Б. А. КАЛИН, В. Л. ЯКУШИН, В. И. ПОЛЬСКИЙ,
П. С. ДЖУМАЕВ, В. Т. ФЕДОТОВ, О. Н. СЕВРЮКОВ,
А. С. НОСОРОВ
Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
ПОЛУЧЕНИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ
ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ПУТЕМ ИХ ПЛАКИРОВАНИЯ АМОРФНЫМИ СПЛАВАМИ
И ОБРАБОТКИ ПОТОКАМИ ИМПУЛЬСНОЙ ПЛАЗМЫ
Получение наноструктурированных материалов является актуальной задачей для развития нанотехнологий, которые получили широкое распространение в наши дни. В данной работе проводились исследования по вопросу получения наноструктурированных поверхностных слоев металлических материалов путем плакирования аморфными металлическими сплавами и последующей обработкой потоками высокотемпературной импульсной плазмы (ВТИП).
Обработка металлических материалов потоками ВТИП разного состава приводит к изменению структурно-фазового состояния и формированию многослойной зоны с разной структурой. Толщина модифицированного слоя достигала ~ 25 мкм и определяется преимущественно условиями обработки (удельная мощность потока и число импульсов облучения), а также теплофизических характеристик обрабатываемого материала.
В качестве образцов использовались пластины из стали: Ст 3, 65Г, 12Х18Н10Т, 16Х12МСБФВГ. К пластинам методом точечной сварки приваривался тонкий лист (~35мкм) аморфного материала (припоя) Стемет 1311 и СТЕМЕТ 1342 (табл. 1).
Таблица 1
Состав используемых в работе припоев СТЕМЕТ
Материал | Элементный состав, мас.% | ||||||
Ni | Co | Fe | Cr | W | Mo | B | |
СТЕМЕТ 1311 | Основа | 16 | 4 | 0,4 | - | - | 3,5 |
СТЕМЕТ 1342 | Основа | 8,5 | - | 14 | 6 | 1,3 | 1,2 |
Облучение образцов потоками ВТИП проводилось в установке типа Z-пинч - "Десна-М". Данная установка является экспериментальной, и предназначена для исследования взаимодействия импульсных потоков газовой плазмы различного состава с поверхностью твердых тел. Энергосодержание потока варьируется от 10 до 50 кДж, время импульса t~15 мкс. Образцы облучались при различных условиях воздействия потоков ВТИП.
Рис. 1. Снимки поверхности образца из стали 65Г, плакированного Стемет 1311, после плазменной обработки | Рис. 2. Поперечная структура образца Ст.3, плакированного припоем Стемет 1311, после облучения |
Металлографические исследования показали, что после облучения на поверхности образуется рельеф в виде застывших волн расплава. Исследования на растровом электронном микроскопе показали, что образуется слоистая структура с характерным размером рельефа поверхности ~100 нм (рис. 1).
Исследования поперечных шлифов обработанных потоками ВТИП образцов показали, что в приповерхностных слоях создается многослойная структура (рис. 2): 1 - белый, не травящийся слой; 2 – слой припоя (зона термического влияния); 3 - переходный слой между припоем и матрицей; 4 - исходная матрица. Неровные границы между двумя первыми слоями, можно объяснить процессом кристаллизации, который происходит в припое при застывании, после обработки образца потоками ВТИП.
После проведения рентгеноструктурного анализа плакированных образцов выявлено, что все исходные спектры не зависят от типа подложки и в основном содержат линии соединения Ni31Si12 и Ni. Кроме этого, присутствуют несколько линий, принадлежащих неопределенным фазам, наличие и количество которых объясняется неоднородностью покрытия.
После обработки вид спектров сильно изменился – для всех покрытий наблюдается ярко выраженное диффузное гало, характерное для аморфных (или рентгеноаморфных, т. е. микро - и нано-кристаллических) материалов.
Таким образом, показана возможность получения наноструктурированных поверхностных слоев металлических материалов путем плакирования аморфными металлическими сплавами и последующей обработкой потоками высокотемпературной импульсной плазмы (ВТИП).
