Источник широких электронных пучков на основе разряда с самонакаливаемым полым катодом для азотирования сталей и сплавов

• Автор: Меньшаков, Андрей Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 160 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ИОННОПЛАЗМЕННОГО АЗОТИРОВАНИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ
1.1. Основы технологии азотирования сталей и сплавов
1.2. Использование плазмы газовых разрядов для азотирования конструкционных сталей и сплавов
1.2.1. Азотирование в тлеющем разряде
. 1.2.2. Использование дуговых разрядов для азотирования материалов
1.2.3. Азотирование в тлеющем разряде с активным экраном
1.3. Применение электронных пучков для ионно-плазменного азотирования

1.4. Выводы к главе
ГЛАВА 2. ГЕНЕРАТОР ПЛАЗМЫ НА ОСНОВЕ РАЗРЯДА С САМОНАКАЛИВАЕМЫМ ПОЛЫМ КАТОДОМ
2.1. Основные свойства разряда с самонакаливаемым полым катодом
2.2. Экспериментальный макет генератора плазмы
2.3 Рабочие характеристики разрядной системы с ниобиевым катодом
2.4. Результаты экспериментов в системе с титановым катодом
2.4.1. Тренировка титанового катода
2.4.2. Вольтамперные характеристики разряда
2.4.3. Измерения температуры катода
2.4.4. Гравиметрические испытания
2.5. Выводы к главе

ГЛАВА 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСТОЧНИКА ШИРОКИХ ЭЛЕКТРОННЫХ ПУЧКОВ
3.1. Конструкция электродной системы
3.2. Характеристики источника электронного пучка круглого сечения
3.2.1. Эмиссионные характеристики плоского электронного эмиттера и параметры плазмы, генерируемой низкоэнергетичным электронным пучком
3.2.2. Спектральный анализ плазмы электронного пучка
3.3. Характеристики источника радиально-расходягцегося электронного пучка
3.3.1. Эмиссионные характеристики электронного эмиттера цилиндрической формы
3.3.2. Степень неоднородности плазмы, генерируемой радиально-расходящимся электронным пучком
3.3.3. Влияние потенциала коллектора на плотность ионного тока
3.4. Выводы к главе
ГЛАВА 4. АЗОТИРОВАНИЕ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ В ПЛАЗМЕ НИЗКОЭНЕРГЕТИЧНОГО ЭЛЕКТРОННОГО ПУЧКА
4.1. Азотирование аустенитной нержавеющей стали
4.1.1. Методика эксперимента
4.1.2. Влияние параметров электронного пучка и ионного потока на нагрев образцов
4.1.3. Влияние давления газовой смеси на скорость азотирования стали
4.1.4. Влияние энергии ионов и плотности ионного тока на характеристики азотированного слоя

4.2. Азотирование титана
4.2.1. Конструкция электродной системы
4.2.2. Плавающий потенциал изолированного коллектора в плазме электронного пучка
4.2.3. Азотирование титана при плавающем потенциале
4.3. Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

20 мкм с твердостью на поверхности до 16 ГПа. Авторы этой работы показали, что плазма, создаваемая электронным пучком, может эффективно использоваться для модификации материалов, однако основным недостатком этого метода является то, что для нагрева изделия до требуемой температуры необходим дополнительный нагревательный элемент, что усложняет конструкцию устройства и затрудняет равномерный нагрев изделий сложной формы.
Позднее, в работе [41], электронный пучок был использован не только для генерации азотной плазмы, но и для нагрева азотируемых изделий. В этом исследовании приводятся результаты азотирования Сг-Мо стали при плавающем потенциале образцов в плазме электронного пучка с энергией 100 - 140 эВ и током 3,5 А. Поверхностная твердость азотированных в течение 3 часов при 500°С образцов достигала 10 ГПа, а на глубине 60 мкм микротвердость в 1,5 раза превышала исходные значения. Однако возможности исследования влияния различных параметров обработки на характеристики азотированных слоев были ограничены возможностями используемого электронного источника.
Авторами работ [42, 43] был разработан метод азотирования в плазме, создаваемой широким низкоэнергетичным электронным пучком (рис. 1.12). В качестве электронного источника исследователями был использован плазменный эмиттер электронов с сеточной стабилизацией на основе тлеющего разряда с полым катодом, при этом площадь поперечного сечения пучка составляла ~80 см2. Основным преимуществом нагрева электронным пучком в сравнении с азотированием в тлеющем разряде является отсутствие распыления поверхности высокоэнергетичным ионным потоком, что позволяет обеспечить требуемый уровень чистоты поверхности и повысить эффективность обработки изделий. Авторами были успешно выполнены эксперименты по низкотемпературному азотированию таких трудноазотируемых материалов как аустенитная нержавеющая сталь