Диссертация (1025103), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Таблицу 1).Таблица 1.Параметр решетки γ-фазы в поверхностных слоях трубы 25Х12Г20В послеоблучения дейтериевой плазмойПараметр решетки а, ÅЗона облучения трубыНаружныйОбъем элементарнойячейкиВнутренний НаружныйВнутреннийПСПСПСПСГорячий участок3,60533,606346,8646,90Центральная часть3,60423,607546,8246,95Переходная зона3,60373,610446,8047,063,60303,611346,7747,09Центральн./Холодн.Холодный участокДанный факт связан с тем, что в эту полость попадала подавляющаячасть быстрых ионов, которые при импульсномразряде в установке ПФраспространяются от источника излучения в сторону мишени в пределахдостаточно узкого телесного угла α ≤ 30° [24].

В работах [25, 26] показано, чтодвигаясь внутри трубы с более высокой скоростью по сравнению со скоростьюсгустка плазмы, поток быстрых ионов на стадии опережения им фронта потокаплазмы (примерно в зоне перехода от центральной части трубы к холодной)«рассыпается», и дейтроны, «бомбардируя» ПС, интенсивно имплантируются внего. С этим фактом и связано наблюдаемое для внутреннего ПС увеличениепараметра решетки a вблизи «холодного» торца трубы. Имплантированные вПС дейтроны с энергией E в несколько сот кэВ и более вносят искажения в21кристаллическуюрешетку,чтообычноприводитквозникновениюповреждениемоблученныхмеханических напряжений и способствует ее упрочнению.Ещеоднимхарактернымвысокотемпературной импульсной плазмой материалов является наличие наповерхности газовых пузырей – блистеров (см. Рис. 1.2).

В частности, такиегазонаполненные пузыри диаметром ~100 нм, наполненные дейтерием свозможной примесью атомов углерода и кислорода, наблюдались в облученнойхромомарганцевой стали 25Х12Г20В [19], см. Рис. 1.2. Их образование, помнению авторов, связано, главным образом, с испарением имплантированного вматериал дейтерия, а также примеси углерода и кислорода в микропоры с ихпоследующейкоагуляциейвпузырипримногократномимпульсномвоздействии ионных и плазменных потоков на стальной образец.абРис. 1.2. Микрофотография поверхности образца стальной трубы 25Х12Г20Впосле 4-х импульсных воздействий потоков ионов дейтерия и ДП. а – наружнаяповерхность в холодной зоне [19], б – внутренняя поверхность в горячей зоне.Видно наличие пузырей микронного (а) и наноразмерного (б) масштабаВ работе [27] численными методами исследованы термические эффектыпри воздействии импульсных потоков, генерируемых в установках ПФ-60 иПФ-1000, на металлические образцы, расположенные в катодной частиразрядной камеры.

Показано, что рентгеновский импульс с плотностьюмощности 5·107 Вт/см2 нагревает поверхность облучаемых металлов сотносительно высоким коэффициентом поглощения (вольфрам, ванадий,железо) до температур выше тысячи градусов. Импульсное облучение потоком22высокоэнергетических ионов с плотностью мощности до 109 Вт/см2 приводит красплавлению поверхностного слоя металлических мишеней и интенсивномуиспарению материала. Максимальная скорость движения поверхности образцаза счет испарения варьируется от 134 м/с для вольфрама до 360 м/с дляалюминия. Расчеты, проведенные для тонких образцов, показали, чтооднократноеоблучениетонкихметаллическихобразцовтолщиной350÷500 мкм в установке ПФ-60 не приводит к существенному нагревуобратной поверхности образца.Применительно кэкспериментам[27] поизучению воздействияимпульсных потоков плазмы на цилиндрический дюралюминиевый образец,расположенный в катодной части установки ПФ-1000, проведены расчетыплотности поглощенной поверхностью материала мощности и распределениятемпературы по глубине материала образца.

Численно установлены границыобластей поверхностного слоя образца, различающихся по характеру фазовыхпревращений под воздействием плазмы на сплав системы Al-Cu.Также в [27] численными методами исследованы особенности эволюциитемпературного поля в условиях облучения стальной шестигранной трубы вустановке ПФ-1000, при длительном воздействии на материал вторичнойплазмы на материал трубы приводит к существенному увеличению и зонытермического воздействия в целом, и глубины переплавленного слоя стали.Рассчитана скорость охлаждения стали в поверхностном слое шестиграннойтрубы после плазменного облучения в зависимости от расстояния отповерхности x и времени t.

Показано, что высокая скорость охлаждения и, какследствие, высокая скорость кристаллизации приводят к формированиюультрадисперсной микроструктуры переплавленного поверхностного слоя и кизменению свойств материала вблизи облученной поверхности.Полученныерезультатыпоказывают,чтосиспользованиемкомбинированного воздействия потоков высокотемпературной плазмы иионных пучков на материал мишени, расположенный в катодной зоне ПФ, всочетании с воздействием электронов на материал анода можно создавать в23облучаемой мишени модифицированные слои субмикронной и наноразмернойтолщины с измененным структурно-фазовым состоянием и улучшеннымифизико-механическимисвойствами.Этоуказываетнаперспективностьобъединения различных видов излучения, воздействующих на материал, вединый технологический процесс импульсной обработки поверхности с цельюполучения новых свойств.1.2.Современные методы нанесения металлических покрытийК числу наиболее используемых в современной технике методовнанесения покрытий относятся методы, связанные с вакуумным напылением.Вакуумное напыление (ВН) покрытий производится в вакуумной камере, вкоторой путем откачки с помощью вакуумной системы обеспечиваетсяостаточное давление газов: 10-1 ÷ 10-4 Па.

В зависимости от используемогометода, скорость роста покрытия может меняться в пределах: 10-3 ÷ 10-1 мкм/с,давая возможность получать покрытия толщиной: 0,1 ÷ 100 мкм [28].Сполучениемэлектроэрозионностойкихпокрытийметодомэлектровзрывного напыления можно ознакомиться в работе [29].По способу превращения материала для покрытий в напыляемый потокчастиц методы ВН делят на следующие основные группы (с указанием составаполучаемого потока) [28]: термическое испарение (vacuum evaporation): поток из отдельныхнейтральных атомов, молекул и микрокапель с размерами 0,001 ÷ 10 мкм; электродуговое испарение (vacuum arc evaporation): ионы, электроны,нейтральные атомы, микрокапли; ионноераспыление(sputterdeposition):нейтральныеатомыввозбужденном состоянии и с повышенной кинетической энергией,микрокапли.24Часто поток частиц, получаемый этими методами, дополнительнообрабатывается в магнитном поле и тлеющих разрядах для повышенияпроцента содержания ионной фазы материала.Нейтральные атомы имеют нерегулируемую величину кинетическойэнергии порядка 2kT, где k – постоянная Больцмана, T – температура испаренияматериала:- для алюминия (T ≈ 1000 К), Eкин ≈ 0,17 эВ;- для вольфрама (T ≈ 3000 К), Eкин ≈ 0,5 эВ.В случае ионов мы можем легко регулировать их кинетическую энергиюпрактически в любых пределах.С увеличением энергии частиц, из которых получают покрытия,существенно снижается температура детали, необходимая для созданиявысокоадгезионныхикогезионнопрочныхпокрытийиполучениявысокотемпературных соединений металлов (боридов, карбидов, нитридов,окислов и т.

д.). «Например, для получения покрытий из нитрида титана вравновесных термодинамических условиях (химическое, термическое идиффузионное осаждение покрытий) требуется температура детали не менее1000 ÷ 1300 К, а в неравновесных термодинамических условиях (методы,использующие потоки ускоренных частиц): 300 ÷ 600 К» [28]. Помимо этого,повышениеэнергиичастицинтенсифицируетнапылениеипозволяетприменять высокоэнергетические частицы для очистки поверхности как донапыления, так и во время напыления покрытий.«С учетом способа получения потока частиц для напыления, состояниячастиц, в котором они подлетают к поверхности конденсации, а также с учетомисторически сложившейся традиции принято разделять методы ВН наследующие группы» [28]: термическое испарение или метод молекулярных пучков (vacuumevaporation); ионное распыление (sputter deposition);25 активированное термическое (реактивное) испарение (activated reactiveevaporation); ионное осаждение; плазменное осаждение (plasma deposition).Поспособуиспаренияматериаламишени(изкоторогобудетформироваться покрытие) при нанесении покрытий различают следующиеметоды ВН [28]: термическое испарение: не используются плазменные процессы, иконденсация покрытия происходит из нейтральных атомов со среднейкинетической энергией, равной тепловой энергии испарения мишени; ионное испарение: используется газоразрядная плазма для распыленияматериала мишени (катода), а конденсация покрытия происходит изатомной фазы металла при непрерывной бомбардировке поверхностидетали ионами газа; активированное термическое испарение, ионное и плазменное осаждение:используется ионная фаза металла для конденсации покрытия, а ростсамого покрытия происходит в условиях ионной бомбардировкиповерхности ионами металла и газа.В первом и втором способах энергия конденсирующихся атомовнеуправляема и невысока, а в третьем – управляема и может меняться вшироких пределах.В продуктах эрозии катода обязательно присутствует микрокапельнаяфаза (МКФ).

В случае получения нитридов, карбидов и окислов наличие МКФприводиткснижениюэксплуатационныххарактеристик(особеннотриботехнических) покрытий. Однако при получении покрытий из чистыхметаллов отрицательная роль МКФ практически не обнаруживается, а в случаеполучения покрытий из сплавов (например, никель – хром – алюминий –иттрий) МКФ играет положительную роль, обеспечивая близость фазовыхсоставов материалов катода и покрытия. Необходимо также отметить, что26напыление с большим содержанием МКФ может стать перспективным методом(аналог газотермического напыления в динамическом вакууме) в связи свысокой производительностью, более высоким качеством покрытий исущественно более низкими энергозатратами, чем при газотермическомнапылении.Вакуумное термическое испарение:«Основное достоинство метода – его универсальность.

На одной и той жевакуумной установке можно получить однородные слои металлов, сплавов,полупроводников и диэлектриков различной толщины, а также получитьтонкие пленки из разнородных веществ с определенным соотношениемсоставных частей и различной толщиной каждого слоя» [30].Процесс получения пленок путем вакуумного термического испарениязаключается в испарении вещества и последующей конденсации его паров наподложке.Чтобы испарить вещество, его нужно нагреть. Обычно для этогоиспользуют джоулево тепло, выделяемое проводником при прохождении черезнего электрического тока.

Также для нагрева можно использовать электронныйпучок, высокочастотное поле или электрическую дугу. При нагреваниивещества сначала оно начинает плавиться, а потом переходит в парообразноесостояние. Такие вещества как, например, цинк, кадмий, магний и др. минуютжидкую фазу и сразу переходят в состояние пара.Условно принято считать, что температурой испарения вещества являетсятемпература, при которой давление паров этого вещества достигает 10-2 Торр.Скорость испарения, т. е.

Характеристики

Список файлов диссертации