ФОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННО-ИОННО-ПЛАЗМЕННЫМ МЕТОДОМ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ СТАЛИ, СОДЕРЖАЩИХ СИЛИЦИДЫ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ: 10.25712/ASTU.1811-1416.2023.01.007

Николай Николаевич  Коваль; Юрий Федорович  Иванов; Елизавета Алексеевна  Петрикова; Владимир Викторович  Шугуров; Антон Дмитриевич  Тересов; Илья Викторович  Лопатин

Авторы

Николай Николаевич Коваль Институт сильноточной электроники СО РАН, пр. Академический, 2/3, 634055, Томск, Россия https://orcid.org/0000-0001-5339-7994
Юрий Федорович Иванов Институт сильноточной электроники СО РАН, пр. Академический, 2/3, 634055, Томск, Россия https://orcid.org/0000-0001-8022-7958
Елизавета Алексеевна Петрикова Institute of High Current Electronics SB RAS, Akademichesky Pr., 2/3, Tomsk, 634055, Russia https://orcid.org/0000-0002-1959-1459
Владимир Викторович Шугуров Институт сильноточной электроники СО РАН, пр. Академический, 2/3, 634055, Томск, Россия https://orcid.org/0000-0001-6148-9442
Антон Дмитриевич Тересов Институт сильноточной электроники СО РАН, пр. Академический, 2/3, 634055, Томск, Россия https://orcid.org/0000-0002-5363-0108
Илья Викторович Лопатин Институт сильноточной электроники СО РАН, пр. Академический, 2/3, 634055, Томск, Россия https://orcid.org/0000-0002-5192-871X

Ключевые слова:

сталь, комплексное модифицирование, импульсный электронный пучок, азотирование, плазма газового разряда, структура, микротвердость, износостойкость

Аннотация

Результатом модификации поверхности металлов и сплавов путем комбинированной обработки (напыления тонких металлических пленок с последующим перемешиванием под действием высокоинтенсивных потоков энергии) является формирование градиентной структуры поверхностного слоя материала, характеризующейся изменяющимися по глубине концентрацией легирующих элементов, фазовым составом и состоянием дефектной субструктуры, что положительно сказывается на механических и трибологических свойствах материала. Целью настоящей работы является формирование высокопрочных силицидо- и нитридосодержащих поверхностных слоев при комплексной обработке в едином вакуумном цикле, включающей нанесение покрытий тугоплавкого металла и кремния, облучение высокоинтенсивным импульсным электронным пучком и дополнительное азотирование в плазме газового разряда низкого давления. Модифицирование, сочетающее многоцикловое (до пяти циклов облучения системы «пленка/подложка») высокоскоростное плавления системы «пленка (Si (0.2 мкм) + Nb (0.2 мкм))/(сталь 40Х) подложка» интенсивным импульсным электронным пучком осуществляли на установке «КОМПЛЕКС» (Институт сильноточной электроники СО РАН) в едином вакуумном пространстве. Часть образцов была дополнительно подвергнута азотированию в плазме газового разряда низкого давления (773-873 К, 1-5 час.). Выполнены исследования и выявлен режим комплексного модифицирования, позволивший многократно повысить износостойкость (более чем в 100 раз) и микротвердость (более чем в 5 раза) поверхностного слоя исходной стали. Высказаны предположения о физической природе повышения трибологических и прочностных свойств материала.