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