Структура и свойства алюминия, подвергнутого комбинированной электронно-ионно-плазменной обработке
Date
2018Another Title
Structure and properties of aluminum subjected to combined electron-ion-plasma treatment
Bibliographic entry
Структура и свойства алюминия, подвергнутого комбинированной электронно-ионно-плазменной обработке = Structure and properties of aluminum subjected to combined electron-ion-plasma treatment / Ю. Ф. Иванов [и др.] // Современные методы и технологии создания и обработки материалов : материалы XIII Международной научно-технической конференции, 12-14 сентября 2018 г. [Электронный ресурс]. – Минск : [б. и.], 2018.
Abstract
Целью работы являлось обнаружение и анализ закономерностей эволюции структуры и трибологических свойств образцов технически чистого алюминия, подвергнутых комбинированной электронно-ионно-плазменной обработке. Комбинированная обработка поверхности технически чистого алюминия заключалась в азотировании (550 °С, (1–7) часов) в плазме несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом при низком давлении (1 Па), последующем напылении покрытия нитрида циркония толщиной 0,5 мкм и облучении системы «покрытие / подложка» интенсивным импульсным электронным пучком. Напыление твердого покрытия осуществляли на вакуумной ионно-плазменной установке, оснащенной электродуговыми испарителями (источники металлической плазмы на основе дугового разряда с катодным пятном) и плазменными источниками на основе несамостоятельного дугового разряда с
накаленными катодами. В качестве материала испаряемого катода использовали технически чистый цирконий. Облучение системы «покрытие / подложка» осуществляли на установке, оснащенной электронным источником на основе импульсного дугового разряда низкого давления с сеточной стабилизацией границы катодной плазмы
и открытой границей анодной плазмы. Облучение системы «покрытие / подложка» осуществляли при параметрах пучка электронов (10 Дж/см2; 150 мкс; 10 имп.; 0,3 с–1), позволяющих проводить плавление тонкого поверхностного слоя алюминия. Выявлен режим комбинированной обработки, приводящий к многократному повышению
износостойкости и снижению коэффициента трения технически чистого алюминия. Показано, что основной причиной повышения трибологических свойств материала является формирование многослойной многофазной нанокристаллической структуры, представленной оксинитридным покрытием на основе циркония, сформированном на слое нитрида алюминия, образованном в результате предварительного азотирования и модифицированном в результате облучения интенсивным импульсным электронным пучком.
Abstract in another language
The purpose of work was detection and the analysis of regularities of evolution of structure and tribological properties of the samples of commercial-grade aluminum subjected to the combined electron-ion-plasma treatment. The combined surfacing of commercialgrade aluminum consisted in nitriding (550 °C, (1–7) hours) in plasma of a non-self-sustained
glow discharge with the hollow cathode at low pressure (1 Pa), the subsequent deposition of a coating of zirconium nitride 0.5 microns thick and irradiation of the «coating / substrate» system an intensive pulsed electron beam. Deposition of a nitride coating was carried out on the vacuum ion-plasma installation equipped with arc evaporators (sources of metal plasma on the basis of an arc discharge with a cathode spot) and plasma sources on the basis of a non-self-sustained arc discharge with thermionic cathodes. As material of the evaporated cathode, the commercial-grade zirconium was used. Irradiation of the «coating / substrate» system was carried out on the installation equipped with an electron source on the basis of an pulsed arc discharge of low pressure with grid stabilization of border of cathode plasma and open border of anode plasma. Irradiation of the «coating / substrate» system was carried out at electron beam parameters (10 J/cm2; 150 μs; 10 pls.; 0.3 s-1), allowing to carry out melting of the thin surface layer of aluminum. The mode of the combined treatment leading to multiple increase in wear resistance and decrease in a friction coefficient of commercial-grade
aluminum is revealed. It is shown that formation of the multilayer multiphase nanocrystalline structure presented by a nitride coating on the basis of zirconium, created on the aluminum nitride layer formed as a result of preliminary nitriding and modified in result of irradiation by an intensive pulsed electron beam is the main reason for increase in tribological properties of material.