Получение металлофуллеренового поверхностного слоя при науглероживании стали из различных сред

Проведены исследования по созданию металлофуллеренового слоя в сталях при внедрении углерода из органической и неорганической сред. В качестве неорганической среды использовали карбонат бария, а в качестве органической среды использовали пек нефтяного происхождения. С целью формирования необходимого количества фуллеренов при науглероживании стальных образцов подобран оптимальный температурный режим. Чем выше температура, тем меньшую роль играют адсорбционные и когезионные эффекты и большую роль начинают играть процессы деструкции полимерных углеродных структур. Снизу температура ограничена температурой размягчения нефтяного пека и перехода его в маловязкое состояние для улучшения подвижности молекул и возможности их диффузии к поверхности металла. Идентификация фуллеренов в поверхностном модифицированном слое производилась методами ИК-Фурье спектрометрии и высокоэффективной жидкостной хроматографии. Обнаружено, что образующиеся в ходе науглероживания в среде карбоната бария и в среде пека наноуглеродные структуры имеют различную морфологию. При науглероживании из среды карбонатов металлов определяющую роль при синтезе фуллеренов играет каталитическое действие поверхности с образованием эндоэдральных производных в поверхностном слое, в то время как из среды пека фуллерены формируются при кристаллизации последнего, при этом центры кристаллизации имеют фуллереновую природу. Руководствуясь теоретическими данными и данными спектрального и хроматографического анализа, установлены оптимальные условия формирования металлофуллеренового слоя в среде карбоната бария и нефтяного пека. Обнаружено слабое сцепление модифицированного в среде карбоната бария слоя с металлической основой, что вызвано ограничением диффузии углерода в объем α-Fe. Согласно выявленному механизму формирования фуллеренов в газовой среде на поверхности стали фуллерены формируются на каталитических центрах – атомах железа, образуя тонкий металлофуллереновый слой, обладающий низкой дефектностью. Комплексные исследования диффузии углерода в сталь из органической и неорганической среды показали различия механизмов формирования металлофуллеренового слоя и позволили разработать эффективные алгоритмы технологии модифицирования поверхности.