Processing math: 100%
Випуски УФМ »  Том 16, випуск 3

Структура, фазовий склад і властивості поверхневих шарів титану після електропідривного леґування Ітрієм та електронно-пучкового оброблення

В. Є. Громов1, К. В. Соснін1, Ю. Ф. Іванов2,3, О. А. Семіна1

1Сибірський державний індустріальний університет, вул. Кірова, 42, 654007 Новокузнецьк, РФ
2Інститут сильноточної електроніки СВ РАН, просп. Академічний, 2/3, 634055, Томськ, РФ
3Національний дослідницький Томський політехнічний університет, просп. Академічний, 2/3, 634055, Томськ, РФ

Отримана: 20.03.2015. Завантажити: PDF

Проведено модифікування поверхневого шару технічно чистого титану комбінованою методою, що поєднує електропідривне леґування Ітрієм і наступне опромінення високоінтенсивним електронним жмутом з параметрами: густина енергії жмута електронів — 20–70 Дж/см2, тривалість імпульсу — 150 мкс, кількість і частота проходження імпульсів — 3 і 0,3 Гц відповідно. Методами сучасного фізичного матеріялознавства (рентґеноструктурна аналіза, оптична, сканівна і просвітна електронна дифракційна мікроскопія, міряння твердости, мікротвердости, коефіцієнта тертя та швидкости зношування) виконано дослідження елементного і фазового складів, дефектної субструктури, механічних і трибологічних характеристик леґованого шару. Виявлено формування багатошарової багатофазної субмікро- та нанокристалічної структури, яка характеризується розшаруванням матеріялу за Титаном та Ітрієм. Поверхневий шар товщиною у 500 нм є аморфним. Нижче розташовується шар товщиною у 1,0–1,5 мкм, що має стовпчасту будову. Під ним виявляється протяжний (у 30–40 мкм) шар кристалізації із дендритною (глобулярною) структурою. Аморфний шар збагачено Титаном, а наявний під ним шар із стовпчастою структурою — Ітрієм. Основною фазою поверхневого шару є α-ітрій (об’ємна частка — 73%), а об’ємна частка інших фаз істотно менша (α-титану — 10%, карбіду TiC та оксиду титану TiO2 — 14%, оксиду ітрію Y2O3 — 3%). Насичення поверхневого шару титану атомами Ітрію, Оксиґену та Карбону приводить до формування металокерамічного шару, зміцненого оксидами та карбідами титану й ітрію, та сприяє кратному збільшенню мікротвердости (більш ніж у 3 рази), зниженню коефіцієнта тертя (більш ніж у 7 разів) і швидкости зношування модифікованого шару (більш ніж у 3 рази).

Ключові слова: структура титану, електропідривне леґування Ітрієм, електронно-жмутове оброблення, властивості поверхні.

PACS: 52.80.Qj,61.72.-y,62.20.Qp,68.37.Lp,81.15.Jj,81.40.Pq,81.40.Wx,81.65.Lp

Citation: V. E. Gromov, K. V. Sosnin, Yu. F. Ivanov, and O. A. Semina, Structure, Phase Composition and Properties of Surface Layers of the Titanium after Electroexplosive Doping with Yttrium and Electron-Beam Processing, Usp. Fiz. Met., 16, No. 3: 175—227 (2015) (in Russian), doi: 10.15407/ufm.16.03.175

Цитована література (100)  
  1. Н. Н. Рыкалин, А. А. Углов, И. В. Зуев, А. Н. Кокора, Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов (Москва: Машиностроение: 1985).
  2. П. А. Леонтьев, Н. Т.Чеканова, М. Г. Хан, Лазерная поверхностная обработка металлов и сплавов (Москва: Металлургия:1986).
  3. В. С. Коваленко, А. Д. Верхотуров, Л. Ф. Головко, И. А. Подчерняева, Лазерное и электроэрозионное упрочнение материалов (Москва: Наука: 1986).
  4. Р. В. Арутюнян, В. Ю. Баранов, Л. А. Большов, Д. Д. Малюта, В. С. Межевов, В. Д. Письменный, Воздействие лазерного излучения на материалы (Москва: Наука: 1989).
  5. В. А. Грибков, Ф. И. Григорьев, Б. А. Калин, В. Л. Якушин, Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов (Москва: Круглый год: 2001).
  6. Ю. М. Тюрин, М. Л. Жадкевич, Плазменные упрочняющие технологии (Киев: Наукова думка: 2008).
  7. А. Д. Погребняк, Ю. Н. Тюрин, Успехи физ. наук, 175, № 5: 515 (2005). Crossref
  8. А. А. Шипко, И. Л. Поболь, И. Г. Урбан, Упрочнение сталей и сплавов с использованием электронно-лучевого нагрева (Минск: Навука i тэхнiка: 1995).
  9. В. П. Симаков, Е. А. Будовских, Н. Н. Назарова, Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, № 12: 60 (2000).
  10. Е. А. Будовских, П. С. Носарев, Материаловедение, № 3: 50 (2001).
  11. Е. А. Будовских, Л. В. Манжос, Е. В. Мартусевич, И. С. Астахова, Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, № 6: 38 (2003).
  12. Е. А. Будовских, Е. В. Мартусевич, Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, № 6: 37 (2004).
  13. Е. В. Мартусевич, Е. А. Будовских, В. К. Каратеев, В. Е. Громов, Заготов. пр-ва в машиностроении, № 1: 46 (2005).
  14. А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, Е. В. Мартусевич, В. Е. Громов, Физ. мезомеханика, 8, № 4: 89 (2005).
  15. А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, В. Ф. Горюшкин, Заготов. пр-ва в машиностроении, № 9: 46 (2005).
  16. А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, № 9: 67 (2005).
  17. В. К. Каратеев, А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, № 8: 34 (2005).
  18. А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, Е. В. Мартусевич, В. Е. Громов, Изв. ВУЗов. Физика, 48, № 9: 36 (2005).
  19. А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Вопросы материаловедения, 43, № 3: 32 (2005).
  20. Е. А. Будовских, А. Я. Багаутдинов, Е. В. Мартусевич. Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Деформация и разрушение материалов, № 11: 28 (2005).
  21. А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. К. Каратеев, Е. В. Мартусевич, В. Е. Громов, Физика и химия обраб. материалов, № 2: 50 (2006).
  22. А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, Е. В. Мартусевич, В. Е. Громов, Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, № 12: 22 (2005).
  23. Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, А. Я. Багаутдинов, Е. В. Мартусевич, В. Е. Громов, Деформация и разрушение материалов, № 3: 37 (2006).
  24. О. А. Цвиркун, А. Я. Багаутдинов, Ю. Ф. Иванов, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, № 6: 28 (2006).
  25. О. А. Цвиркун, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Физ. мезомеханика, 9, № 4: 49 (2006).
  26. О. А. Цвиркун, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, № 8: 55 (2006).
  27. О. А. Цвиркун, Ю. Ф. Иванов, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Физ. мезомеханика, 9, № 5: 91 (2006).
  28. О. А. Цвиркун, Ю. Ф. Иванов, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Материаловедение, № 11: 30 (2006).
  29. О. А. Цвиркун, Ю. Ф. Иванов, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Заготов. пр-ва в машиностроении, № 11: 37 (2006).
  30. О. А. Цвиркун, Ю. Ф. Иванов, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, № 2: 46 (2007).
  31. О. А. Цвиркун, А. Я. Багаутдинов, Ю. Ф. Иванов, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Изв. ВУЗов. Физика, 50, № 3: 3 (2007).
  32. А. Я. Багаутдинов, О. А. Цвиркун, Е. А. Будовских, Металлург, № 3: 52 (2007).
  33. О. А. Цвиркун, Е. А. Будовских, А. Я. Багаутдинов, Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, № 6: 40 (2007).
  34. Е. А. Будовских, П. В. Уваркин, В. Е. Громов, Изв. ВУЗов. Чёр. металлургия, № 3: 50 (2008).
  35. Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, А. Я. Багаутдинов, А. В. Вострецова, В. Е. Громов, Изв. ВУЗов. Физика, 51, № 5: 71 (2008).
  36. Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, Гуои Танг, В. Е. Громов, Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, № 6: 46 (2008).
  37. Е. В. Мартусевич, Е. А. Будовских, В. Ф. Горюшкин, Вестник ТГУ. Серия: Естественные и технические науки, 8, № 4: 714 (2003).
  38. Е. А. Будовских, В. Ф. Горюшкин, Е. В. Мартусевич. В. Е. Громов, А. Я. Багаутдинов, Фунд. пробл. современного материаловедения, № 1: 95 (2005).
  39. Е. А. Будовских, А. Я. Багаутдинов, О. А. Цвиркун, Е. В. Мартусевич, В. Е. Громов, Фунд. пробл. современного материаловедения, 2, № 4: 80 (2005).
  40. О. А. Цвиркун, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Вестник горно-металлургической секции РАЕН, вып. 16: 154 (2006).
  41. А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, О. А. Цвиркун, Е. В. Мартусевич, В. Е. Громов, Вестник горно-металлургической секции РАЕН, вып. 8: 143 (2006).42. О. А. Цвиркун. А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Фундаментальные проблемы новых технологий: Материалы 3-й Всерос. конф. молодых учёных в рамках Рос. науч. форума с международным участием «Демидовские чтения» (Томск: 2006), с. 131.
  42. О. А. Цвиркун. А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Фундаментальные проблемы новых технологий: Материалы 3-й Всерос. конф. молодых учёных в рамках Рос. науч. форума с международным участием «Демидовские чтения» (Томск: 2006), с. 131.
  43. О. А. Цвиркун, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Фунд. пробл. современного материаловедения, № 3: 17 (2006).
  44. Е. А. Будовских, Вестник РАЕН, 6, № 3: 77 (2006).
  45. Е. А. Будовских, О. А. Цвиркун, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Изв. ВУЗов. Физика, 9, № 8: 367 (2006).
  46. О. А. Цвиркун, Е. А. Будовских, В. А. Петрунин, В. Я. Целлермаер, В. Е. Громов, Вестник МГТУ им. Г. И. Носова, № 4: 83 (2006).
  47. О. А. Цвиркун, Е. А. Будовских, В. В. Руднева, В. Ф. Горюшкин, В. Е. Громов, Журнал функциональных материалов, 1, № 3: 117 (2007).
  48. О. А. Цвиркун, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Особенности структуры и свойств перспективных материалов (Томск: НТЛ: 2006).
  49. Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Структура и свойства перспективных металлических материалов (Томск: НТЛ: 2007).
  50. Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Эволюция структуры и свойства металлических материалов (Томск: НТЛ: 2007).
  51. А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Контроль. Диагностика. Ресурс: Сб. науч. тр. (Кемерово: КемГТУ: 2007), с. 155.
  52. А. В. Вострецова, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Фунд. пробл. современного материаловедения, № 3: 46 (2008).
  53. А. Я. Багаутдинов, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Физические основы электровзрывного легирования металлов и сплавов (Новокузнецк: СибГИУ: 2007).
  54. Н. Н. Коваль, Ю. Ф. Иванов, Изв. ВУЗов. Физика, 51, № 5: 71 (2008).
  55. V. N. Devyatkov, N. N. Koval, P. M. Schanin, V. P. Grigoryev, and T. V. Koval, Laser Part. Beams, 21, No. 2: 243 (2003). Crossref
  56. Ю. Ф. Иванов, Н. Н. Коваль, Структура и свойства перспективных металлических материалов (Томск: НТЛ: 2007).
  57. Ю. Ф. Иванов, Ю. А. Колубаева, С. Ю. Филимонов, А. В. Вострецова, Е. А. Будовских, Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, № 12: 43 (2008).
  58. Ю. Ф. Иванов, Ю. А. Колубаева, А. Д. Тересов, С. Ю. Филимонов, А. В. Вострецова, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Упрочняющие технологии и покрытия, № 2: 41 (2009).
  59. А. В. Вострецова, Е. С. Ващук, Е. А Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Материаловедение и термическая обработка металлов: Сб. науч. тр. (Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ: 2009), с. 209.
  60. А. В. Вострецова, Е. С. Ващук, С. В. Карпий, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Материаловедение, технологии и экология в 3-м тысячелетии: Материалы IV Всерос. конф. молодых учёных (Томск: Изд. Ин-та оптики атмосферы СО РАН: 2009), с. 78.
  61. Ю. Ф. Иванов, Ю. А. Колубаева, С. Ю. Филимонов, А. В. Вострецова, Е. А. Будовских, Изв. ВУЗов. Чёрн. металлургия, № 10: 42 (2009).
  62. Ю. Ф. Иванов, Н. Н. Коваль, С. Ю. Филимонов, А. Д. Тересов, Ю. А. Колубаева, Е. А. Будовских, А. В. Вострецова, В. Е. Громов, Изв. ВУЗов. Физика, № 11/2: 161 (2009).
  63. Ю. Ф. Иванов, С. Ю. Филимонов, Ю. А. Колубаева, А. Д. Тересов, Н. Н. Коваль, А. В. Вострецова, Е. А. Будовских, В. Е Громов, Фунд. пробл. современного материаловедения, 6, № 2: 119 (2009).
  64. Ю. Ф. Иванов, С.В. Карпий, Н. Н. Коваль, Ю. А. Колубаева, А. Д. Тересов, В. Е. Громов, Е. А. Будовских, Деформация и разрушение материалов, № 9: 39 (2009).
  65. Е. С. Ващук, А. В. Вострецова, Е. А Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Структурно-фазовые состояния перспективных металлических металлов (Новокузнецк: Изд-во НПК: 2009).
  66. Е. А. Будовских, С. В. Карпий, Г. Танг, С. В Воробьёв, А. П. Семин, В. Я. Целлермаер, С. В. Коновалов, В. Е Громов, Вестник ЗСО РАЕН, № 11 (2009).
  67. С. В. Карпий, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, С. В. Коновалов, Фунд. пробл. современного материаловедения, № 1: 46 (2009).
  68. С. В. Карпий, Е. С. Ващук, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, Вестник горно-металлургической секции РАЕН, вып. 24: 171 (2009).
  69. С. В. Карпий, М. М. Морозов, Ю. Ф. Иванов, Е. А. Будовских, Ю. А. Колубаева, А. Д. Тересов, В. Е. Громов, Материаловедение, № 10: 61 (2010).
  70. С. В. Карпий, Ю. Ф. Иванов, Н. Н. Коваль, Е. А. Будовских, Ю. А. Колубаева, А. Д. Тересов, В. Е. Громов, Физика и химия обработки материалов, № 4: 51 (2010).
  71. С. В. Карпий, М. М. Морозов, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, В. Е. Громов, Успехи физики металлов, 11, № 3: 273 (2010). Crossref
  72. С. В. Карпий, М. М. Морозов, Ю. Ф. Иванов, Е. А. Будовских, Ю. А. Колубаева, А. Д. Тересов, В. Е. Громов, Перспективные материалы, № 1: 82 (2011).
  73. С. В. Карпий, М. М. Морозов, Ю. Ф. Иванов, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Изв. ВУЗов. Чёрн. металлургия, № 8: 64 (2010).
  74. Ю. Ф. Иванов, С. Ю. Филимонов, А. Д. Тересов, Ю. А. Колубаева, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Изв. ТПУ, 318, № 2: 101 (2011).
  75. Ю. Ф. Иванов, С. Ю. Филимонов, Ю. А. Колубаева, А. Д. Тересов, В. Е. Громов, Е. А. Будовских, Изв. ТПУ, 318, № 2: 106 (2011).
  76. Е. С. Ващук, Д. А. Романов, Е. А. Будовских, Ю. Ф. Иванов, Изв. ВУЗов. Чёрн. металлургия, № 6: 25 (2011).
  77. Ю. Ф. Иванов, С. В. Карпий, М. М. Морозов, Структура, фазовый состав и свойства титана после электровзрывного легирования и электронно-пучковой обработки (Новокузнецк: НПК: 2010).
  78. В. Е. Громов, Формирование структурно-фазовых состояний металлов и сплавов при электровзрывном легировании и электронно-пучковой обработке (Новокузнецк: Интер-Кузбасс: 2011).
  79. А. Е. Вол, И. К. Коган, Строение и свойства двойных металлических систем (Москва: Наука:1976).
  80. Б. И. Шаповал, В. М Ажажа, В. М. Аржавитин, И. Б. Доля, В. Я. Свердлов, М. А. Тихоновский, В. Г. Яровой, ВАНТ. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники, № 1: 133 (2002).
  81. М. А. Тихоновский, ВАНТ. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники, № 6: 115 (2004).
  82. М. А. Тихоновский, В. Т. Петренко, В. С. Безродний, Механизм повреждаемости и прочность гетерогенных материалов (Ленинград: 1985).
  83. Дж. Поут, Г. Фоти, Д. Джекобсона, Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками (Москва: Машиностроение: 1987).
  84. М. Klimiankou, R. Lindau, and A. Möslang, Micron, 36, No. 1: 1 (2005). Crossref
  85. И. В. Крагельский, Трение и износ (Москва: Машиностроение: 1968).
  86. М. М. Хрущев, М. А. Бабичев, Абразивное изнашивание (Москва: Наука: 1970).
  87. М. М. Тененбаум, Износостойкость конструкционных материалов и деталей машин при абразивном изнашивании (Москва: Машиностроение: 1966).
  88. J. Qu, P. J. Blau, T. R. Watkins, O. B. Cavin, and N. S. Kulkarni, Wear, 258, No. 9: 1348 (2005). Crossref
  89. В. И. Мощенок, Н. А. Лалазарова, О. Н. Тимченко, Сверхтвёрдые материалы, № 6: 16 (2004).
  90. Л. М. Мурзин, С. А. Чубов, В. В. Огородников, Вісник СевНТУ: зб. наук. пр., серія: Машиноприладобудування та транспорт, № 111: 113 (2010).
  91. Ю. И. Головин, Физ. твёрдого тела, 50, № 12: 2113 (2008).
  92. J. R. Greer and W. D. Nix, Phys. Rev B, 73, No. 24: 245410 (2006). Crossref
  93. J. R. Greer, W. D. Nix, G. Feug, and E. T. Lilleoden, Thin Solid Films, 515, No. 6: 3152 (2007). Crossref
  94. Физические величины (Ред. И. С. Григорьев, Е. З. Мейлихов) (Москва: Энергоатомиздат:1991).
  95. С. В. Райков, Е. А. Будовских, В. Е. Громов, Физическая природа упрочнения поверхностных слоев титановых сплавов при электровзрывном легировании и электро-пучковой обработке (Новокузнецк: Интер-Кузбасс: 2014).
  96. Wei-ping Gong, Teng-fei Chen, Da-jian Li, and Yong Liu, Trans. Nonferrous Met. Soc. China, No. 19: 199 (2009).
  97. S. V. Raikov, K. V. Sosnin, Yu. F. Ivanov, E. A. Budovskikh, and V. E. Gromov, Russ. Phys. J., 57, No. 2: 252 (2014). Crossref
  98. Yu. F. Ivanov, V. E. Gromov, A. D. Teresov, O. V. Ivanova, S. V. Raikov, K. V. Sosnin, O. A. Semina, and K. V. Alsaraeva, Adv. Mater. Res., 1013: 229 (2014).
  99. К. В. Соснин, Ю. Ф. Иванов, А. М. Глезер, В. Е. Громов, С. В. Райков, Е. А. Будовских, Изв. РАН. Серия физическая, 78, № 11: 1454 (2014).
  100. K. V. Sosnin, S. V. Raikov, E. S. Vaschuk, Yu. F. Ivanov, E. A. Budovskikh, and V. E. Gromov, AIP Conference Proceedings, 1623: 603 (2014). Crossref
Цитується (2)
  1. V. E. Kormyshev, V. E. Gromov, Yu. F. Ivanov and S. V. Konovalov, Usp. Fiz. Met. 18, 111 (2017).
  2. V. V. Kurylyak and G. I. Khimicheva, Usp. Fiz. Met. 18, 155 (2017).

© 2013–2018 «ІМФ НАН України»