ФОРМИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОФУЛЛЕРЕНОВОГО ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ С ЦЕЛЬЮ ПАССИВАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ В УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЯХ

М. Р. Габдуллина, И. Р. Кузеев, Д. К. Никифорова, М. Ф. Габдуллин

Аннотация


В процессе переработки углеродсодержащего сырья элементы оборудования нефтепереработки и нефтехимии подвергаются дополнительному насыщению углеродом, играющим большую роль во всех технологических процессах нефтепереработки.

Исследования показали, что при определенных условиях модифицирования поверхностных слоев сталей и чугунов образуются фуллереновые комплексы, которые существенно влияют на эксплуатационные свойства материала.

С целью максимального формирования фуллеренов при науглероживании стальных образцов необходимо подобрать оптимальный температурный режим. Чем выше температура, тем меньшую роль играют адсорбционные и когезионные эффекты и большую роль начинают играть процессы деструкции полимерных углеродных структур. Температура ограничена температурой размягчения нефтяного пека и перехода его в маловязкое состояние для улучшения подвижности молекул и возможности их диффузии к поверхности металла.

Отшлифованные и обезжиренные образцы стали 20 полностью погружали в среду полученного пека. Далее под постоянным контролем производится процесс науглероживания, который длится 360, 480 и 720 минут при температуре 360 °С. Изменением времени науглероживания предполагалось выявить различия в структуре поверхности, зависящей от количественного содержания фуллеренов в ней.

В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что толщина металлофуллеренового поверхностного слоя на основе фуллеренов С60 и С70 при науглероживаниив среде нефтяного пека при температуре 720 °С зависит от выдержки в печи. Так при науглероживании в течении 6 часов его толщина составляет 1 мм; 8 часов – 1,2 мм; 12 часов – 1,4 мм. При этом максимальное значение фуллереновых комплексов на основе С60 и С70 наблюдается на расстоянии 0,6; 0,8; 1,0 мм от поверхности металлофуллеренового слоя соответственно.

Экстремальный характер распределения микротвердости при науглероживании в среде нефтяного пека аналогичен зависимости распределения фуллереновых комплексов на основе фуллеренов С60 и С70.

На основе ИК-спектрального анализа установлено количество фуллереновых комплексов на основе С60 и С70 в металлофуллереновом поверхностном слое стали 20 в зависимости от времени науглероживания.

Результаты расчетов количественного анализа показали, что от 0,38 до 0,45% углерода, внедренного из среды нефтяного пека в металл, участвует в образовании фуллереновых комплексов на основе фуллеренов С60 и С70 в зависимости от времени науглероживания.

Ключевые слова


energy dispersive x-ray spectrometer;fullerenes;IK-Fourier spectroscopy;metal-fullerene laye;microstructure;steel 20;ИК-Фурье спектроскопия;металлофуллереновый поверхностный слой;микроструктура;сталь 20;фуллерен;энергодисперсионный спектрометр

Полный текст:

PDF

Литература


Попова С.В. Формирование металлофуллеренового слоя в ходе химико-термической обработки углеродистой стали: дис… канд. техн. наук. 2010. 95 с.

Закирничная М.М. Анализ фуллереновых структур в углеродистых сплавах на основе железа: дис. … канд. техн. наук. Уфа, 1997. 138 с.

Ткаченко О.И. Образование фуллеренов в результате диффузионного насыщения сталей углеродом: дис. … канд. техн. наук. Уфа, 1999. 129 с.

H. I. Li, K. Pussi, K. J. Hanna, L.-L. Wang, D. D. Johnson, H.-P. Cheng, H. Shin, S. Curtarolo, W. Moritz, J. A. Smerdon, R. McGrath, and R. D. Diehl Surface Geometry of C60 on Ag(111) Selected for a Viewpoint in Physics PHYSICAL REVIEW LETTERS PRL 103, 056101 (2009) р. 056101-(1-4)

Transforming C60 molecules into graphene quantum dots/Jiong Lu, Pei Shan Emmeline Yeo, Chee Kwan Gan, Ping Wu & Kian Ping Loh//Nature Nanotechnology 6, 247-252 (2011).

Шпилевский М.Э., Шпилевский Э.М, Стельмах В.Ф. Фуллерены и фуллереноподобные структуры - основа перспективных материалов// Инженерно-физический журнал. 2001. Т. 74, №6. С. 106-112.

Закирничная М.М. Образование фуллеренов в углеродистых сталях и чугунах при кристаллизации и термических воздействиях. Уфа: Гилем, 2002. 180 с.

Кузеев И.Р., Попова С.В., Савичева Ю.Н. Исследование углеродных форм в железоуглеродистых сплавах // Геология. Известия Отделения наук о Земле и природных ресурсах АН РБ. 2009, №14. С. 6-7.




DOI: http://dx.doi.org/10.17122/ogbus-2014-3-310-328

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.