МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ РОЗРОБКИ РАЦІОНАЛЬНИХ ФУНКЦІОНАЛЬНО АКТИВНИХ ШИХТ ПРИ ХРОМУВАННІ ВУГЛЕЦЬ-ВУГЛЕЦЕВИХ МАТЕРІАЛІВ
DOI:
https://doi.org/10.31319/2519-8106.1(52)2025.330538Ключові слова:
захисні покриття, вуглець-вуглецеві композиційні матеріали, жаростійкість, синтез, оптимізація, хіміко-термічна обробкаАнотація
Наше наукове дослідження зосереджено на розробці ефективних захисних покриттів для вуглець-вуглецевих композиційних матеріалів (ВВКМ), що функціонують в умовах екстремального теплового навантаження. У роботі застосовано функціонально активні шихти (ФАШ), які формуються за нестаціонарних температурних режимів, з метою отримання покриттів із підвищеними експлуатаційними характеристиками. Основна мета полягає в розробці та оптимізації складу порошкових композицій, легованих титаном, що сприяють підвищенню жаростійкості функціональних поверхонь ВВКМ. У межах дослідження було здійснено комплексний аналіз існуючих технологій нанесення захисних покриттів, зокрема хіміко-термічних методів та методів насичення з рідкої фази. Розглянуто їхню ефективність з урахуванням специфіки взаємодії з вуглецевою матрицею та змін у механічних властивостях матеріалу. Особливу увагу приділено вивченню альтернативного методу — насичення поверхні в твердофазному стані в присутності активного газового середовища, що реалізується за допомогою ФАШ, сформованих за умов нестаціонарного термічного впливу. Значний акцент зроблено на вивченні хіміко-фізичних процесів, зокрема утворення карбідних фаз, які відіграють ключову роль у забезпеченні стійкості покриттів у агресивному високотемпературному середовищі. Експериментальна частина включає постановку факторного експерименту для визначення оптимального складу порошкових сумішей, що забезпечують максимально можливу термостійкість захисного шару. У якості незалежних змінних досліджено концентрації хрому, кремнію, титану та алюмінію, враховуючи їхній вплив на структурно-фазовий стан та фізико-механічні параметри покриттів. Побудовано рівняння регресії для кількісної оцінки залежності жаростійкості від параметрів автоініційованої термічної обробки та складу легуючих компонентів. Результати аналізу представлені у вигляді тривимірних графічних моделей, що ілюструють оптимізацію складу порошкових ФАШ у системах Cr–Al–Ti. За результатами структурно-фазового аналізу встановлено, що при легуванні титаном захисне покриття формується як двозонна система: внутрішній шар представлений фазою карбіду титану (TiC), тоді як зовнішній шар утворюється із сполук типу Al₂Cr₃, CrAl₂ та TiAl, хімічний склад яких визначається варіацією компонентного складу ФАШ.
Посилання
Ashrafiyan, O., Saremi, M., Pakseresht, A., & Ghasali, E. (2018). Oxidation-protective coat-ings for carbon-carbon composites. In Production, Properties, and Applications of High Tem-perature Coatings (pp. 18–35). IGI Global. https://doi.org/10.4018/978-1-5225-4194-3.ch016.
Shi, W., Li, Z., Xu, X., Yu, Y., Ding, X., & Ju, H. (2024). Protective graphite coating for two-dimensional carbon/carbon composites. Fluid Dynamics & Materials Processing, 20(1), 97–108. https://doi.org/10.32604/fdmp.2023.029028
Sereda B., Sereda D., Kryhliyak, I., Kryhliyak, D. Modification of the surface of copper alloys with aluminum in the conditions of self-propagating high- temperature synthesis. Problems of Atomic Science and Technology, 2023, (2), P. 130–133. DOI:10.46813/2023-144-130.
Niu, M., Wang, H., Wen, J., Ma, M., & Fan, X. (2015). Preparation and anti-oxidation proper-ties of Si(O)C coated carbon-bonded carbon fibre composites. RSC Advances, 5(65), 52347–52354. https://doi.org/10.1039/C5RA07550E
Li, C., Li, G., Ouyang, H., & Lu, J. (2019). ZrB2 particles reinforced glass coating for oxida-tion protection of carbon/carbon composites. Journal of Advanced Ceramics, 8(1), 102–111. https://doi.org/10.1007/s40145-018-0298-9
Zmij, V., Rudenkyi, S., & Shepelev, A. (2015). Complex Protective Coatings for Graphite and Carbon-Carbon Composite Materials. Materials Sciences and Applications, 6(10), 879–888. https://doi.org/10.4236/msa.2015.610090
Zmii, V. I. (2013). High-temperature protective coatings on carbon materials. Powder Metal-lurgy and Metal Ceramics, 52, 431–436. https://doi.org/10.1007/s11106-013-9544-4
Voevodin, V.N., Zmyi, V.I., & Rudenky, S.G. (2017). High-temperature heat-resistant coatings for the protection of refractory metals and their alloys (review). Powder Metallurgy, (03(04)), 100-117.
Ashrafiyan O., Saremi M., Pakseresht A., Ghasali E. Oxidation-protective coatings for carbon-carbon composites // Production, Properties, and Applications of High Temperature Coatings. IGI Global, 2018. С. 18–35. DOI: 10.4018/978-1-5225-4194-3.ch016.
Shi W., Li Z., Xu X., Yu Y., Ding X., Ju H. Protective graphite coating for two-dimensional carbon/carbon composites // Fluid Dynamics & Materials Processing. 2024. №. 20, № 1. С. 97–108. DOI: 10.32604/fdmp.2023.029028.
Sereda B., Sereda D., Kryhliyak I., Kryhliyak D. Modification of the surface of copper alloys with aluminum in the conditions of self-propagating high-temperature synthesis // Problems of Atomic Science and Technology. 2023. № 2. С. 130–133. DOI: 10.46813/2023-144-130.
Niu M., Wang H., Wen J., Ma M., Fan X. Preparation and anti-oxidation properties of Si(O)C coated carbon-bonded carbon fibre composites // RSC Advances. 2015. Т. 5, № 65. С. 52347–52354. DOI: 10.1039/C5RA07550E.
Li, C., Li, G., Ouyang, H., Lu, J. ZrB2 particles reinforced glass coating for oxidation protection of carbon/carbon composites // Journal of Advanced Ceramics. 2019. Vol. 8, № 1. С. 102–111. DOI: 10.1007/s40145-018-0298-9.
Zmij V., Rudenkyi S., Shepelev A. Complex protective coatings for graphite and carbon-carbon composite materials // Materials Sciences and Applications. 2015. Т. 6, № 10. С. 879–888. DOI: 10.4236/msa.2015.610090.
Змій В. І. Високотемпературні захисні покриття на вуглецевих матеріалах // Порошкова металургія та металокераміка. – 2013. Т. 52. С. 431–436. DOI: 10.1007/s11106-013-9544-4.
Voevodin V.N., Zmyi V.I., Rudenky S.G. High-temperature heat-resistant coatings for the pro-tection of refractory metals and their alloys (review) // Powder Metallurgy. 2017. №. 03(04). P. 100–117.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
a. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
b. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
c. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).