95 / 142
Актуальные проблемы в машиностроении
. Том 4. № 1. 2017
Материаловедение
в машиностроении
____________________________________________________________________
95
Металлические частицы и конгломераты напыленного слоя соединены между собой
мостиками сплавления. Твердость покрытия составляет ≈ 600 HV 10.
Рис. 1.
Фрагменты рентгеновских дифрактограмм (CoK
α
) от поверхностных слоев покрытия
из стали 40Х13, после различных режимов обработки: а – исходное состояние;
б – ионно-лучевое азотирование при 870 К
Рис. 2.
Характерные микроструктуры газотермического покрытия из стали 40Х13:
а – исходное состояние; б – после ионно-лучевого азотирования при 870 К (3 часа)
Ионно-лучевое азотирование приводит к существенному изменению структуры и
фазового состава покрытия. В частности, после ионно-лучевой обработки покрытия при 870
К формируется модифицированный азотом слой переменной глубины от 15-20 до 55 мкм
(рисунок 2 б), содержащий фазы: α-Fe, γ
'
-(Fe, Cr)
4
N, CrN, Fe
3
O
4
(рисунок 1 б). Нижняя
граница азотированного слоя совпадает с границами напыленных частиц покрытия, что
свидетельствует о наличии на них барьеров для диффузии атомов азота [5]. Такими
барьерами в газотермическом покрытии могут выступать оксидные прослойки, состоящие
преимущественно из Fe
3
O
4
, который сохраняется после ионно-лучевого азотирования.
Микротвердость азотированного слоя изменяется в широком диапазоне, и составляет 800 –
1100 HV 0,01.
С помощью метода энергодисперсионной спектрометрии на приборе TESCAN VEGA
3 LMH, проводилось исследование распределения азота в покрытии из стали 40Х13,
прошедшего ионно-лучевую обработку при 870 К. Полученные распределения азота по
глубине покрытия представлены на рисунке 3. Из, приведенного на рисунке 3 а,
распределения азота в зоне конгломерата сплавленных частиц относительно небольшой
толщины можно видеть, что граница азотированного слоя совпадает с границей напыленного
конгломерата частиц (глубина ≈ 29 мкм). При этом оксидная прослойка, расположенная на
глубине ≈ 10 мкм, не является непроницаемым препятствием для диффузии атомов азота, что
связано с наличием смежных с оксидной прослойкой зон сплавления, обеспечивающих
диффузионный перенос атомов азота в конгломерате при ионно-лучевой обработке. На
рисунке 3 б приведена кривая распределения азота в конгломерате большой толщины, где
а)
б)
а)
б)