Obtaining a functional coating during the plasma-chemical synthesis of borides w-b systems on al₂o₃ substrate

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article presents the results of studies of an experimental coating obtained in the process of plasma synthesis of tungsten borides and the reduction of metallic tungsten, from a mixture obtained on the basis of a scheelite concentrate and a boron-containing material. The coating was formed on an Al₂O₃ substrate. The paper describes a step-by-step process of formation of tungsten borides on the substrate surface and reduction of metallic tungsten from oxide, using a high-temperature synthesis unit — a plasma generator. The formation of a coating on a substrate consisting of reduced metallic tungsten and borides of the W–B system proceeds in one technological stage in the process of condensation from the vapor-drop phase. To conduct a series of experiments, a prototype of an indirect plasma torch was developed with the generation of an electric arc plasma flow with a specific power g > 10⁴–10⁵ W/cm2. In the process of high-temperature plasma flow exposure to the complex structures of the mineral concentrate and tungsten oxide included in its composition, destructurization and subsequent sublimation of the mixture material in the form of a vapor-drop phase occur. The synthesis of tungsten borides occurs in the process of chemical transformations, when the dispersed material is removed from the heated plasma flow, the formation of nucleating phases and condensation from the vapor droplet phase on the substrate surface. The synthesis process is also accompanied by a significant sublimation of boron from the compounds, which leads to the reduction of metallic tungsten. The material obtained in the course of plasma synthesis forms the W–B system and structures, the physicochemical properties of which depend on the mixture composition, flux density, plasma pressure and temperature. The results of a chemical analysis of particles forming a W–B coating on the surface of an Al₂O₃ substrate in the form of a solid solution of dendrite crystals are presented. In the course of X-ray spectral microanalysis, the phase composition of coating samples was determined, the presence of tungsten borides W₂B₅, WB₂, W₂B, WB and metallic tungsten were revealed. The results of research work on obtaining coatings or films based on the W–B system, using mineral multi-component raw materials, can be useful in various science-intensive industries, in the hydrometallurgical or chemical industries.

Full Text

Restricted Access

About the authors

D. I. Balakhonova

Institution of Science Khabarovsk Federal Research Center Institute of Materials Science, Far Eastern Branch of the RAS

Author for correspondence.
Email: karoxar@mail.ru
Russian Federation, Khabarovsk

S. V. Nikolenko

Institution of Science Khabarovsk Federal Research Center Institute of Materials Science, Far Eastern Branch of the RAS

Email: karoxar@mail.ru
Russian Federation, Khabarovsk

References

  1. Volochko A.T., Podbolotov K.B., Dyatlova E.M. Ogneupornie i tugoplavkie keramicheskie materiali [Refractory and refractory ceramic materials]. Minsk Belaruskaya navuka 2013. [In Russian].
  2. Juchkov V.I., Leontev L.I., Akberdin A.A. Primenenie bora i ego soedinenii v metallurgii [Application of boron and its compounds in metallurgy]. Novosibirsk Akademizdat, 2018. [In Russian].
  3. Balahonov D.I., Makarov I.A. Plazmohimicheskii sintez karbidov volframa iz mnogokomponentnih oksidosoderjaschih koncentratov [Plasma-chemical synthesis of tungsten carbides from multicomponent oxide-containing concentrates] // Rasplavi. 2020. № 2. P. 113–123. [In Russian].
  4. Blagov A.E., Vasilev A.L., Dmitriev V.P. Issledovanie osobennostei mikrostrukturi monokristallicheskogo bora [Study of the microstructure features of single-crystalline boron] // Kristallografiya. 2017. 2017. № 5. P. 71–726. [In Russian].
  5. Gromilov S.A., Kinelovskii S.A., Alekseev A.V., Kireenko I.B. Issledovanie visokotemperaturnih faz W₂B i βWB poluchennih pri kumulyativnom nanesenii pokritii [Study of high-temperature W₂B and β-WB phases obtained by cumulative coating] // Jurnal strukturnoi himii. 2010. 51. № 6. P. 1161–1166. [In Russian].
  6. Lovshenko F.G., Panteleenko F.I., Rogachev A.V. Novie resursosberegayuschie tehnologii i kompozicionnie materiali [New resource-saving technologies and composite materials]. M:. Energoatomizdat. 2004. [In Russian].
  7. Gostischev V.V., Hosen Ri, Schekin A.V., Dzyuba G.S. Poluchenie metallov i kompozicionnih materialov s ispolzovaniem mineralnogo sirya Dalnego Vostoka [Production of metals and composite materials using mineral raw materials from the Far East]. Habarovsk. TOGU. 2019. [In Russian].
  8. Nikolenko S.V., Verhoturov A.D. Novie elektrodnie materiali dlya elektroiskrovogo legirovaniya [New electrode materials for electric spark alloying]. Vladivostok: Dalnauka. 2005. [In Russian].
  9. Balahonov D.I., Nikolenko S.V., Makarov I.A. Issledovanie struktur boridov volframa poluchennih pri plazmohimicheskom sinteze iz mineralnogo volframsoderjaschego koncentrata [Study of the structures of tungsten borides obtained by plasma-chemical synthesis from a mineral tungsten-containing concentrate] // Globalnaya energiya. 2022. 28. № 3. P. 41–52 [In Russian].
  10. Tumanov Yu.H. Plazmennie visokochastotnie mikrovolnovie i lazernie tehnologii v himikometallurgicheskih processah [Plasma, high-frequency, microwave and laser technologies in chemical and metallurgical processes]. М.: Fizmatlit. 2010. [In Russian].
  11. Malcev S.A. Matematicheskoe modelirovanie processa plazmennogo napileniya s uskoreniem potoka plazmi impulsami toka plazmotrona [Mathematical modeling of the process of plasma spraying with acceleration of the plasma flow by plasmatron current pulses]. Voronezhskii nauchnotehnicheskii vestnik. 2017. P. 201–203. [In Russian].
  12. Korsunov K.A. Modelirovanie processa vzaimodeistviya plazmennoi strui s obrabativaemim materialom. Resursosberegayuschie tehnologii proizvodstva i obrabotki davleniem materialov v mashinostroenii [Modeling the process of interaction of a plasma jet with the material being processed. Resource-saving technologies for production and pressure treatment of materials in mechanical engineering]. Lugansk, LGU. 2021. [In Russian].
  13. Gorbunov A.V., Gorbunova V.A., Devoino O.G. Evaluation of evaporative degradation of arc torch cathodes in hydrocarbon-containing plasmas for spraying, thermal protection testing and related technologies // Science and Technique. 2022. 21. № 3. P. 179–190.
  14. Kapsalamova F.R., Krasikov S.A., Juravlev V.V. Osobennosti fazovih prevraschenii pri mehanohimicheskom legirovanii v kompozicii Fe–Ni–Cr–Cu–Si–B–C [Features of phase transformations during mechanochemical alloying in the composition Fe–Ni–Cr–Cu–Si–B–C] // Rasplavy. 2021. № 1. P. 79–89. [In Russian].
  15. Burkov A.A., Kulik M.A. Kompozicionnie elektroiskrovie pokritiya na osnove amorfnoi matrici s vklyucheniyami boridov volframa [Composite electrospark coatings based on an amorphous matrix with inclusions of tungsten borides]. Barnaul Fundamentalnie problemi sovremennogo materialovedeniya. 2018. 15. № 3. P. 320–327. [In Russian].

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig.1

Download (207KB)
3. Fig.2

Download (132KB)
4. Fig.3

Download (639KB)
5. Fig.4

Download (127KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».