220 / 397
Механики XXI веку. №16 2017 г.
220
Значения энергии Гиббса для различных химических соединений приведены в табли-
це. Энергии Гиббса «на металл» (ниобий или хром) и «не металл» (бор или углерод) для со-
единений типа МхНу были рассчитаны по следующей формуле:
x
K G K G
)
1400 (
)
1400 (
,
где
х
– индекс в формуле М
х
Н
у
, для неметалла рассчитывается аналогично, подстав-
ляя вместо
х
значение
у
.
Таблица
Значение энергии Гиббса, кДж/моль для карбидов и боридов при 1400 К
На все соединение
«На металл»
«На неметалл»
NbC
-134,07
-134,07
-134,07
Nb
2
C
-88,82
-44,41
-88,82
Cr
3
C
2
-116,62
-38,87
-58,31
Cr
7
C
3
-252,97
-36,14
-84,32
Cr
23
C
6
-684,98
-29,78
-114,16
CrB
2
-114
-114
-57
CrB
-82,33
-82,33
-82,33
Полученные данные позволяют предположить, что при добавке ниобия к материалу
системы Ni-Cr-Si-B-С более вероятным будет образование карбида ниобия (NbC), чем бори-
дов хрома (CrB
2
и CrB) и карбидов хрома (Cr
7
C
3
и Cr
23
C
6
). Видно, что образование карбида
хрома Cr
7
C
3
более вероятно, чем Cr
23
C
6
, что подтверждается также данными работы [14], где
были обнаружены грубые включения свободной формы Cr
7
C
3
, а не шестигранные призмы
Cr
23
C
6
. Значений энергии Гиббса для боридов ниобия в литературе найти не удалось. Можно
предположить, что, по аналогии с карбидами ниобия, энергия Гиббса боридов ниобия будет
выше, чем энергия Гиббса боридов хрома.
Теоретические расчеты были подтверждены структурными исследованиями. Изобра-
жение структуры плазменных покрытий с 2 и 4 % мас. Nb после оплавления плазменной
струей представлено на рисунке 2. Видно, что структура покрытий практически одинакова. В
результате структурных и фазовых исследований было выявлено, что покрытия состоят из
дендритов твердого раствора γ-Ni, междендритное пространство заполнено эвтектикой Ni-
Ni
3
B [17, 18]. Карбид хрома (Cr
7
C
3
) выделяется в виде грубых включений свободной формы.
Ранее было показано, что в покрытиях без добавки Nb после оплавления, бориды
хрома (CrB) формируются либо в виде достаточно крупных ромбических включений, либо в
виде грубой эвтектики (γ-Ni)-CrB [18]. Бориды хрома в покрытиях с 2 мас. % Nb представ-
ляют собой тонкие пластины, растущие от частиц NbC (рис. 1). Повышение количества нио-
бия до 4 мас. % способствует увеличению объемной доли включений NbC. В результате
структурных исследований было выявлено, что это приводит к увеличению объемной доли
боридов хрома. При этом толщина боридных пластин в покрытиях с 4 мас. % Nb меньше,
чем в покрытиях с 2 % Nb (рис. 2).
Средняя микротвердость полученных покрытий около 842 HV
25
, что соответствует
микротвердости самофлюсующихся покрытий без ниобия.