Перспективы упрочнения металлических материалов с применением импульсных плазменных и электронных пучков
Ключевые слова:
Плазменная обработка, металлические сплавы, импульсный электронный пучок, трибологияАннотация
В статье рассматриваются вопросы разработки ресурсосберегающей, экологически чистой технологии создания изделий из конструкционных и инструментальных сталей и сплавов с заданными свойствами поверхности. Эффект может быть достигнут с применением импульсных систем плазменной и электронно-пучковой обработки, которые более эффективны и технологичны, чем стационарные системы. В результате будут сформированы слои, включающие интерметаллидные, карбидные и нитридные фазы, которые имеют изменяющуюся с глубиной структуру от нанокристаллической на поверхности до субмикрокристаллической в глубине. Полученные на поверхности материалов с помощью плазменных и электронных ускорителей наноструктурированные, упрочняющие слои уникальны и позволяют добиться в разы более высоких прочностных свойств и ресурса работы изделий по сравнению с традиционными технологиями (твердость до 50 ГПа), и не могут быть получены другими способами. Промышленная апробация показала, что после модифицирования рабочих поверхностей работоспособность инструмента и деталей машин повышается в 3…5 раз. Технология может быть использована во всех областях, где требуются особо прочные свойства поверхности материалов, от машиностроения до космической отрасли.
Библиографические ссылки
1. Lieberman M.A., Lichtenberg A.G. Principles of plasma discharges and materials processing. John Wiley & Sons Inc., New York, 1994, 450 p.
2. Морозов А.И. Плазмодинамика. Техносфера. -2004. - 524 с.
3. Piekoszewski J. Present status and future of pulsed plasma processing of materials in SINS // NUKLEONIKA. – 2000. - 45 (3). – С.193-197.
4. Ласковнев А.П., Иванов Ю.Ф., Петрикова Е.А., Коваль Н.Н., Углов В.В., Черенда Н.Н., Бибик Н.В., Асташинский В.М. Модификация структуры и свойств эвтектического силумина электронно-ионно-плазменной обработкой. Беларуская навука, Минск, 2013. - 287 c.
5. Richter E. et al. Modification of titanium surface by its alloying with silicon using intense pulsed plasma beams. // Surface and Coatings Technology. – 2002. – Vol. 158-159. – P. 324-327.
6. Tomida S., Nakata K. Fe–Al composite layers on aluminum alloy formed by laser surface alloying with iron powder. // Surface and Coatings Technology. – 2003. – Vol. 174-175. – P. 559-563.
7. Углов В.В., Черенда Н.Н., Анищик В.М., Асташинский В.М., Квасов Н.Т. Модификация материалов компрессионными плазменными потоками. Минск: БГУ, 2013. - 248 с.
8. Tereshin V.I. at al. Pulsed plasma accelerators of different gas ions for surface modification. // Rev. Sci. Instrum. – 2002. -V.73. - №2. - Р.1- 3.
9. Патент 16907 РБ Способ упрочнения поверхности изделия из титанового сплава. МПК C23C14/48, C23C8/24 / Углов В.В., Черенда Н. Н., Шиманский В. И., Подсобей Г. З., Асташинский В.М. Заявитель – Белорусский государственный университет - № а20110343; заявл. 21.03.2011. Опубл. 28.02.2013. // Афiцыйны бюл. Нац.цэнтр iнтэлектуал.уласнасцi. - 2013. - № 1 (90). С.95.
10. Uglov V.V., Kuleshov A.K., Soldatenko E.A., Koval N.N., Ivanov Yu.F., Teresov A.D. Structure, phase composition and mechanical properties of hard alloy treated by intense pulsed electron beams. //Surface and Coatings Technology, Vol. 206, Iss. 11–12, 2012, P. 2972-2976.
11. Zhukeshov A. M. Plasma flow formation in a pulse plasma accelerator in continuous filling regime. Plasma Devices and Operations. Vol. 17. N.1. 2009.p.73-81.
12. Baimbetov F. B., Zhukeshov A. M. and Amrenova A. U. Dynamics of Plasma Flow Formation in a Pulsed Accelerator Operating at a Constant Pressure. Technical Physics Letters, 2007. - Vol. 33, No. 1. - Р. 77–79.
13. Zhukeshov A. Plasma diagnostics in a pulsed accelerator used for material processing. // Journal of Physics. Conference series. 63 (2007) 012014.
14. Zhukeshov A. M., Baimbetov F. B., Amrenova A. U., Gabdullina A. T. Measuring the Parameters of Pulsed Plasma Flows by Means of Magnetic Probes. // Journal of Engineering Thermophysics. - 2007. - Vol. 16. - Р. 40–43.
15. Uglov V.V., Remnev G.E., Kuleshov A.K., Astashinski V.M., Saltymakov M.S. Formation of hardened layer in WC-TiC-Co alloy by treatment of high intensity pulse ion beam and compression plasma flows. // Surface and Coating Technology, 2010. - V.204. – Р. 1952-1956.
16. Черенда Н.Н., Углов В.В., Бибик Н.В., Гусакова С.В., Асташинский В.М., Кузьмицкий А.М., Ухов В.А. Модификация структуры и механических свойств быстрорежущей стали Р18 при комбинированном плазменном и термическом воздействии. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2011, № 3. - С. 107–112.
17. Иванов Ю.Ф., Петрикова Е.А., Тересов А.Д., Москвин П.В., Будовских Е.А., Коваль Н.Н., Бибик Н.В., Черенда Н.Н., Углов В.В. Образование наноструктурных состояний в силумине при высокоинтенсивной электронной обработке. //Наноматериалы и наноструктуры, 2013. - № 1. - Т. 4. - С. 39-42.
18. Иванов Ю.Ф., Петрикова Е.А., Тересов А.Д., Москвин П.В., Будовских Е.А., Коваль Н.Н., Бибик Н.В., Черенда Н.Н., Углов В.В. Наноструктурирование поверхности силумина эвтектоидного состава электронно-ионно-плазменными методами //Известия высших учебных заведений. Физика. - Т. 56. №1-2, 2013. - С. 98-102.
19. Ivanov Y., Petrikova E., Cherenda N., Teresov A. Hardening of the Surface Layer of Silumin by Electron Beam. //Advanced Materials Research Vol. 872 (2014). – Р. 162-166.
20. Овчаренко В.Е., Псахье С.Г., Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф. Способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия. Заявка №2007107259, дата подачи заявки: 2007.02.26. RU 2007107259, А, МПК7, С21D9/22, C21D1/09.
21. Nazarov D.S., Ozur G.E., and Proskurovsky D.I. // Proc. of 11th IEEE Int. Pulsed Power Conference. – Baltimore. USA. – 1997. – V. II. – Р. 1335-1340.
22. Engelko V., Mueller G., Bluhm H.// Vacuum. – 2001. –Vol. 62/2-3. – Р. 97-103.
23. Бугаев C.П., Крейндель Ю.Е., Щанин П.М. Электронные пучки большого сечения. – Москва: Энергоатомиздат. – 1984. – 113 c.
24. Гаврилов Н.В., Гушенец В.И., Коваль Н.Н., Окс Е.М. и др. Источники заряженных частиц с плазменным эмиттером. – Екатеринбург: УИФ «Наука». – 1993. – 148 c.
25. Goebel D.M., Schumacher R.W. // R.M. Watkins Editor. Proc. SPIE. – 2001. – Р. 1093-1098.
26. Krokhmal A., Gleizer J.Z., Krasik Ya.E. and Felsteiner J.// Journal of applied physics. – 2003. –Vol. 94. – №1. – pp. 44-54.
27. Девятков B.Н., Коваль Н.Н., Щанин П.М. // Изв. вузов. Физика. – 2001. – № 9. – С. 36-43.
28. Grigoriev S.V., Koval N.N., Devjatkov V.N., Teresov A.D. // Proc. 9th Intern. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. – Tomsk. – 2008. – P.19-22.
2. Морозов А.И. Плазмодинамика. Техносфера. -2004. - 524 с.
3. Piekoszewski J. Present status and future of pulsed plasma processing of materials in SINS // NUKLEONIKA. – 2000. - 45 (3). – С.193-197.
4. Ласковнев А.П., Иванов Ю.Ф., Петрикова Е.А., Коваль Н.Н., Углов В.В., Черенда Н.Н., Бибик Н.В., Асташинский В.М. Модификация структуры и свойств эвтектического силумина электронно-ионно-плазменной обработкой. Беларуская навука, Минск, 2013. - 287 c.
5. Richter E. et al. Modification of titanium surface by its alloying with silicon using intense pulsed plasma beams. // Surface and Coatings Technology. – 2002. – Vol. 158-159. – P. 324-327.
6. Tomida S., Nakata K. Fe–Al composite layers on aluminum alloy formed by laser surface alloying with iron powder. // Surface and Coatings Technology. – 2003. – Vol. 174-175. – P. 559-563.
7. Углов В.В., Черенда Н.Н., Анищик В.М., Асташинский В.М., Квасов Н.Т. Модификация материалов компрессионными плазменными потоками. Минск: БГУ, 2013. - 248 с.
8. Tereshin V.I. at al. Pulsed plasma accelerators of different gas ions for surface modification. // Rev. Sci. Instrum. – 2002. -V.73. - №2. - Р.1- 3.
9. Патент 16907 РБ Способ упрочнения поверхности изделия из титанового сплава. МПК C23C14/48, C23C8/24 / Углов В.В., Черенда Н. Н., Шиманский В. И., Подсобей Г. З., Асташинский В.М. Заявитель – Белорусский государственный университет - № а20110343; заявл. 21.03.2011. Опубл. 28.02.2013. // Афiцыйны бюл. Нац.цэнтр iнтэлектуал.уласнасцi. - 2013. - № 1 (90). С.95.
10. Uglov V.V., Kuleshov A.K., Soldatenko E.A., Koval N.N., Ivanov Yu.F., Teresov A.D. Structure, phase composition and mechanical properties of hard alloy treated by intense pulsed electron beams. //Surface and Coatings Technology, Vol. 206, Iss. 11–12, 2012, P. 2972-2976.
11. Zhukeshov A. M. Plasma flow formation in a pulse plasma accelerator in continuous filling regime. Plasma Devices and Operations. Vol. 17. N.1. 2009.p.73-81.
12. Baimbetov F. B., Zhukeshov A. M. and Amrenova A. U. Dynamics of Plasma Flow Formation in a Pulsed Accelerator Operating at a Constant Pressure. Technical Physics Letters, 2007. - Vol. 33, No. 1. - Р. 77–79.
13. Zhukeshov A. Plasma diagnostics in a pulsed accelerator used for material processing. // Journal of Physics. Conference series. 63 (2007) 012014.
14. Zhukeshov A. M., Baimbetov F. B., Amrenova A. U., Gabdullina A. T. Measuring the Parameters of Pulsed Plasma Flows by Means of Magnetic Probes. // Journal of Engineering Thermophysics. - 2007. - Vol. 16. - Р. 40–43.
15. Uglov V.V., Remnev G.E., Kuleshov A.K., Astashinski V.M., Saltymakov M.S. Formation of hardened layer in WC-TiC-Co alloy by treatment of high intensity pulse ion beam and compression plasma flows. // Surface and Coating Technology, 2010. - V.204. – Р. 1952-1956.
16. Черенда Н.Н., Углов В.В., Бибик Н.В., Гусакова С.В., Асташинский В.М., Кузьмицкий А.М., Ухов В.А. Модификация структуры и механических свойств быстрорежущей стали Р18 при комбинированном плазменном и термическом воздействии. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2011, № 3. - С. 107–112.
17. Иванов Ю.Ф., Петрикова Е.А., Тересов А.Д., Москвин П.В., Будовских Е.А., Коваль Н.Н., Бибик Н.В., Черенда Н.Н., Углов В.В. Образование наноструктурных состояний в силумине при высокоинтенсивной электронной обработке. //Наноматериалы и наноструктуры, 2013. - № 1. - Т. 4. - С. 39-42.
18. Иванов Ю.Ф., Петрикова Е.А., Тересов А.Д., Москвин П.В., Будовских Е.А., Коваль Н.Н., Бибик Н.В., Черенда Н.Н., Углов В.В. Наноструктурирование поверхности силумина эвтектоидного состава электронно-ионно-плазменными методами //Известия высших учебных заведений. Физика. - Т. 56. №1-2, 2013. - С. 98-102.
19. Ivanov Y., Petrikova E., Cherenda N., Teresov A. Hardening of the Surface Layer of Silumin by Electron Beam. //Advanced Materials Research Vol. 872 (2014). – Р. 162-166.
20. Овчаренко В.Е., Псахье С.Г., Коваль Н.Н., Иванов Ю.Ф. Способ электронно-пучкового упрочнения твердосплавного инструмента или изделия. Заявка №2007107259, дата подачи заявки: 2007.02.26. RU 2007107259, А, МПК7, С21D9/22, C21D1/09.
21. Nazarov D.S., Ozur G.E., and Proskurovsky D.I. // Proc. of 11th IEEE Int. Pulsed Power Conference. – Baltimore. USA. – 1997. – V. II. – Р. 1335-1340.
22. Engelko V., Mueller G., Bluhm H.// Vacuum. – 2001. –Vol. 62/2-3. – Р. 97-103.
23. Бугаев C.П., Крейндель Ю.Е., Щанин П.М. Электронные пучки большого сечения. – Москва: Энергоатомиздат. – 1984. – 113 c.
24. Гаврилов Н.В., Гушенец В.И., Коваль Н.Н., Окс Е.М. и др. Источники заряженных частиц с плазменным эмиттером. – Екатеринбург: УИФ «Наука». – 1993. – 148 c.
25. Goebel D.M., Schumacher R.W. // R.M. Watkins Editor. Proc. SPIE. – 2001. – Р. 1093-1098.
26. Krokhmal A., Gleizer J.Z., Krasik Ya.E. and Felsteiner J.// Journal of applied physics. – 2003. –Vol. 94. – №1. – pp. 44-54.
27. Девятков B.Н., Коваль Н.Н., Щанин П.М. // Изв. вузов. Физика. – 2001. – № 9. – С. 36-43.
28. Grigoriev S.V., Koval N.N., Devjatkov V.N., Teresov A.D. // Proc. 9th Intern. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. – Tomsk. – 2008. – P.19-22.
Загрузки
Опубликован
2014-12-20
Выпуск
Раздел
Физика плазмы
