CC BY
10
Секция 9
МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ. НАНОТЕХНОЛОГИИ II НАНОМАТЕРИАЛЫ
УДК 66.040.25
А. И. Блеем он, AJ. Blesman, e-mail: [email protected]
Д.А. Полоняншн, DA. Polonyankin, SPIN-код S251-9S38, Researcher Ю: 3-3236-2014, e-mail: poionjan ail.ru
ДБ. Постников, D.V. Postnikov, e-mail: d\j>[email protected] ЕЛ. Рогачев, Е.А. Rogachex>3 e-mail: [email protected] Омский государственный технический университет, г. Омск. Россия Omsk State Technical University, Omsk, Russia
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОТВЕРДОСТИ БИНАРНЫХ ТЕРМОДИФФУЗИОННЫХ СИСТЕМ СТАЛЬ-ПОКРЫТИЕ
ШСROHARDNESS STUDY OF BIN ARY THERMAL DIFFUSION C OATING STEEL SYSTEMS
Повышение работоспособности изделии нз конструкционных сталей посредством направленного изменения их фвзнЕО-хнмЕческЕХ свойств выступает в качестве альтернаты замене или полному восстановлению деталей с использованием дорогостоящих жаропрочных материалов. Одним из наиболее эффективных методов поверхностного модифицирования конструкционных материалов является нонно-плазменное магнетронное напыление. В работе представлены результаты исследования микротвердостн конструкционной стали марки 38Х2МЮА до н после ее модифицирования посредством магнетронного напыления тантала и вольфрама с последующим высокотемпературным отжигом
Increase efficiency products of structural steels by directional changes in their physicochemical properties acts as an alternative to replacement parts or full restoration of using expensive heat-resistant materials. One of the most effective methods for surface modification of materials of construction is the ion- plasma magnetron sputtering. The paper presents the results of a study of microhardness structural steel 41CrAlMo7 before and after modification by magnetron sputtering tantalum and tungsten, followed by high-temperature annealing.
Ключевые слова: опять 38Х2МЮА, микротвердостъ, бинарная система, маактроннов распыление, высокотемпературный отжгх, таняяая, вольфрам
Keywords: steel 41CrAlMo7, microhardness, binary system, magnetron sputtering, high tempera hire annealing, tantalum, tungsten
Модифицирование конструкционных материалов с целью направленного изменения их физико-химических свойств является весьма востребованной и актуальной задачей современного материаловедения. Во многих отраслях машиностроения ншроко востребованы материалы с улучшенными эксплуатационными свойствами., такими как работоспособность, механическая прочность, износостойкость и т.д.
Нанесение покрытий позволяет восстановить свойства изделий, утраченные в процессе эксплуатации, а также повысить их ресурс, поэтому чаще всего модифицируют поверхности исходных изделий, получаемых в процессе производства. Среди таких методов высокой эффективностью отличается нонно-плазменное модифицирование [1-3].
Одним из способов улучшения физико-химических свойств, а. следовательно, и эксплуатационных характеристик конструкционных сталей наряду с их ионно-плазменным мо-
дифицированием является поверхностное гермодиффузионное легирование, которое приводит к упрочнению изделия. Термодиффузионное легирование может быть реализовано в процессе высокотемпературного отжига стали, на поверхности которой было предварительно сформировано упрочняющее покрытие.
Таким образом, актуальность проблемы повышения работоспособности конструкционных сталей обусловлена их широким применением в механи змах мжшн и технологического оборудования, эксплуатируемых при воздействии высоких импульсных температур.
Возможным способом разрешения этой проблемы выступает модифицирование поверхностей конструкционных сталей посредством и онно-плазменного модифицирования с последующим высокотемпературным отжигом при нагреве до 900 градусов по Цельсию.
Коллективом НОРЦ «Нанотехноло пш» ОмГТУ разработана фшико-матемготическая модель эволюции кратковременного теплового импульса в бинарной системе «сталь-покрытие»., метод поверхностного модифицирования стали, заключающийся в ионно-плазменном вакуумном напылении выбранного материала (тантал, вольфрам), обеспечивающего повышение работоспособности конструкционной стали 38Х2МЮА.
Разработанные модель и метод поверхностного модифицирования конструкционной стали апробированы в ходе науч-но-ис следовательской работы по гранту РФФИ № 13-08-98063 с использованием методов рентгеновского микроанализа, атомно-ситовои и электронной микроскопии.
Исследование свойств конструкционной стали 38Х2МЮА до и после высокотемпературного отжига, позволяют сделать вывод о повышении ее микротверд ости при предварительном модифицировании танталом в 1,3 раза (с Н\;=517 до Н\г=б74), а также об отсутствии изменений микротвердости при использовании в качестве материала модификатора вольфрама, что можно объяснить с точки зрения изменения структуры поверхности образца вследствие термо диффузии.
Результаты исследования поверхности стали 38Х2МЮА (европейский аналог-марка 41СгА1Мо7) с использованием растровой электронной микроскопии приводят к выводу о значительном изменении ее микроструктуры при модифицировании вольфрамом (рис. 1), при этом качественные изменения микроструктуры образцов, модифицированных танталом, отсутствуют.
Таким образом:, комбинирование апробированного метода получения работоспособных покрытий с их последующей высокотемпературной обработкой приводит к увеличению микротвердости образцов, модифицированных танталом.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 13-03-08 063 -р_Сио ирьа.
Библиографический список
1. Wei. А. X. Electrical and optical properties of tantalum oxide thin films prepared by reactive magnetron sputtering [Text] / A. X. Wei. Z. X. Ge, X. H. Zhao, J. Liu. Y Zhao i! Journal of Alloys and Compounds. - 2011. - Vol. 509 - P. 9758 -9763.
2. Ulrich. S. Magnetron-sputtered superhard materials [Text] / S. Ulrich, Т. Theel. J. Schwan, H. EhrhardtffSurface and Coatings Technologу. - 1997. - Vol. 97. - P. 45-59.
3. Dorranian, D. Effects of low temperature on the characteristics of tantalum thin films [Text] I D. Dorranian, E Solati. M. HantezadeL M Ghoraimeviss, A Sari H Vacuum. - 2011. -Vol. 86.-P. 51-55.
