Закономерности формирования поверхностных слоев металлов и сплавов при электровзрывном легировании

• Автор: Будовских, Евгений Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 328 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ СПОСОБОВ ПОВЕРХНОСТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ
1.1 Импульсное упрочнение и защита поверхности металлов
и сплавов электровзрывным легированием
1.2 Поверхностное легирование с применением
концентрированных потоков энергии
1.2 Л Пути интенсификации химико-термической обработки металлов
1.2.2 Способы жидкофазного поверхностного легирования металлов и сплавов
1.3 Основные аспекты воздействия потоков энергии
на поверхность металлов в процессах легирования
1.3.1 Исследования процессов воздействия потоков энергии
на поверхность металлов
1.3.2 Структура и фазовый состав поверхности металлов
после воздействия концентрированных потоков энергии
1.4 Цель и задачи работы
2 УСТАНОВКА, РЕЖИМЫ ОБРАБОТКИ, МАТЕРИАЛЫ
И МЕТОДЖИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Лабораторная установка для получения импульсных многофазных плазменных струй
2.2 Исследование кинетики электровзрыва фольги
2.3 Расчет параметров импульсных плазменных струй
при различных режимах обработки
2.3.1 Определение интенсивности теплового воздействия на поверхность при обработке

2.3.2 Расчет параметров плазменных струй, формируемых
при электрическом взрыве проводников
2.4 Материалы для исследования процессов электровзрывного легирования
2.5 Режимы обработки, методы исследования микроструктуры, фазового состава и свойств модифицированных слоев
2.6 Выводы
3 РЕЛЬЕФ ПОВЕРХНОСТИ И СТРУКТУРА
ЗОНЫ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ
3.1 Рельеф поверхности зоны легирования
3.1.1 Рельеф поверхности железа и никеля после науглероживания и карбоборирования
3.1.2 Рельеф поверхности железа и никеля после одно-
и двухкомпонентного легирования электровзрывом фольг
3.2 Характерные режимы обработки и строение зоны легирования
3.3 Микроструктура и фазовый состав модифицированных слоев
3.4. Выводы
4 ПОСЛОЙНЫЕ ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФАЗОВОГО СОСТАВА И ДЕФЕКТНОЙ СУБСТРУКТУРЫ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МЕТАЛЛОВ ПОСЛЕ ОДНО-И ДВУХКОМПОНЕНТНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ
4.1 Приповерхностный слой
4.2 Промежуточный и приграничный слой
4.3 Нанокристаллический подслой на границе с основой и зона термического влияния
4.4 Выводы
5 АНАЛИЗ СИЛОВЫХ, ТЕПЛОВЫХ И ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ

5.1 Расчет радиуса зоны легирования
5.2 Расчет глубины зоны легирования
5.3 Эффект последействия
5.4 Перегрев расплава под давлением струи
5.5 Синтез интерметаллидных соединений при тепловом воздействии импульсной плазмы на систему покрытие-основа
5.6 Особенности кристаллизации модифицированных слоев
5.7 Анализ термомеханических процессов в зоне термического влияния
5.7.1 Особенности микроструктуры в зоне термического
влияния при электровзрывной обработке железа
5.7.2 Образование трещин в поверхностных слоях металлов
при электровзрывной обработке
5.7.3 Поведение теплозащитных покрытий в условиях импульсного плазменного воздействия
5.8 Выводы
6 АНАЛИЗ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В ОПЛАВЛЯЕМЫХ
СЛОЯХ
6.1 Моделирование тепломассопереноса через границу плазма-расплав при науглероживании железа и никеля
6.2 Термоконцентрационно-капиллярная конвекция
6.2.1 Образование поверхностных периодических структур при обработке материалов концентрированными потоками энергии
6.2.2 Термоконцентрационно-капиллярная конвекция
при ЭВЛ металлов
6.2.3 Эволюция конвективного перемешивания расплава
на поверхности металлов при плазменном воздействии
6.3 Конвекция при течении расплава под действием давления струи

оказаться оптимальными режимы обработки, при которых происходит заметное проникновение компонентов основы в наплавленный слой. При этом слой наплавки по существу превращается в легированный слой.
При химико-термической обработке с использованием концентрированных потоков энергии проникновение легирующих элементов происходит на всю глубину оплавляемого слоя, которая может достигать величин порядка 0,1... 1 мм. Вопрос о механизмах захвата частиц плазмы или газа поверхностью расплава в настоящее время практически не изучен и не позволяет строить моделей поверхностного легирования для определения того, как изменение параметров обработки сказывается на концентрации легирующих элементов в расплавленном слое. В результате оказывается невозможным оптимизировать режимы легирования и приходится ограничиваться требованием проведения обработки без выплеска расплава, а зависимость формируемых свойств поверхностных слоев каждый раз исследовать экспериментально.
Важное значение для повышения эффективности легирования имеет образование над поверхностью расплава химически активной плазмы. Например, при лазерном науглероживании железа в пропане процесс в присутствии плазмы идет в 100 раз быстрее, чем без нее [82]. Образование плазмы имеет значение и в том случае, когда насыщение проводится из предварительно нанесенного на поверхность графитового покрытия [121].
Вместе с тем, высокая степень легирования модифицированных слоев, достигаемая при использовании концентрированных потоков энергии, показывает, что оно обусловлено не только подводом атомов и ионов к поверхности, их адсорбцией и последующей диффузии. Например, при науглероживании железа коэффициент диффузии углерода в жидкой фазе имеет тот же порядок, что и значения температуропроводности металла, поэтому диффузия не может обеспечить обычно наблюдаемое относительное выравнивание углерода в слое. Полученные результаты можно объяснить гидродинамическим перемешиванием расплава.