Закономерности формирования структурно-фазовых состояний на поверхности металлов и сплавов при электровзрывном легировании
Д. А. Романов1, В. Е. Громов1, Е. А. Будовских1, Ю. Ф. Иванов2,3
1Сибирский государственный индустриальный университет, ул. Кирова, 42, 654007 Новокузнецк, РФ
2Институт сильноточной электроники СО РАН, просп. Академический, 2/3, 634055 Томск, РФ
3Национальный исследовательский Томский политехнический университет, просп. Академический, 2/3, 634055 Томск, РФ
Получена: 20.05.2015. Скачать: PDF
Впервые проведены количественные и качественные исследования структурно-фазовых состояний поверхностных слоёв металлов и сплавов, подвергнутых электровзрывному легированию с использованием термореагирующих компонентов. Послойными электронно-микроскопическими исследованиями выявлен градиентный характер структурно-фазовых состояний, характеризующийся закономерным изменением фазового состава и параметров дефектной субструктуры по мере удаления от поверхности обработки. Выявлены и подвергнуты анализу основные факторы и механизмы, определяющие ускорение физико-химических процессов синтеза новых фаз при электровзрывном легировании. Установлено, что электровзрывное легирование обусловлено комплексным термосиловым воздействием на облучаемую поверхность многофазной плазменной струи, сформированной из продуктов электрического взрыва проводников и порошковых навесок, и сопровождается комплексным характером изменения структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры на различных (от макро- до нано-) масштабных уровнях. В том числе оно сопровождается за малое время обработки, равное 100 мкс: для случая легирования алюминия никелем — формированием зоны легирования, упрочнённой интерметаллидами системы Ni–Al, характеризуемой большой глубиной; для случая легирования титаном поверхности твёрдого сплава ВК10КС — распадом в зоне легирования частиц карбида WC и образованием частиц карбидов TiC, (Ti, W)C и W2C; для случая карбоборирования поверхности титана с использованием порошковой навески аморфного бора — формированием слоя композиционного покрытия толщиной около 10 мкм, обладающего высокой (до 3600 HV) микротвёрдостью. Установлено многократное увеличение микротвёрдости, износостойкости и других функциональных свойств поверхности, обусловленное электровзрывным легированием. Выявлены закономерности и механизмы формирования структурно-фазовых состояний поверхностных слоёв при электровзрывном легировании с использованием термореагирующих компонентов. Научные результаты работы могут быть использованы для развития теории структурно-фазовых превращений в металлах и сплавах и использованы в экономически эффективных технологических процессах упрочнения поверхности деталей на предприятиях металлургической, машиностроительной, авиационной и других отраслей промышленности. Экспериментально установлено ускорение синтеза химических соединений на поверхности металлов и сплавов при электровзрывном легировании, заключающееся в том, что при воздействии на поверхность импульсных плазменных струй, сформированных из продуктов электрического взрыва проводников при времени воздействия 100 мкс, плотности мощности порядка нескольких ГВт/м2 и давлении в ударно-сжатом слое вблизи облучаемой поверхности порядка 1–10 МПа, происходит образование новых фаз и соединений со скоростью, превышающей скорость их образования при обычных условиях взаимодействия.
Ключевые слова: электровзрывное легирование, структура, фазовый состав, никель, алюминий, твёрдый сплав, титан.
PACS: 52.80.Qj, 62.20.Qp, 68.37.Hk, 81.15.Pq, 81.40.Pq, 81.65.Lp, 82.33.Vx
Citation: D. A. Romanov, V. E. Gromov, Е. А. Budovskikh, and Yu. F. Ivanov, Regularities of Formation of Structural–Phase States on a Surface of Metals and Alloys at an Electroexplosive Alloying, Usp. Fiz. Met., 16, No. 2: 119—157 (2015) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.16.02.119