Аннотация
В едином вакуумном цикле осуществлено поверхностное легирование стали AISI420, заключающееся в напылении тонкой (0,5 мкм) пленки сплава Zr-Ti-Cu электродуговым распылением катода состава Zr-6 ат.% Ti-6 ат.% Cu и последующем облучении системы «пленка (сплав Zr-Ti-Cu) / (сталь AISI420) подложка» интенсивным импульсным электронным пучком. Показано, что с ростом плотности энергии пучка электронов (ES) концентрации циркония в поверхностно слое стали снижается. Установлено, что формирование поверхностного сплава сопровождается, во-первых, образованием структуры ячеистой кристаллизации (средний размер ячеек увеличиваются от 150 нм при ES = 20 Дж/см2 до 370 нм при ES = 40 Дж/см2); во-вторых, протеканием распада твердого раствора с выделением частиц карбида циркония (размеры частиц увеличиваются от (10-15) нм при ES = 20 Дж/см2 до (30-40) нм при ES = 40 Дж/см2). После облучения системы «пленка (сплав Zr-Ti-Cu) / (сталь AISI420) подложка» интенсивным импульсным электронным пучком (ES = 40 Дж/см2) наряду с частицами карбида циркония выявляются частицы карбидной фазы на основе хрома состава Cr3C2, Cr7C3 и (Cr, Fe)23С6. Частицы карбидов хрома имеют округлую форму, размеры их изменяются в пределах от 40 до 60 нм. Выполнен анализ фазовых диаграмм превращений, протекающих в равновесных условиях в системах Fe-Zr-C; Cr-Zr-C; Fe-Cr-Zr. Установлено, что сверхвысокие скорости охлаждения, реализующиеся при облучении системы «пленка (сплав Zr-Ti-Cu) / (сталь AISI420) подложка» интенсивным импульсным электронным пучком, накладывают ограничения на образование фаз интерметаллидного типа. Высказано предположение, что формирование в поверхностном слое материала преимущественно карбидных фаз обусловлено высокой подвижностью в стали атомов углерода.
Ключевые слова
Сталь AISI-420, электронно-пучковая обработка, структура, фазовый состав.
1. Poate J., Foti G., Jacobson D. Surface modification and alloying: by laser, ion and electron beams. Moscow: Mashinostroeniye, 1987, 424 p. (In Russ.)
2. Andriyakhin V.M., Fishkis M.M. Lazery i perspektivy ikh primeneniya v avtomobilestroenii [Lasers and prospects of their application in the automotive industry]. Moscow: NII Avtoprom, 1980, 40 p. (In Russ.)
3. Belov A.B., Bytsenko O.A., Krainikov A.V. et al. Silnotochnye impulsnye elektronnye puchki dlya aviatsionnogo dvigatelestroeniya [High-current pulsed electron beams for aircraft engine building]. Ed. by Novikov А.S., Shulov V.A., Engelko V.I. Moscow: Dipak, 2012, 292 p. (In Russ.)
4. Bugaev S.P., Kreindel Yu.E., Shchanin P.M. Elektronnye puchki bolshogo secheniya [Electronic beams of large cross section]. Moscow: Energoatomizdat, 1984, 113 p. (In Russ.)
5. Koval N.N., Oks E.M., Protasov Yu.S., Semashko N.N. Emissionnaya elektronika [Emission electronics]. Moscow: BMSTU Publishing House, 2009, 596 p. (In Russ.)
6. Goebel D.M., Schumacher R.W. Long pulse plasma cathode e-gun. Ed. by R.M. Watkins. Proc. SPIE, 2001, pp. 1093–1098.
7. Remnev G.E., Isakov I.F., Opekunov M.S. et al. High intensity pulsed ion beam sources and their industrial applications. Surface and Coatings Technology, 1999, vol.114, pp. 206–212.
8. Uglov V.V., Cherenda N.N., Anishchik V.М., Astashinsky V.M., Kvasov N.T. Modifikatsiya materialov kompressionnymi plazmennymi potokami [Modification of materials by compression plasma flows]. Minsk: BSU, 2013, 248 p. (In Russ.)
9. Tyurin Yu.N., Zhadkevich M.L. Plazmennye uprochnyayushchie tekhnologii [Plasma strengthening technologies]. Kiev: Naukova Dumka, 2008, 216 p. (In Russ.)
10. Gribkov V.A., Grigoriev F.I., Kalin B.A. et al. Perspektivnye radiatsionno-puchkovye tekhnologii obrabotki metallov [Prospective radiation-beam technologies for metal processing]. Moscow: Krugliy stol, 2001, 528 p. (In Russ.)
11. Kadyrzhanov K.K., Komarov F.F., Pogrebnyak A.D. et al. Ionno-luchevaya i ionno-plazmennaya modifikatsiya materialov [Ion-beam and ion-plasma modification of materials]. Moscow: MSU Publishing House, 2005, 640 p. (In Russ.)
12. Barvinok V.A., Bogdanovich V.I. Fizicheskie osnovy i matematicheskoe modelirovanie protsessov vakuumnogo ionno-plazmennogo napyleniya [Physical basis and mathematical modeling of the processes of vacuum ion-plasma spraying]. Moscow: Mashinostroeniye, 1999, 309 p. (In Russ.)
13. Andreev A.A., Sablev L.P., Shulaev V.M., Grigoriev S.N. Vakuumno-dugovye ustroystva i pokrytiya [Vacuum-arc devices and coatings]. Kharkov: NSC KIPT, 2005, 236 p. (In Russ.)
14. Sorokin V.G., Volosnikova A.V., Vyatkin S.A. et al. Marochnik staley i splavov [Grade guide of steels and alloys]. Ed. by Sorokin V.G. Moscow: Mashinostroeniye, 1989, 640 p. (In Russ.)
15. Ivanov Yu.F., Krysina O.V., Petrikova E.A., Teresov A.D., Shugurov V.V., Tolkachev O.S. Complex electron−ion plasma treatment of titanium: methods, structure, properties. J. High Temp. Mater. Proc. 21(1) (2017), pp. 53–64.
16. Halleck H. Dvoynye i troynye karbidnye i nitridnye sistemy perekhodnykh metallov [Double and triple carbide and nitride systems of transition metals]. Moscow: Metallurgiya, 1988, 319 p. (In Russ.)
17. M. Jiang, K. Oikawa, T. Ikeshoji, L. Wulff, K. Ishida. J. Phase Eq. 4 (2001) 406–17.
18. Lakishev N.P. Diagrammy sostoyaniya dvoynykh metallicheskikh system [State diagrams of binary metal systems]. Moscow: Mashinostroenie, 1996–2000, vol. 1–3. (In Russ.)
19. Malakhova T.O., J. Alloys At. Energ. (1979) 123–130.