ранее в лаборатории высокотемпературной химии и электрохимии уже были синтезированы и изучены электрокаталитические свойства композитных материалов на основе карбидов тантала, ниобия и молибдена [1-3, 7]. Для создания новых композитных материалов необходимо получить карбиды хрома на углеродных волокнах при различных условиях синтеза. Карбид хрома может быть получен различными методами, например, самым распространённым — физическим осаждением из газовой фазы (PVD). Другие методы синтеза, такие как электронно-лучевая плавка, плазменно-дуговая сварка и т. д., также широко известны [8-12]. Использование электрохимических методов синтеза в расплавленных солях для покрытий карбидов тугоплавких металлов имеет большие преимущества: равномерность покрытий на сложных изделиях, низкая пористость, высокая адгезия и др. [ 2 ]. Целью данной работы было получение покрытий карбидов хрома на подложке из углеродных волокон марки Карбопон-В-22 электрохимическим методом в среде расплавленных солей. Методика эксперимента Для нанесения покрытий карбида хрома использовали механизм бестокового переноса через расплав солей, состоящий из эквимолярной смеси NaCl-KCl, хлорида хрома (III) и металлического хрома на дне тигля. Процесс проводился в реторте из нержавеющей стали в атмосфере инертного газа аргона при температуре 850 и 950 °C в течение 1-16 ч. Результаты исследований Метод бестокового переноса является электрохимическим методом синтеза, поскольку кинетика этого процесса подчиняется законам электрохимической кинетики. Механизм протекающего в электролите процесса можно описать следующим образом. Металлический хром на дне стеклоуглеродного тигля взаимодействует с собственной солью [13]: где равновесие нацело сдвинуто вправо, что подтверждается увеличением концентрации хрома в расплаве в 1,5 раза. Хром в расплаве присутствует главным образом в виде катионов Cr2+, что подтверждается [14]: при электровосстановлении ионов Cr (III) на полярограмме наблюдаются две отчётливые волны, которые хорошо разделены. Катионы в промежуточной степени окисления Cr2+ диффундируют к углеродному волокну и диспропорционируют на его поверхности с образованием карбида хрома [15] и комплексов хрома в высшей степени окисления: Движущей силой реакций (2-5) является энергия карбидообразования AG. Образующиеся катионы Cr3+ вновь диффундируют к металлическому хрому и, вступая с ним во взаимодействие по реакции (1), вновь образуют катионы в промежуточной степени окисления Cr2+. Таким образом, процесс переноса хрома на поверхность углеродного волокна замыкается в цикл. © Грязнов А. Н., Долматов В. С., 2024 2Cr3++ Cr ~ 3Cr2+, (1) 21Cr2++ 3C ^ & 7 C 3 + 14Cr3+ 9Cr2++ 2C ^ & 3 C 2 + 6 Cr3+ 69Cr2++ 6 C ^ Cr23C6 + 46Cr3+ ( 2 ) (3) (4) (5) 9Cr2++ C ^ Cr 3 C + 6 Cr3+ 125