Закономерности создания модифицированных прослоек при использовании высококонцентрированных потоков энергии

Abstract

Радиационно-пучковые технологии, применяемые для модифицирования, в том числе с легированием поверхностей, обеспечивают необходимую топографию поверхности, ее активацию, повышение адгезионных свойств, требуемые структуру и химический состав поверхности. Эти характеристики являются определяющими в дальнейшем при диффузионной сварке, пайке и нанесении покрытий. В работе использованы низкоэнергетические сильноточные электронные пучки и высокоэнергетические плазменные потоки для модифицирования и легирования соединяемых поверхностей сталей и жаропрочных сплавов. Эти виды обработки поверхности относятся к радиационно-пучковым технологиям. Обработку проводили низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками в вакууме 10⁻² Па на установке «СОЛО» Института сильноточной электроники СО РАН, а также высокоэнергетическими плазменными потоками с использованием магнитоплазменного компрессора компактной геометрии (МПККГ) Белорусского государственного университета при давлении водорода или азота 3·10² Па, а сварку и пайку — на установке УДСВ-ДТ в вакууме 10⁻² Па или сверхвысоковакуумном универсальном технологическом комплексе ВВУ-1Д в вакууме 10⁻⁵ Па. Независимо от исследуемых металлов для всех модифицированных слоев характерно формирование на поверхности субмикрокристаллической структуры, наличие высокой плотности дислокаций (до 10¹¹ см⁻²), появление напряжений 3-го рода, свидетельствующих о существенном повышении уровня энергии, аккумулированном в модифицированном слое. Поверхности жаропрочных никелевых сплавов легировали цирконием и гафнием, которые являются наиболее перспективными депрессантами никелевых припоев. Для этого на поверхность методом ионно-плазменного напыления наносили слой легирующего элемента толщиной 1…3 мкм, а затем переплавляли поверхностный слой низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками и высокоэнергетическими плазменными потоками. Исследования процессов формирования модифицированных и легированных поверхностей показали возможность эффективного управления структурой и составом модифицированного слоя. Диффузионная сварка в твердом состоянии и с расплавляющейся прослойкой обеспечивает высокое качество соединений, о чем свидетельствуют структуры и механические свойства соединений. Применение радиационно-пучковых технологий позволяет расширить возможности соединения металлов и упрочнения материалов.