Исследование процесса поверхностного упрочнения сталей и сплавов ионами неметаллов

• Автор: Коваленко, Ирина Анатольевна
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Липецк
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Метод ионной имплантации

1.1.1. Механизмы модификации поверхности

материалов при ионной имплантации

1.1.2. Влияние ионной имплантации

на механические свойства сталей и сплавов

1.1.3. Влияние имплантации на коррозионные

свойства материалов

1.1.4. Доза, предельный уровень легирования,

глубина проникновения ионов
1.2. Ионнолучевое смешивание
1.2.1. Сущность и механизм смешивания
1.2.2. Влияние ионнолучевого смешивания на трибологические характеристики материалов
1.3. Задачи исследования
2. ТЕХНОЛОГИЯ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ
И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Характеристика материалов
2.2. Методы подготовки поверхности
2.3. Нанесение пленок олова и серебра
2.4. Имплантация ионами неметаллов
2.5. Методы исследований поверхностных слоев материалов
2.5.1. Изучение фаз внедрения
2.5.2. Измерение микротвердости,
коэффициента трения и износа
2.5.3. Испытания на коррозионную стойкость
2.6. Выводы к главе 2
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА И
МЕХАНИЗМА УПРОЧНЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ
3.1. Упрочнение ионной имплантацией
3.1.1. Влияние состава пучка ионов
на формирование упрочняющих фаз
3.1.2. Ионнолучевое борирование
3.2. Анализ закономерностей образования фаз внедрения
при имплантации
3.2.1. Электронное строение, размерный фактор
3.2.2. Эволюция конфигураций атомов бора
3.2.3. Термодинамика образования упрочняющих фаз
3.3. Исследование ионнолучевого смешивания
3.4. Исследование антикоррозионной защиты
3.5. Выводы к главе 3
4. МОДЕЛЬ ТРЕНИЯИЗНОСА ДЕТАЛЕЙ
С МОДИФИЦИРОВАННЫМИ СЛОЯМИ
4.1. Истирание шероховатой поверхности
4.2. Истирание материала, упрочненного ионным легированием
4.3. Выводы к главе 4
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


Во второй главе дана краткая характеристика применяемых материалов и описаны методики как известные, так и разработанные для проведения экспериментальных исследований. В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований влияния элементного состава и дозы ионного пучка неметаллов на фазооб-разование и связанные с ним изменения механических и физико-химических характеристик поверхностных слоев сталей и титановых сплавов. Проведен анализ кристаллохимических и термодинамических закономерностей формирования фаз внедрения в системе матрица-имплантант. Четвертая глава посвящена экспериментальному исследованию влияния шероховатости поверхности на такие характеристики, как коэффициент трения и износ при истирании материалов и созданию модели трения-износа деталей с модифицированными слоями. Отсутствие и дороговизна высококачественных сталей с одной стороны, и необходимость создания материалов со специальными служебными характеристиками с другой, стимулировали интенсивное развитие работ по созданию на поверхностях изделий особых свойств, отличных от объемных. Одним из перспективных методов обработки материалов с целью придания им особых приповерхностных свойств является воздействие потоками ионов. В зависимости от параметров ионного потока на поверхности реализуются следующие процессы (рис. Рис. Если энергия падающих ионов Е=-2 эВ (область I), то на поверхности детали происходит процесс конденсации ионов. Такую обработку можно использовать для осаждения покрытий. Для обработки потоком заряженных частиц с Е=2-3эВ (область II) характерен процесс ионного распыления (травления), позволяющий очищать поверхность деталей от загрязнений, активировать поверхностный слой и формировать требуемый рельеф. При Е> 4эВ (область III) наблюдается ионная имплантация, т. Последняя может применяться либо как самостоятельный метод обработки поверхности материалов с целью повышения физических и физикохимических свойств поверхности, либо в комплексе с вакуумным нанесением покрытий (ионно-лучевое смешивание). Благодаря тому, что при ионной имплантации можно целенаправленно выбирать атомы внедряемого элемента и менять режимы облучения, можно достичь высокой прочности поверхностного слоя обрабатываемой детали, обусловленной повышением твердости и износостойкости материала. Большое число работ экспериментального и теоретического характера посвящено проблеме ионной имплантации сталей и сплавов, существенно упрочняющей поверхностные слои материалов. Так из всех возможных основных механизмов можно указать следующие [2]: дислокационное упрочнение, деформационное упрочнение, структурное упрочнение, упрочнение за счет образования твердых растворов замещения и внедрения, фазовое упрочнение. Дислокационное упрочнение. Механические свойства твердых тел во многом зависят от дислокационной структуры и такие параметры, как твердость, текучесть и пластическое деформирование описываются движением дислокаций, их взаимодействием друг с другом и другими дефектами решетки. Дислокации являются также наиболее вероятным местом скопления точечных дефектов и примесных атомов, что приводит к их закреплению и соответственно увеличению модуля упругости металлов и сплавов [3,4]. Таким образом, количество и характер распределения дефектов кристаллической решетки влияют на ее упругопластическую деформацию, а скорость пластической деформации определяется плотностью и скоростью движения подвижных дислокаций. Ионная бомбардировка, повышая концентрацию дефектов поверхности и приповерхностного слоя и вводя в эти слои легирующие примеси, способствует закреплению подвижных дислокаций растворенными атомами. Деформационное упрочнение в определенной степени связано с дислокационным упрочнением, так как высокая плотность дислокаций приводит к деформации поверхности и эффекту сжатия-растяжения кристаллической решетки. Кроме того, внедрение ионов в твердое тело также вызывает изменение параметров решетки и ее деформацию. Деформация поверхности может происходить вследствие прямого соударения бомбардирующих ионов с атомами решетки.