94 / 142
Actual Problems in Machine Building. Vol. 4. N 1. 2017
Materials Science
in Machine Building
____________________________________________________________________
94
покрытия имеют существенно отличающееся от монолитных материалов структурно-
фазовое состояние. В частности, покрытия содержат оксидные прослойки (≈ 20-25 об. %),
поры, метастабильные фазы и т.д. Влияние указанных факторов, и, в особенности, оксидных
прослоек, на диффузионный перенос легирующей примеси при ионно-лучевой обработке
систематически не изучено. В связи с этим, представляло интерес провести исследование
влияния оксидных прослоек, содержащихся на границах напыленных частиц покрытия из
мартенситной стали 40Х13, на диффузионный перенос атомов азота при ионно-лучевой
обработке.
Материалы и методики исследований
Объектом исследований являлось гиперзвуковое газотермическое покрытия из стали
40Х13, напыленное с помощью установки АДМ-10, разработанной в ОИМ НАН Беларуси
[3]. Покрытие напылялось на пластины (100×50×6 мм), изготовленные из стали 45. С целью
повышения прочности сцепления покрытия с основой наносился промежуточный слой
напылением проволоки из сплава Х20Н80. Толщина напыленных покрытий составляла ≈ 0,7
÷ 0,8 мм.
Напыленное покрытие для удаления окисленного поверхностного слоя подвергалось
механической шлифовке на глубину ≈ 0,10 - 0,15 мм с финишной обработкой на абразивной
бумаге (Р1200) с размером зерна 10-14 мкм.
Ионно-лучевое азотирование образцов покрытия (10×6×5 мм) осуществлялось на
экспериментальной установке ФТИ НАН Беларуси с помощью ионного источника УВН–2М
с замкнутым дрейфом электронов [4]. Пучок содержит около 70 % ионов молекулярного азота
и 30% ионов атомарного азота. Имплантация проводилась в течение 3-х часов при энергии
ионов 1-3 кэВ и плотности ионного тока 2 мА/см
2
. Флюенс легирования образцов покрытия
составлял
3-4
10
19
см
–2
. Температура азотирования покрытий составляла – 870 К.
Травление образцов газотермического покрытия для металлографических
исследований осуществлялось в реактиве Куррана (50 мл HCl; 10 г CuSO
4
; 50 мл H
2
O).
Металлографические исследования проводились на оптическом микроскопе АЛЬТАМИ
МЕТ 1МТ и сканирующем электронном микроскопе TESCAN VEGA 3 LMH. Микроанализ
проводился с помощью энергодисперсионного спектрометра X-Max 150 производства Oxford
Instruments с программным обеспечением AZtec Automated.
Исследование фазового состояния гиперзвуковых газотермических покрытий из стали
40Х13, проводилось на дифрактометре ДРОН-2.0 в монохроматизированном кобальтовом
(CoKα) излучении при напряжении 30 кВ и анодном токе 10 мА. Расшифровка
рентгенограмм осуществлялось при помощи программного обеспечения Crystallographica
Search-Match с картотекой PDF-2.
Измерения микротвердости и твердости по Виккерсу проводились на твердомере
DuraScan 20 при нагрузке на индентор Р=10 г и 10 кг, соответственно.
Результаты и обсуждение
Фазовый состав напыленного покрытия из стали 40Х13 в исходном состоянии
включает в себя: α-Fe, γ-Fe, оксиды Fe
3
O
4
и FeO (рисунок 1 а). Суммарное содержание
оксидов в покрытии достигает ≈ 25 об. %. Газотермическое покрытие представляет собой
многослойный композит, содержащий перемежающиеся металлические и оксидные
прослойки (рисунок 2). Металлические прослойки покрытия состоят из крупных и мелких
частиц, а также конгломератов из сплавленных частиц (рисунок 2 а). Внутри конгломератов
сплавленные частицы не разделены сплошными оксидными прослойками (рисунок 2 а).