Повышение работоспособности стали 38Х2МЮА в условиях высокотемпературного импульсного воздействия путем ионно-плазменного модифицирования

• Автор: Теплоухов, Андрей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава I. Теоретические основы теплофизических процессов в поверхностном слое конструкционных материалов
1.1. Физическое моделирование и его применение к исследованию быстропротекающих тепловых процессов в бинарных системах

1.2. Теоретические аспекты ионной имплантации

1.3. Аналитический обзор и классификация методов получения покрытий

Г лава II. Исследование теплонапряженного состояния поверхностного слоя бинарной системы в процессе эволюции теплового импульса
2.1. Модель эволюции кратковременного теплового импульса в однородной плоской пластине

2.2. Подбор материала покрытия

2.3. Влияние химических факторов

Глава III. Методы получения и исследования бинарных систем сталь-

покрытие
3.1. Описание установки ионной имплантации и вакуумного ионноплазменного напыления
3.2. Режимы ионной имплантации и нанесения покрытий
3.3. Комбинированный метод ионно-плазменного модифицирования конструкционной стали

Г лава IV. Исследование модифицированных поверхностей конструкционной стали 38Х2МЮА методами электронной и зондовой микроскопии
4.1. Методы электронной микроскопии
4.2. Методы сканирующей зондовой микроскопии
4.3. Проведение измерений и обработка полученных результатов
Выводы
Список литературы
Приложения

Введение
Модифицирование конструкционных материалов с целью направленного изменения их физико-химических свойств является весьма востребованной и актуальной задачей современного материаловедения. Во многих отраслях машиностроения широко востребованы материалы с улучшенными эксплуатационными свойствами, такими как работоспособность, механическая прочность, износостойкость и т.д.
В процессе эксплуатации деталей, узлов и агрегатов технологического оборудования, а также изделий машиностроения, изготовленных из конструкционных сталей и сплавов, в условиях высокотемпературных импульсных воздействий происходит снижение их работоспособности с дальнейшим разрушением, например, в установке лазерной резки «ЬаэегМаС 4200».
Изготовление деталей из дефицитных и дорогостоящих материалов нерационально, а зачастую невозможно, что обусловливает актуальность фундаментальных и прикладных исследований, направленных на формирование покрытий, наносимых на различные конструкционные металлические материалы с целью повышения их работоспособности.
В тех случаях, когда изменениям, в том числе необратимым, подвергается поверхностный слой объемной детали, в качестве альтернативы ее полного восстановления с использованием дорогостоящих конструкционных материалов, применяются методы поверхностного модифицирования. Нанесение покрытий позволяет восстановить свойства изделий, утраченные в процессе эксплуатации, а также повысить их ресурс, поэтому чаще всего модифицируют поверхности исходных изделий, получаемых в процессе производства. Среди таких методов высокой эффективностью отличается ионно-плазменное модифицирование.
Таким образом, актуальность проблемы повышения работоспособности конструкционных сталей обусловлена их широким применением в механизмах машин и технологического оборудования, эксплуатируемых при

/ 2/ 2/ /2ТП 4- М
Еа = 2Еяг1г2 (г1 >з + г2 '3) - ц (1.2.29.),
где Ек - энергия Ридберга для водорода (13,68 эВ).
Энергетический предел
7 1 1 ( 2! 2/ ' I2 Ш
Ев = 4ЕК гУ22 (г, /з + г2 А) — . — (1.2.30.),
где Еа - энергия, необходимая для смещения атома из его нормального положения в решетке. Для многих металлов Еа лежит между 20 и 25 эВ. Если Е > Ев, столкновения происходят в соответствии с законом Резерфорда. Значения Еа и Ев, вычисленные для различных бомбардирующих частиц и для мишеней из меди и алюминия, приведены в таблице.
Таблица
Кинетические энергии ионов Си и Мо
Бомбардирующий ион Алюминиевая мишень Медная мишень
еа, кэВ Ев, кэВ Еа , кэВ Ев, кэВ
135 15 103 200 391
42 280 3 103 385 14
Как видно из расчетов, нам необходимо рассматривать распыление для энергий Е < Еа, так как технологический диапазон предусматривает варьирование в пределах 5 ч- 100 кэВ.
Существует несколько теорий, основанных на механизме столкновения частиц для энергий Е < ЕА (область твердых сфер).
В получено следующее выражение для коэффициента распыления [67]:
1/ по (аЕ >2'
5=ОУ +1,з25п^ехр _(-п -2 ~ кп‘/

2тМ (т + М)2’
(т — М) (т + М) 2тМ П (т — М)

(1.2.31.), (1.2.32.),