TiN.This work investigates the effect of ion bombardment by low-energy Ti ions on the change of surface structure and Ti distribution in depth. It is shown, that the ion bombardment under the chosen operating conditions leads to the Ti condensation on the specimen surface, mainly in the form of drops, and Ti penetrates under the surface no more than by 1 мm. Ti ions are found in deep layers only after TiN coating.


Область наук:
  • нанотехнології
  • Рік видавництва: 2010
    Журнал: Вісник Харківського національного автомобільно-дорожнього університету
    Наукова стаття на тему 'Стан поверхні и Розподіл титану в стали 20х после іонного бомбардування'

    Текст Наукової роботи на тему «Стан поверхні и Розподіл титану в стали 20х после іонного бомбардування»

    ?УДК 669.017: 621.73

    СТАН ПОВЕРХН1 ТА РОЗПОД1Л тітанів В СТАЛ1 20Х П1СЛЯ юнного

    БОМБАРДУВАННЯ

    А.В. Кваша, ст. наук. сшвр., к.т.н., С.Л. Абашин, Мовляв. наук. сшвр., ХАУ «ХА1», С.С. Дяченко, професор, д.т.н., 1.В. Пономаренко, асистент, ХНАДУ

    Анотація. До ^ Джено Вплив? Ційного бомбардування низькоенергетичного юнамі титану на змту поверхневог Структури та розподш елемент1в по Глібов. Встановлен, що при бомбар-дувант за обраності режимами Ti конденсуеться на поверхт, Головні чином у вігляд1 кра-пель, i пронікають на глібінь НЕ бшьше 1 мкм. 1оні Ti рееструються у глібінь кулях ттькі тсля Нанесення покриття TiN.

    Ключов1 слова: юнне бомбардування, скануюча електронна мiкроскопiя, мтрорентгеноспект-ральний аналiз, розподш елементiв по Глібов.

    СТАН ПОВЕРХНІ І Розподіл титанів В СТАЛИ 20Х

    ПІСЛЯ іонного бомбардування

    А.В. Кваша, ст. наук. співр., к.т.н., С.Л. Абашин, мл. наук. співр., ХАУ «ХАІ», C.C. Дьяченко, професор, д.т.н., І.В. Пономаренко, асистент, ХНАДУ

    Анотація. Досліджено Вплив іонного бомбардування низькоенергетичного іонамі титану на зміну поверхневої Структури та Розподіл елементів по глібіні. Встановлен, что при бомбардуванні за обраності режимам Ti конденсується на поверхні, головні чином, у виде крапель, и пронікає на глибінь НЕ более 1 мкм. Іоні Ti реєструються в глибінь кулях только после Нанесення покриття TiN.

    Ключові слова: іонне бомбардування, скануюча електронна мікроскопія, мікрорент-геноспектральній аналіз, Розподіл елементів по глібіні.

    SURFACE STATE AND Ti DISTRIBUTION IN 20 Cr STEEL AFTER ION

    BOMBARDMENT

    A. Kvasha, senior researcher, Candidate of Technical Science, S. Abashin, junior researcher, National Aerospace University «KhAI», S. Dyachenko, Professor, Doctor of Technical Science, I. Ponomarenko, assistant, KhNAHU

    Abstract. This work investigates the effect of ion bombardment by low-energy Ti ions on the change of surface structure and Ti distribution in depth. It is shown, that the ion bombardment under the chosen operating conditions leads to the Ti condensation on the specimen surface, mainly in the form of drops, and Ti penetrates under the surface no more than by 1? Xm. Ti ions are found in deep layers only after TiN coating.

    Key words: ion bombardment, scanning electron microscopy, x-ray mikrospektral analysis, elements distribution in depth.

    Вступ

    l0HH0-raa3M0Bi технологи Набуль широкого! ! застосування в сучасности машінобудуванш, Головні чином, з метою Отримання особли-

    вих властівостей поверхонь виробiв. Нанесення покрітпв з карбадв, нiтрідiв, карбош-трідiв тугоплавких елеменпв використову-ють для тдвіщення стшкост шструменту; рiзнi види покрітпв, у тому чи ^ й багато-

    куль ^ забезпечують вісою трібологiчнi характеристики, корозшну стiйкiсть ТОЩО. При цьом модіфшащя властівостей повер-хневіх шарiв забезпечуеться самє покриття-ми. Щодо першо! операци юнно-плазмово! ОБРОБКИ - юнного бомбардування (1Б), то и до теперiшнього часу розглядалі як допом> жну, призначення для забезпечення тiльки ви-соко! адгезп покриття з Основним металом. Тому в лiтературi практично вiдсутнi данi про змшу стану поверхнево шарiв при бом-бардуваннi. Пiдкреслімо, що йдет про нізькоенергетічнi iоні, а не про Юнну iм-плантацiю, яка вщбуваеться при Високому пріскорюючому потенщаль

    аналiз публiкацiя

    Віконанi нами рашше дослiдження показали, що 1Б низькоенергетичного iонамі титану (~ 1 кеВ) приводити до унiкального тд-вищення мiцностi в об'eмi Всього вироби ( «об'емно! Мщносп») без зниженя пластич-ностi: ов збшьшуеться на 17%, а а0>2 - 37% [1, 2]. Це дозволило вважаті 1Б ефективного способом шдвіщення конструктивно! мщно-ст виробiв.

    Однieю з причин тако! змiни властівостей може буті змщнення матерiалiв на глібінь до кшькох мiлiметрiв за рахунок радiацiйно-стімульованого перерозподшу атомiв про-нікнення та легувальних компонентiв, а та-кож Утворення квазістшкіх комплексiв ціх атомiв з дефектами, якi вінікають при бом-бардуваннi [3]. Альо до цього часу це питання залішаеться діскусшнім.

    Мета дослiдження

    Метою роботи е Вивчення змiни Структури поверхш виробiв при бомбардуваннi iонамі Т i розподiлу останнього по глібіш.

    Матерiали i методика дослiдження

    Дослщження віконувалі на сталi 20Х, яка НЕ ​​мютіть у своєму складi титану, що дозволило об'єктивно ощніті його розподiл пiсля бомбардування юнамі Т1. Вихiдних станом для стат Було покращення (гартування з 880 ± 10 ° С пiсля Витримка 0,5 год, високий вщпуск 500 ° С, 1,5 год). Пiсля тако! ОБРОБКИ Було виготовлено стандарти розрівнi зраз-ки. При віборi режиму 1Б БУВ Використання принципова новий шдхщ. зазвічай головна

    мета 1Б - це очищення поверхнi i Досягнення високо! адгезії покриття з шдкладінкою. При цьом адгезiя покращуеться з тдвіщенням температури розiгрiву поверхнi. У нашому випадка режим 1Б вібірався за двох умов: Забезпечити Достатньо енергетична дiю iонiв Ti на поверхні i в тій же час не роз ^ р ^ и вірiб, Щоб не вiдбулося його знемiцнення внаслщок довiдпуску. Це Було досягнуть за рахунок комбшаці Струму дуги, напруги на поверхш вироби i годіні процесу. Бомбардування iонамі титану здшснювалі в установцi «ННВ-66-И1» в атмосферi аргону без фоку-сування i сепарації плазмового потоку. Для порiвняння такоже аналiзувалі розподiл Ti i пiсля Нанесення покриття TiN, ласка здшснювалі в атмосферi азоту.

    Для дослщження мшроструктурі використо-Вува растровий електронний мiкроскоп РЕМ-106 виробництва ВАТ SELMI з приставкою для м ^ орентгеноспектрального аналiзу (МРА). Локальшсть дослiдження ~ 1 мкм3. Приставка дозволяе Проводити кiлькiсній аналiз за розмiру фаз ~ 5 мкм. Чутлівють при-ладу для бшьшосп елементiв, в тому чи ^ Ti, Складанний 0,2-0,8%, для легких елеменпв (С, N, О) - 1-5%. Розподш Ti по глібіш ві-вчався на шлiфах, перпендикулярно до поверхш.

    Результати дослщжень та Тх Обговорення

    На рис. 1 наведено електронш мшрофото-графи поверхнi пiсля 1Б з рiзнім Годін енер-гетічно! Ді. Аналiзуючі! Х, звернемо Рамус на два факти. По-перше, на поверхш фшсу-ються краплi Ti, причому! Х кiлькiсть практично НЕ Залежить вiд часу ОБРОБКИ (у виб-раному дiапазонi). Як и одного, структура основного металу з тдвіщенням годіні 1Б зграї бшьш розвінутості. Оскiльки на стаді 1Б од-ночасно вiдбуваються два процеси - розпо-лювання поверхнi матерiалами й осадженим на нє! матерiалами електрода, можна пріпустіті, що за певно! трівалостi бомбардування вста-новлюються рiвновага мiж цімі протілеж-ними явіщамі. В результатi кiлькiсть кра-пель Ti залішаеться незмiнною.

    Вигляд поверхш тсля Нанесення покриття наведено на рис. 2. Тут крапель фшсуеться Значний бшьше, причому! Х Розмiр сильно вь дрiзняеться - вщ 2 до 12 мкм.

    Мал. 1. Поверxня зрaзкiв тсля 1Б: а - 4 xв; б - 6 xв

    Мал. 2. переможений зрaзкiв з покриття TiN

    Pозподiл елементiв на поверxнi пiсля 1Б показано на рис. 3. З малюнку видно, що на по-верxнi фiксyeться чистий Ti, Який вiдповiдae крапельнш фaзi. Усередненій вмiст Елем-ra в цьом мiсцi поверxнi наведено y табли-цi (рис. 3), з яко1 'бачим, що тсля 1Б вмiст Ti сяга ~ 6%. При aнaлiзi поперечніx шлiфiв Ti Вже НЕ фшсуеться на вiдстaнi вiд поверxнi ~ 1-1,5 мкм.

    Зовсiм iншy картину можна спостерiгaті шс-ля Нанесення покриття TiN (рис. 4). На пове-рxнi на глібінь до 1 мкм кшьюсть Ti набліжаеться до 90%, а напуваємо рiзко знижена-ється i зовшм НЕ фiксyeться Вже на глібіш ~ 4-5 мкм. Отже, при нaнесеннi покриття iоні Ti, пронікають на Значний бiльшy глібінь, ШЖ пiсля бомбардування. Це цшком зрозyмiло, оскiльки Нанесення покриття вщ-буваеться за віщо1 'температури i трівае на-багато довше.

    Мал. 3. Хiмiчній склад на поверxнi зрaзкiв пiсля 1Б

    6 мкм

    поверxня

    Мал. 4. Pозподiл елемешгв по перерiзy бланках з покриття TiN

    б

    а

    Якщо спiвстaвіті цi результати iз Вплив 1Б i покриття на змшу мiцностi [4], то можна зробити однозначно Висновок, що рiвень змiцнення НЕ корелюе з глибин проник-нення iонiв Ti: тсля 1Б товщина шару Ti ста-новить 0,033% вiд перерiзy бланках, а мiцнiсть пiдвіщyeться на SS%, тодi як тсля Нанесення покриття Глибина збшьшуеться до

    0,166%, а мщшсть додатково зростан Всього на 4%. Таким чином, ефект об'емного змщ-нення виробiв пiсля 1Б НЕ може буті пояснень з позіцш Глибинне Накопичення дефектiв.

    Висновки

    Прямими дослщженнямі встановлен, що при 1Б Глибина Проникнення iонiв Ti при ви-брaніx пaрaметрax НЕ перевищуе 1-1,5 мкм. Пюля Нанесення покриття зона Проникнення Ti збшьшуеться до 4-5 мкм.

    Piвень змщнення НЕ корелюе з глибин Проникнення Ti i таким чином не може буті причиною такого суттевого збшьшення конструктивно! 'мщносп.

    Основним фактором збшьшення мщносп на 35-40% без зниженя пластічносп е утво-рення при 1Б нанокрістатчно1 'структури в поверxневіx шaрax вироби, що змшюе меxa-нiзм пластично!' деформації, забезпечуючі ii протiкaння в yмовax нaдплaстічностi.

    Л1тература

    1. Вплив поверхнево змщнення на мехашч-

    ш властивостi виробiв / 1.В. Дощечкша, С.С. Дяченко, 1.В. Пономаренко та ш. // Автомобільний транспорт: зб. наук. тр. - Харків: ХНАДУ, 2005. - Вип. 16.

    - С. 79-82.

    2. Дьяченко С.С. Вплив нанокрісталліче-

    ських покриттів на Властивості виробів з конструкційніх сталей / С.С. Дьяченко, І.В. Пономаренко, І. В. Дощечкіна // Матеріали міжн. конф. «Сучасне Матеріалознавство: Досягнення і проблеми». ММ8-2005. Тези доповідей. 26-30 вересня 2005 - К., 2005. - С. 665-666.

    3. Природа і Механізм модіфікації мате-

    ріалів на велику глібінь при обробці нізькоенергетічної плазми тліючого розряду / І. М. Неклюдов, Ю.В. Кунченко, Г.Н. Картмазов и ін. // Фізика и хімія ОБРОБКИ матеріалів.

    - 2005. - № 4. - С. 17-27.

    4. Дяченко С.С. 1онно-плазмова обробка як

    фактор тдвіщення конструкцшно! мщносп Стальова виробiв / С.С. Дяченко,

    1.В. Пономаренко // Новi матерiали i технологи в металургп та машінобудувант.

    - 2009. - №1. - С. 21-28.

    Рецензент: М.А. Подригало, професор, д.т.н., ХНАДУ.

    Стаття надшшла до редакции 22 липня 2010 р.


    Ключові слова: іонне бомбардування / скануюча електронна мікроскопія / мікрорентгеноспектральній аналіз / Розподіл елементів по глібіні / іонне бомбардування / скануюча електронна мікроскопія / мікрорентгеноспектрального аналіз / Розподіл елементів по глібіні / ion bombardment / scanning electron microscopy / x-ray mikrospektral analysis / elements distribution in depth

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити