Аналіз і порівняння механічних та хімічних властивостей захисних покриттів, отриманих при різних комбінаціях «мішень – підкладка»

Автор(и)

  • Larisa Vasetskaya Інститут хімічних технологій Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля вул. Володимирська, 31, м. Рубіжне, Україна, 93009, Україна https://orcid.org/0000-0002-4873-8835

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.161292

Ключові слова:

іонна імплантація, захисне покриття, сталева підкладка, зносостійкість, термін служби

Анотація

Досліджено вплив різних комбінацій «мішень – сталева підкладка» на механічні та хімічні властивості захисних покриттів, отриманих за допомогою іонно-плазмової обробки. Широке застосування іонно-плазмових технологій для зміцнення виробів стримується недосконалістю обладнання, відсутністю достатніх теоретичних і експериментальних досліджень з контролю і регулювання фізичних властивостей і технічних параметрів процесу обробки. Зняття цих проблем можливе на підставі подальших досліджень і нових рішень в області технології зміцнення. Для досліджень в цьому напрямку використовувалася експериментальна іонно-плазмова установка з програмним забезпеченням для регулювання і контролю енергії, дози, концентрації імплантованих іонів, тиску робочого газу, товщини покриття. Застосована ефективна методика підвищення якості робочої поверхні сталевого інструменту, яка дозволила здійснити масоперенос легуючих елементів поверхневою іонно-плазмовою обробкою. За рахунок регульованої низькотемпературної двохстадійної іонізації атомів азоту і легуючих елементів в реакційному обсязі відбувалося насичення кристалічної решітки заліза імплантованими іонами і утворення карбонітридних фаз легуючих елементів, відповідальних за підвищення твердості, зносо- і корозійної стійкості. Виявлено оптимальні параметри процесу імплантації (Uп =25 кВ, Iп=35 мА, D=4,01·1017 cм-2 за 1 год.), які дозволили досягти поліпшення поверхневих властивостей конструкційної вуглецевої, конструкційної легованої, інструментальної сталей. Встановлено взаємозв'язок між терміном служби виробів і властивостями отриманої після імплантації поверхні. Показано збільшення терміну служби виробів з покриттям ТiN (в 1,5–3 рази), CrN (в 1,9–6 разів) і ZrN (в 3–12 разів) в порівнянні з виробами без покриття. Проведено аналіз і визначено найбільш ефективні варіанти комбінацій «мішень – сталева підкладка» для практичного застосування захисних покриттів. Оскільки застосування порівняно недорогих сталевих виробів з підвищеними характеристиками міцності має економічні вигоди для виробника і є однією з тенденцій сучасного виробництва

Біографія автора

Larisa Vasetskaya, Інститут хімічних технологій Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля вул. Володимирська, 31, м. Рубіжне, Україна, 93009

Кандидат технічних наук

Кафедра машин та апаратів хімічних виробництв

Посилання

  1. Dragunov, Yu. G. et. al.; Dragunov, Yu. G., Zubchenko, A. S. (Eds.) (2014). Marochnik staley i splavov. Moscow, 1216.
  2. Ba, Z., Dong, Q., Yin, J., Wang, J., Ma, B., Zhang, X.Wang, Z. (2017). Surface properties of Mg-Gd-Zn-Zr alloy modified by Sn ion implantation. Materials Letters, 190, 90–94. doi: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2016.12.038
  3. Schibicheski Kurelo, B. C. E., de Oliveira, W. R., Serbena, F. C., de Souza, G. B. (2018). Surface mechanics and wear resistance of supermartensitic stainless steel nitrided by plasma immersion ion implantation. Surface and Coatings Technology, 353, 199–209. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.08.079
  4. Borisov, A. M., Krit, B. L., Kulikauskas, V. S., Semenova, N. L., Suminov, I. V., Tihonov, S. A. (2014). Issledovanie uprochneniya poverhnosti staley pri kombinirovannom ionnom i lazernom vozdeystvii. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 324 (2), 137–142.
  5. Bystrov, S. G., Pepelyaev, N. B., Reshetnikov, S. M., Kolotov, A. A., Bayankin, V. Ya. (2017). Vliyanie implantacii ionov argona na fiziko-himicheskoe stroenie i korrozionnoe povedenie vysokohromistoy stali. Himicheskaya fizika i mezoskopiya, 19 (2), 250–258.
  6. Pogrebnyak, A. D., Kaverina, A. Sh., Kylyshkanov, M. K. (2014). Electrolytic plasma processing for plating coatings and treating metals and alloys. Protection of Metals and Physical Chemistry of Surfaces, 50 (1), 72–87. doi: https://doi.org/10.1134/s2070205114010092
  7. Proskuryakov, V. I., Rodionov, I. V., Koshuro, V. A. (2019). Issledovanie izmeneniya mikrotverdosti poverhnosti cirkoniya posle lazernoy modificiruyushchey obrabotki. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki, 45 (6), 20–22. doi: https://doi.org/10.21883/pjtf.2019.06.47493.17598
  8. Semendeeva, O. V., Uchevatkina, N. V., Ovchinnikov, V. V. (2011). Analysis of implantation features for titanic alloys, 2, 36–47.
  9. Yakupov, N. M., Giniyatullin, R. R. (2011). Corrosion deterioration of the thin-walled elements processed by a method of ionic implantation. Stroitel'naya mekhanika inzhenernyh konstrukciy i sooruzheniy, 3, 74–79.
  10. Wang, F., Zhou, C., Zheng, L., Zhang, H. (2017). Corrosion resistance of carbon ion-implanted M50NiL aerospace bearing steel. Progress in Natural Science: Materials International, 27 (5), 615–621. doi: https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2017.07.003
  11. Vlcak, P., Fojt, J., Weiss, Z., Kopeček, J., Perina, V. (2019). The effect of nitrogen saturation on the corrosion behaviour of Ti-35Nb-7Zr-5Ta beta titanium alloy nitrided by ion implantation. Surface and Coatings Technology, 358, 144–152. doi: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.11.004
  12. Bratushka, S. N., Sokolov, S. V. (2012). Vliyanie plazmennoy obrabotki i ionnoy implantacii na svoystva i strukturno-fazovye izmeneniya v titanovyh splavah. Fizicheskaya inzheneriya poverhnosti, 10 (2), 138–161.
  13. Singh, O., Malik, H. K., Dahiya, R. P., Kulriya, P. K. (2017). Tuning of mechanical and structural properties of 20 MC 5 steel using N ion implantation and subsequent annealing. Journal of Alloys and Compounds, 710, 253–259. doi: https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2017.03.097
  14. Jie, J., Shao, T. (2017). Graded Microstructure and Mechanical Performance of Ti/N-Implanted M50 Steel with Polyenergy. Materials, 10 (10), 1204. doi: https://doi.org/10.3390/ma10101204
  15. Budzynski, P., Youssef, A. A., Sielanko, J. (2006). Surface modification of Ti–6Al–4V alloy by nitrogen ion implantation. Wear, 261 (11-12), 1271–1276. doi: https://doi.org/10.1016/j.wear.2006.03.008
  16. Sepitka, J., Vlcak, P., Horazdovsky, T., Perina, V. (2016). Nanomechanical Characterization of Titanium Alloy Modified by Nitrogen Ion Implantation. World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Materials and Metallurgical Engineering, 10 (12), 1451–1454.
  17. Carroll, M. P., Stephenson, K., Findley, K. O. (2009). Characterization of high energy ion implantation into Ti–6Al–4V. Journal of Nuclear Materials, 389 (2), 248–253. doi: https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2009.02.008
  18. Budzynski, P., Youssef, A. A., Surowiec, Z., Paluch, R. (2007). Nitrogen ion implantation for improvement of the mechanical surface properties of aluminum. Vacuum, 81 (10), 1154–1158. doi: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2007.01.072
  19. Vlcak, P., Sepitka, J., Drahokoupil, J., Horazdovsky, T., Tolde, Z. (2016). Structural Characterization and Mechanical Properties of a Titanium Nitride-Based Nanolayer Prepared by Nitrogen Ion Implantation on a Titanium Alloy. Journal of Nanomaterials, 2016, 1–7. doi: https://doi.org/10.1155/2016/9214204
  20. Tian, X. B., Zeng, Z. M., Tang, B. Y., Fu, K. Y., Kwok, D. T. K., Chu, P. K. (2000). Properties of titanium nitride fabricated on stainless steel by plasma-based ion implantation/deposition. Materials Science and Engineering: A, 282 (1-2), 164–169. doi: https://doi.org/10.1016/s0921-5093(99)00756-x
  21. Gabovich, M. D. (1972). Fizika i tekhnika plazmennyh istochnikov ionov. Moscow: Atomizdat, 304.
  22. Vil'yams, Dzh. S., Pout, Dzh. M. (Eds.) (1988). Ionnaya implantaciya i luchevye tekhnologii. Kyiv: Naukova dumka, 360.
  23. Pogrebnyak, A. D., Bratushka, S. N., Malikov, L. V., Levintant, N., Erdybaeva, N. K., Plotnikov, S. V., Gricenko, B. P. (2009). Vliyanie vysokih doz ionov N+ , N+ + Ni+ , Mo+ + W+ na fiziko-mekhanicheskie svoystva TiNi. Zhurnal tekhnicheskoy fiziki, 79 (5), 65–72.
  24. Belous, V. A., Nosov, G. I., Azarenkov, N. A. (2010). O vliyanii oblucheniya ionami Ar+ na korrozionnuyu stoykost' metallov i splavov. Fizychna inzheneriya poverkhni, 8 (2), 161–168.
  25. Sergeeva, M. H., Kohanovskiy, V. A. (2008) Surface nano level structural modification. Vestnik Donskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta, 8 (2), 192–197.
  26. Dziuba, V. L., Kliakhina, N. P., Vasetska, L. O. (2010). Pat. No. 56823 UA. Method for nitride film producing. No. u201009062; declareted: 19.07.2010; published: 25.01.2011, Bul. No. 2.
  27. Topolyanskiy, P. A., Ermakov, S. A., Sosnin, N. A. (2005). Tverdost' tonkoplenochnogo pokrytiya, nanosimogo metodom finishnogo plazmennogo uprochneniya. Tekhnologii remonta, vosstanovleniya i uprochneniya detaley mashin, mekhanizmov, oborudovaniya, instrumenta i tekhnologicheskoy osnastki: tezisy dokl. 7-oy mezhdunar. prakt. konf.-vystavki. Sankt-Peterburg, 274–298.
  28. Belous, V. A., Lapshin, V. I., Marchenko, I. G., Neklyudov, I. M. (2003). Radiacionnye tekhnologi modifikacii poverhnosti. I. Ionnaya ochistka i vysokodozovaya implantaciya. Fizicheskaya inzheneriya poverhnosti, 1 (1), 40–48.
  29. Gricenko, B. P., Kashin, O. A. (2004). Vliyanie vysokodoznoy ionnoy implantacii i akusticheskih kolebaniy v tribosisteme na deformacionnoe povedenie i iznosostoykost' stali 45. Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 307 (4), 121–125.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-04-02

Як цитувати

Vasetskaya, L. (2019). Аналіз і порівняння механічних та хімічних властивостей захисних покриттів, отриманих при різних комбінаціях «мішень – підкладка». Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(12 (98), 19–27. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.161292

Номер

Том 2 № 12 (98) (2019): Матеріалознавство

Розділ

Матеріалознавство

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Larisa Vasetskaya

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.