Радиационно-химический синтез градиентных композиций на основе гетерофазных карбидных систем

• Автор: Козорог, Ирина Борисовна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
1. РАДИАЦИОННОПУЧКОВЫЕ МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГРАДИЕНТНЫХ СТРУКТУР И СВОЙСТВА МОДИФИЦИРОВАННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.1.Применение радиационнопучковых технологий для создания новых материалов

1.2.Ионноплазменная обработка

ГЗ.Обработка импульсными электронными пучками

1.4.Обработка мощными ионными пучками.

1.5.Ионная имплантация

1.6.Метод атомного перемешивания

1.7.Анализ факторов, определяющих свойства модифицированных

материалов
1.8.Вывод ы
И. МЕТОДИКА РАДИАЦИОННОХИМИЧЕСКОГО СИНТЕЗА
ГРАДИЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ГК.
2.1 .Постановка и пути решения проблемы повышения фреттингостойкости
трибосистем.
2.2.Задачи исследования.
2.3.Разработка методики радиационнохимического синтеза.
2.3.1. Выбор объектов исследования
2.3.2.Техника и методика радиационнопучковой обработки
2.3.3.Выбор химических элементов и режимов ионнолучевой
обработки.
2.3.4.Выбор методов и режимов химического
модифицирования.
2.3.5.Моделирование процессов переноса
2.3.6.3тапы реализации методики радиационнохимического синтеза.
2.4.Выводы.
III. МЕТОДЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРАДИЕНТНЫХ
КОМПОЗИЦИЙ.
3.1 .Физикохимический анализ ГК.
3.1.2.Массспсктрометрия вторичных ионов.
3.1.3.Послойная Ожеспектроскопия
3.1.4.Рентгеноструктурный анализ.
3.1.5.Просвечивающая электронная микроскопия.
3.2.Методики исследования свойств градиентных композиций.
3.2.1.Методика подготовки электроэрозионной обработки образцов
3.2.2.Методика исследования микротвердости.
3.2.3. Методи ка исследования коррозионной стойкости.
3.2.4. Мето дика исследования трибологических характеристик
IV. ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ГРАДИЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
4.1 .Особенности физикохимических процессов при структурной
модификации гетерофазных систем
4.2.Физическая модель радиационностимулированного межфазного
массопереноса.
4.3.Радиационное легирование слаботочными ионными пучками
4.4.Радиационное легирование с использованием сильноточных ионных пучков
4.5.Вывод ы
V. ЭЛЕМЕНТНЫЙ, ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И СТРУКТУРА ГРАДИЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ.
5.1 .Исследование элементного состава ГК.
5.2.Исследование структуры и фазового состава ГК.
5.3.Феноменологическая модель формирования градиентных композиций
при радиационнохимическом синтезе.
5.4.Вывод ы
VI. СВОЙСТВА ГРАДИЕНТНЫХ КОМПОЗИЦИЙ
6.1 .Микротвердость ГК
6.2.Коррозионная стойкость ГК.
6.3.Трибологические свойства ГК.
6.4.Принципы и условия получения ГК с требуемыми свойствами.
6.5.Разработка технологического процесса
6.6.Вывод ы.
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


В результате ионного облучения происходит формирование в приповерхностных слоях материалов неравновесных структур, синтез новых метастабильных и аморфных фаз, а также образование за счет повышения пределов растворимости в твердом состоянии уникальных ионноимплантационных сплавов. Структурные превращения при ионной имплантации наиболее полно изучены для модельных материалов. Однако в последнее время дальнейшее развитие получило изучение влияния ионного облучения на структурные превращения в упорядоченных сплавах и жаропрочных сплавах на основе титана и никеля . Кроме того, разработка нетрадиционных методов ионнолучевой и ионноплазменной обработки материалов , инициировала целый ряд исследований ,, имеющих большое значение для развития теории структурнофазовых превращений в металлических системах. На сегодняшний день можно констатировать, что фактически создана экспериментальная база щя конструирования методами РПТ уникальных градиентных структу р и материалов, включая нанокристаллические, многослойные и композитные. СЭП. При использовании данных методов в приповерхностных слоях твердотельных систем формируются специфические градиентные структуры, определяющие их механические и физикохимические свойства. Поэтому для задач конструирования градиентных композиций и выбора базовых методов РПТ необходим анализ вопросов, связанных с особенностями формирования поверхностных структур в зависимости от вида радиационнопучковой обработки. Обработка материалов ионноплазменными потоками позволяет формировать на поверхности тонкие покрытия различного состава и, тем самым, изменять поверхностные свойства металлов и сплавов в широких пределах. Уникальные свойства композиций основа покрытие могут быть обеспечены нанесением многослойных покрытий, выбором различной толщины модифицированных слоев, а также вариацией технологических режимов обработки. Наибольшее распространение получили методы нанесения износостойких покрытий в вакууме с использованием низкотемпературной плазмы 1. Преимущества данных физических методов связаны с высокой степенью чистоты технологического процесса, с возможностью контроля и воспроизведения режимов ионноплазменной обработки. Методы нанесения покрытий в вакууме различаются механизмами генерации плазменных потоков, и включают три стадии процесса 1 генерацию потока частиц 2 осаждение плазменного потока 3 формирование покрытия на поверхности материала. Образование покрытий при взаимодействии потоков ионов с поверхностью тврдого тела определяется соотношением процессов распыления, внедрения и конденсации, которые, в свою очередь, зависят от протекания целого ряда элементарных явлений, таких как адсорбция, поверхностная диффузия, возникновения кластеров, зарождение новой фазы . Схема этих процессов показана на рис. Рис. Процессы зарождения и роста покрытий при ионноплазменной обработке 1 осаждение атомарного потока вещества 2 адсорбция 3 поверхностная диффузия 4 возникновение кластеров 5 реиспарение 6 зарождение новой фазы I интенсивность потока, атомсм с1 Е энергия частиц, эВ 0 угол смачивания Т температура конденсации, К. Для формирования модифицированных слоев необходимы соответствующие энергетические и температурные условия. При энергии ионов до 1 кэВ возможно только осаждение ионов на поверхность, а при энергии выше кэВ возможно распыление поверхностного слоя образца и внедрение ионов. Энергия падающих частиц определяет интенсивность процессов распыления поверхности и внедрения ионов. Температура подложки влияет на конденсацию адсорбированных атомов. В зависимости от условий конденсации происходит взаимодействие адсорбированных атомов, их миграция но поверхности и образование зародышей новых фаз. Тепловое состояние поверхности обрабатываемого материала зависит ог температуры нагрева подложки и тепловой энергии, сообщаемой при облучении. Варьируя температурой подложки, и соответственно, скоростью мшрации атомов, можно реализовывать различные механизмы роста и получать различные типы структур покрытия. По глубине покрытия различают до грех зон рис.