Ионно-плазменное наноструктурирование поверхностных слоев высокопрочных сталей и сплавов и нанесение наноструктурных покрытий

• Автор: Сергеев, Виктор Петрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 539 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.

Раздел 1. Ионно-пучковая обработка высокопрочных сталей и

сплавов и ионно-плазменное нанесение покрытий

1.1. Изменение структуры и трибомеханических свойств сталей и сплавов при ионно-пучковом модифицировании поверхностного слоя..

1.1.1'. Ионное распыление

1.1.2. Ионная имплантация

1.1.3. Имплантация атомами отдачи и ионное перемешивание

1.1.4. Образование-дефектов решеткиАри внедрении ионов

1.1.5. Изменение структурно-фазового состояния сталей и сплавов

1.1.6. Повышение' трибомеханических свойств металлов; и сплавов-методом ионной имплантации
1.2. Ионно-плазменное нанесение упрочняющих и износостойких
покрытий
1.2'Л. Особенности формирования покрытий
1.2.2. Структура и трибомеханические свойства покрытий
1.3. Влияние ионной бомбардировки на структуру и свойства осаждаемых покрытий
1.4. Теплозащитные многослойные покрытия
1.4.1. Методы нанесения теплозащитных покрытий
1.4.2. Состав, структура и термоциклическая стойкость теплозащитных покрытий
1.5. Поверхностный слой и трибомеханические свойства материалов 104'
1.6. Выводы из обзора и постановка цели и задач.исследования
Раздел 2. Методы и устройства ионно-плазменного наноструктурирования сталей. и сплавов и нанесения наноструктурных покрытий, методики исследований и испытаний..
2.1. Универсальная, экспериментальная, установка, для осаждения-

покрытий и поверхностной ионной обработки
2.2. Методы ионно-пучкового наноструктурирования поверхностного слоя металлов
2.2.1. Импульсный вакуумно-дуговой ионный источник
2.2.2. Бомбардировка непрерывным потоком ионов металлов 143 .
2.3. Осаждение однослойных нанокомпозитных покрытий с помощью;
магнетронного распыления композиционных мишеней
2.3Т. Распыление на постоянном и импульсном токе
2.3.2. Осаждение: с ионной бомбардировкой при- приложении
потенциала'смещения-к подложке .............................. Г59>
2.3.3 : Приготовление композиционных мишеней
2.4. . Формирование многослойных; металло-нитридо-оксидных-
■ покрытий при магнетронном распылении и ионной бомбардировке.
2.5; Получение:нанослоистых покрытий.
2.6; Применяемые методики- исследований и- испытаний; поверхностных
слоев и покрытий..;
2.6.1 Трение и износ
2.6.2. Механические свойства
2.6.3::Микротвердость
2.6.4. Адгезия покрытий
2:6:5; Термоциклирование ,. 186;
2:6.6 Химический состав и'концентрационные профили распределения;
элементов по толщине поверхностного слоя
2.6:7 Структура и фазовый состав
Раздел; 3. Наноструктурирование поверхностных. слоев
высокопрочных сталей методами ионнопучковой бомбардировки
3.1. Влияние ионной бомбардировки.на структуру поверхностного слоя
и механические свойства стали мартенситного класса 30ХГСН2А
3.2. Ионно-пучковая поверхностная обработка подшипниковой стали.
ШХ-15 мартенситного класса
3.2.1. Расчет температурных полей в образцах при высокодозной ионной имплантации
3.2.2. Изменение структурно-фазового состояния и трибомеханических свойств при ионно-пучковой модификации поверхностного слоя стали ШХ-
3.2.2.1. Наноструктурирование стали ШХ-15 пучками ионов Т1 и комплексами ТЛСХ и ТШХ
3.2.2.2. Особенности ионнопучкового наноструктрирования стали ШХ-
15 ионными комплексами боридов других металлов
3.2.2.3. Наноструктурирование поверхностного слоя стали ШХ-15 при бомбардировке ионами Мо предварительно нанесенной пленки Мо8х
3.3. Наноструктурирование ионными пучками поверхностного слоя высокопрочной мартенситно-стареющей стали ВНС-
3.4. Выводы
Раздел 4. Формирование наноструктурных покрытий при магнетронном распылении
4.1. Введение
4.2. Наноструктурирование покрытий на основе ЗЛЫ путем образования твердого раствора Т!-А1-]М
4.3. Особенности формирования нанокомпозитных покрытий на основе ,
ТОЛ при легировании медью
4.4. Структура и трибомеханические свойства нанокомпозитных покрытий на основе системы И - С - N
4.5. Наноструктурирование интерметаллидных покрытий на основе № -
А1 при ионной бомбардировке
4.6. Влияние химического состава нанокомпозитных покрытий на основе Т1-А1-81-К на их структурно-фазовое состояние и свойства
4.7. Формирование наноструктурного состояния покрытий на основе Бе-

стимулированный рост кристаллитов. Имеется также другой механизм ионно-стимулированной рекристаллизации зерен. При внедрении достаточно плотного потока тяжелых ионов в кристаллит его исходная решетка полностью разупорядочивается на начальной стадии развития и перекрытия каскадов столкновений. Новый порядок расположения атомов в этом микрообъеме формируется на стадии релаксации по механизму эпитаксиальной кристаллизации на интерфейсе соседнего ненарушенного зерна. По этому механизму может происходить как измельчение зерен, так и их укрупнение.
Данные механизмы могут объяснить быстрый рост зерен при малых дозах облучения исходной мелкозернистой пленки. Когда средний размер растущих зерен достигает средних размеров объема единичного каскада столкновений, то вероятность значительного нарушения структуры во всем объеме в таких зернах уменьшается. Структура, нарушенная бомбардировкой в локальной области большего зерна, восстанавливается в условиях контакта с менее нарушенными областями этого зерна. Поэтому скорость роста зерна должна уменьшаться по мере увеличения его размеров, а максимальный размер зерна должен зависеть от массы внедряемого иона. Действительно, облучение при комнатной температуре пленок никеля с размером зерна 9 нм ионами ксенона (560 кэВ) приводит к быстрому увеличению размеров зерен до предельного значения, равного 40 нм. При внедрении ионов аргона (240 кэВ) размеры зерен увеличиваются по мере повышения дозы медленнее и не превышают в итоге 25 нм.
Эффект образования области глубокозалегающих дефектов наблюдается во многих металлах и сплавах при разных условиях ионной имплантации (к настоящему времени опубликовано несколько десятков работ). В литературе он называется эффектом “дальнодействия”. Различные стороны его проявления и контролирующие механизмы систематизированы и детально описаны в монографии [20]. Следует подчеркнуть в этой связи, что