Модифицирование поверхности деталей из стали 38Х2МЮА имплантацией ионов Mo, Y, Sc, Gd

• Автор: Ласица, Александр Михайлович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 126 с. : ил.

1.1 Основные процессы, обусловливающие износ прецизионных пар топливной аппаратуры ДВС
1.2 Методы повышения износостойкости прецизионных пар топливной аппаратуры
1.3 Обзор физических процессов, происходящих при различных методах энергетического воздействия, и возможности их технологического применения
1.3.1 Обзор процессов, происходящих при плазменной обработке, и возможность её технологического применения
1.3.2 Обзор процессов, происходящих при лазерной обработке, и возможность ее технологического применения
1.3.3 Обзор процессов, происходящих при обработке электронными пучками, и возможности их технологического применения
1.3.4 Обзор процессов, происходящих при ионной имплантации, и возможности их технологического применения
1.3.5 Ионная имплантация как технологический метод
2. Изменение структурно-фазового состава в процессе имплантации
2.1 Распределение имплантируемых частиц
2.2 Фазовый состав в процессе ионной имплантации
2.2. 1 Подходы, применяемые для предсказания влияния обработки на фазовый состав сплава
2.2.2 Возможные методы расчета колебательной энергии
2.2.3 Расчет химической энергии (сплав с двумя компонентами замещения и одним компонентом внедрения)
3. Влияние ионной имплантации на физико-механические и эксплуатационные характеристики
3.1 Изменение микрорельефа в процессе ионной имплантации
3.2 Изменение адгезионных свойств поверхности в процессе ионной имплантации
3.3 Изменение размеров областей когерентного рассеяния и микронапряжений в процессе ионной имплантации
3.4 Влияние ионной имплантации на микротвердость
4. Анализ полученных результатов и рекомендации по параметрам ионной имплантации
4.1 Выбор энергетического диапазона, температурного режима и режима имплантации
4.2 Выбор сорта имплантируемых атомов
4.3 Выбор дозы имплантируемых атомов
Выводы
Список литературы
Приложение

Надежность тракторов, сельскохозяйственных и дорожных машин во многом зависит от надежности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и их топливной аппаратуры. Значительная часть всех неисправностей этих машин приходится на топливную аппаратуру, у которой наиболее быстро изнашиваются прецизионные пары.
Топливная аппаратура выполняет одну из главных функций в обеспечении нормальной работы двигателя, поэтому прецизионные детали изготовляют с большой точностью, допуская в сопряжениях зазоры не более
2,0 мкм. В связи с этим, даже незначительные износы рабочих поверхностей этих деталей нарушают нормальную работу топливного насоса высокого давления и форсунок, ухудшая технико-экономические и экологические показатели двигателя [2].
Предложено достаточно много методов восстановления плунжерных пар, операции восстановления при этом требуют дорогого высокоточного оборудования и целесообразны только при восстановлении партий большого объема [1]. Экономически наиболее выгодно повышение ресурса работы прецизионных пар на этапе их изготовления. Поскольку износостойкость пар определяется физико-механическими свойствами материалов, из которых они изготовлены, весьма актуальным является анализ изменения свойств материалов применяемых в серийно выпускаемых прецизионных парах топливной аппаратуры ДВС при различных технологических методах обработки.
Целью работы является исследование влияния имплантации Мо, У, вб, Бс на физико-механические и эксплуатационные свойства поверхностного слоя стали 38Х2МЮА.
Научная новизна заключается в том, что в работе:
1. Установлено, что наилучшее сочетание эксплуатационных характеристик наблюдается в диапазоне 60-80 кэВ при использовании непрерывного режима и в диапазоне 70-110 кэВ при использовании

импульсного режима, и связано с преимущественным распылением микропиков, синтезом в приповерхностном слое новых фаз, образованием дислокационных петель и радиационно-стимулированной диффузией точечных дефектов.
2. Предложен метод, позволяющий прогнозировать в рамках модели теплового пика влияние ионной имплантации на фазовый состав простейших сплавов. Предложена новая методика расчета фактора вырождения и, как следствие, свободной энергии сплава с целью выявления возможности образования новых фаз.
3. Обнаружено увеличение микронапряжений II рода в поверхностном слое стали 38Х2МЮА при имплантации Мо и У в 1.5-2.0 раза, обусловленное наличием имплантированных атомов в узлах решеток внедрения и замещения.
4. Установлено увеличение толщины адсорбированного слоя более чем в 10 раз и силы адгезии - на 20-120% после имплантации Мо, У , 8с, вс! вследствие радиационного повышения концентрации дефектов кристаллического строения.
! Практическая значимость работы состоит в выработке рекомендаций и определении режимов финишной обработки серийно выпускаемых плунжерных пар.
Достоверность полученных результатов подтверждается данными рентгеноструктурного анализа, атомной силовой микроскопии, высокой степенью корреляции между результатами, полученными различными исследовательскими методами, а также согласием с результатами, полученными в данной области отечественными и зарубежными исследователями.
На защиту выносятся:
- физическая модель взаимодействия высокоэнергетических ионов с поверхностным слоем исследуемых материалов, позволяющая прогнозировать изменение фазового состава модифицированных слоев;

найти приближенное выражение для термодинамических потенциалов во всей области концентраций. Энергетические константы, входящие в такую теорию, могут быть выражены через энергии взаимодействия атомов разного сорта.
Любая из статистико-термодинамических теорий начинается с построения конфигурационного интеграла или статистической суммы.
где Ер энергия системы в 1-том состоянии, к-постоянная Больцмана, Т-температура, §гфактор вырождения, равный числу уровней или числу состояний с энергией Е(.
Сама статистическая сумма не может быть определена методами термодинамики, выражение для нее берется либо из анализа экспериментальных данных, либо получается методами статистической физики. Если статистическая сумма известна, то можно найти энергию Гельмгольца, связанную со статистической суммой простым соотношением
или энергию Гиббса связанную с энергией Гельмгольца соотношением
Величиной вклада РУ можно пренебречь для твердых тел и жидкостей, следовательно, можно записать, что
все остальные термодинамические функции, такие как: энтальпия, энтропия и т.д. можно получить с помощью известных термодинамических соотношений. Данная схема расчета применяется в классической термодинамике, и хорошо зарекомендовала себя.
Поскольку точно вычислить ни значение энергии, ни фактор вырождения невозможно, при расчете строятся модели, делающие различные допущения. Модель с большим числом допущений не может адекватно
(2.17)
А = -кТ 1п0
(2.18)
в=А+РУ
(2.19)
в = -кТ 1п£>
(2.20)