Доклады о будущих и современных технологиях

ФУЛЛЕРЕНЫ В ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВАХ

В. В. Хапеева, В. А. Иванова

Научный руководитель - В. А. Иванова, канд. техн. наук, доцент

Ярославский государственный технический университет

Традиционно считается, что углерод в структуре железоуглеродистых сплавов присутствует в составе твердого раствора (феррит, аустенит, мар­тенсит), химических соединений (карбидов) и в свободном состоянии (графит). Наряду с этим, описаны иные углеродные образования в сталях и чугунах: коралловидный графит, «взорванные глобулы», кольца углерод­ных атомов и цепочки, в которых атомы связаны ковалентно. Кроме того, продолжается дискуссия о природе цементита. Объединить многообразие углеродных форм можно их фуллеренным строением. Это подтверждается предложенной капельной моделью образования фуллеренов, которая рас­сматривает эволюцию углеродных атомов на фоне конденсированного со­стояния углеродной капли. Согласно ей, в структурировании фуллеренов можно выделить три стадии: образование малых, преимущественно линей­ных кластеров и их разветвление; образование циклов и начало формиро­вания двумерной поверхности; рост поверхности и ее замыкание в фулле - реновые структуры.

В настоящее время молекулярная форма углерода - фуллерены С60 - идентифицирована в сталях и чугунах, выплавленных методами классиче­ской металлургии. Выявлено три возможных механизма появления фулле - ренов в структуре железоуглеродистых сплавов:

1) переход фуллеренов в расплав из фуллеренсодержащей шихты в хо­де металлургических процессов получения сплавов: экспериментально об­наружено наличие фуллеренов в каменноугольном коксе и колоШнИковой пыли, а также в литейном коксе;

2) образование фуллеренов при первичной кристаллизации: в расплаве самоорганизуются железоуглеродистые глобулы на основе фуллеренов при фракционировании отдельных составляющих расплава (железа и углеро­да), фуллерены находятся в центре фрактальных кластеров и являются центрами кристаллизации;

3) возникновение фуллеренов в результате структурных и фазовых пре­вращений при термических воздействиях: фуллерены образуются по гра­ницам зерен феррита и цементита, обладающим большой дефектностью и содержащим свободный углерод в виде сегрегаций.

Железоуглеродистые сплавы обладают значительной гетерогенностью химического состава и свойств из-за несовершенства строения, поэтому в локальных областях сплавов присутствуют различные соединения углеро­да, в том числе и фуллерены.