Введение к работе
Актуальності, теми. Значительной улучшение эксплуатационных свойств деталей машин и инструментов но нног'их случаях иоиет быть достигнуто за счет повышения стойкости их рабочих поверхностей. Среди многообразия путей решения а той проблеми, н настоящее время, наибольшие внимании привлекает метод ионной -) обработки поверхности. Присталышй и постоянный интерес ученых вызывает имплантация больших доз полон таких х:шнчееки ангинных элементов как и. В, в железо и различные виды сталей. Это связано с огромной важностью материалов на основе явлена для промышленного применения, и с возможностью модификации свойств поверхностного слоя яелеза за счет формироваїшя соединений Хґ>леза с химически активными примесями внедрения. Наряду с разбитием метода иодифик.іция свойств поверхности в результате облучения материала ионаші одного сорта, в последнее время внимание ученых привлекли методы , использукіщш последовательное или одновременное облучение материала ионами различного типа. Перспектива использования в науке и технике метода многозлеыентной имплантации базируется на возможности получения еще более разноосразних н уникальных физических свойств в результате образования в приповерхностной области облучпеиого материала структур со сложным фазовым составом, на основе материала мишени и имплантируемых атомов. Совеемешша технические средства позволяют реализоЕывать последоватьльную имплантацию на практике. Однако, существует незначительное количество публикаций, поевнщенных изучению закономерностей фазовых и структурных изыененлй в металлах в случае имплантации нескольких видов ионов. Отсутствует теоретическая проработка результатов последовательного внедрения нескольких типов ионов в материалы. Таким образом, тема диссертации, связанная с изучением отруктурно-фазовых превращений в железе, изменением свойств железа в результаты последовательной имплантации ионов азота и бора, являете» актуальней с научной и практической точки прения. Актуальності темы диссертации подтверждается и тем, что работа выполнена е рамках т ши "Исследовать структуру и фазовые превращения в повеpi постных слоях металлов, сплавов полущюводннков и магнетиков при воздействии концентрі^ «ванных
потоков энергии' (ПОСТ. СМ ВГСР ОТ Р9.03.91 Г., ГОС. рЙГ. Номер 0191(4)^)6^-1), КГОДИВДЮ И ППГИШ НЛЖНМЙНШХ рвбОТ ЛН PR в области ЄСТЄС'ІЧЮЗНйННЧ hi 19af>-1990 И 1991-1995 годы.
Цель и ладами работы, цолью н&стошцей работы являлось исследование структурио-фаэоных превращений в железе при моноэлементном ц полиэлементном облучении ионами азота и бора и устяноглечин взаимосвязи между наблюдающимися фазовыми прекращениями и изменением основных физико-механических свойств, в также изучение терностабильности сформированных структур.
Для достижении поставленной пели решались следующие научные задачи:
- исследование закономерностей структурных и фазовых
превращений в пленках железа при моно- и полиэлементном
облучении ионами азота и бора;
- изучение стабильности и кинетики структурно-фазовых
изменений в полученных плешпіх железа при постимшіантационном
отжиге і
- исследование влияния различных режимов имплантации,
постнмшіантаїшонного отжига на физико-механические сьойства
пленок, поверхко<,тных слоев железа, п также стали УйЛ.
Методикаисследования. В работе били использованы комплексные методы исследования фазового и элементного состава, структуры, физических свойств пленок железа, а такчо механических характеристик поверхностных слоев железа и стали УвА, включая такие методы исследования, как: проеввчиваївдая электронная микроскопия, вторично-ионная мэсс-спектроокопия, реэистометрия, измерении никротвердости, трибометрия.
Научнйя^овизиа работы заключается в том, что в ней:
впервые получена информация о последовательности радийционно- стимулированных фазовых превращениях в пленках железа при различных резашах полиэлементной имплантации. Показано, что особенностью полиэлеыентной имплантации ионов азота и бора в пленки железа является отличие суммарных фазовых составов, сформированных при моно- и полиэлементном облучении;
- впервые установлено, что моногоэлемонтная последовательная
имплантация ионов N и В в пленки железа приводит к
преимущественному формированию t-боронитрида железа;
с- определена термическая устойчивость фазового состава имллантационной системы "келезо-аэот-бор", созданной при
последовательном uiiorott лементом облучении. НПерИШІ установлено, что тй}мостабилмюгть * -ooponirrj ида «єлргія, офорпфованного при последовательном облучении на 200 К uiaoe чаи г.- и /'-нитридов железа, оорямунцнхоя при моноэлешнтной инплантацнн;
- установлено ННГИДЛННИе реіфИСТЯЛЛИЗ.НіІІОІНШХ г/роцьссоп в
температурном иігі'ервале 600...Й73 К, обусловленной формированием термичиоки устойчивого і -боронитрида ЖЄЛЄ38,
Ныучно-пряктическян значимость риОоти зікпшчяется в оледуицем:
- установленные закономерности ф:і:аооорааотіния к теі*шчеокой
устойчивости соединений, формирунцнхен В ТОНКИХ ПЛНІІКІІХ яе.івяв
При рЯЗЛИЧНЫХ peffUMUX UOHO- И ПОЛИЧЛеМеНТНОЙ ИОННОЙ ИМ11ЛІШТ6ЦШІ
могут бить попользованы при создании осщей 'лшрин нерянноноонш фазових изменений в металлах;
показана более высокий зіМіектшшость применения полизлементнои пооледонательной имплантации для улучшения прочностных и трибологмчеких свойств нетеплоотойких углеродистых
CTIUIl'flj
- показано, что нонно-нмплннтвционіше слон, содержащие і-боронитрад жі.'лоьа расширяют температурный ингернил стлби/'ык сти прочноспшх н трибологических СПОЙСТН ЖОЛеЗа II стяли УвА. Основним положення, шлюгишл! нгі заиїїту.
1. Преимущественное формирование прн посло,ьонагильном ионном
облучении N и В желоза бороннтрида (-Ре (N.B) (0 х <. 1), а
также Оорвдов Ра.В, РеВ.
2. Термическая устойчивость структури, ф&ЗСВ.)ІМ И
элементного состава, электрических и мехинотесхих сноДств
иыилантяцнонной системи Fe-Ы-Н обусловлена форяфоьаклии при
последовательной облучении азота и бора с-оороннтрнда иолеза,
полный рпсплд которого происходит прн температуре №1 200 Н вшэ
чей <-нитрида железа.
3. Дефектная структура тонкопненочішх образцов железа,
фориирумдаис я при последовательной ионной ;лшл:нтащш,
претерпевает качественное и количественное, изменение, связанное с
нсчезноьониьм в темпергі'уріюм интервале (300...473) К стаднії
отжига дефектов вакансії.жпого типа; появлением и тр&нсф )]лкщней
промежуточной (5^3...600) к стадии, обусловленной формированием
ннканеионно-п шмееїшх комплексов; замедлением рекристал-
лнзнцмошшх процессов в чемпературном диапазоне (600-673) К.
4. Улучшение прочноспшх и фрикционных свойств желизэ и
стали УОА при последовательном облучении ионами азота и бора значительно выше, чем при ыоноэлементном облучении.
Апробации работы. Материалы диссертации докладывались на иеждуляродных конференциях но ионно-лучевой модификации материалов (Тоннеси, СШЛ, 1940 р.). (Гейдельберг. Германия, 1092 г.), на Международной конференции по модификации материалов энергетическими импульсами и пучками частиц ІГМ-89 (Дрезден, ГДР. 1989 г.), на XVIII (1988 г.), XIX (1989 г.) Всесоюзных совещаниях по физике взаимодействия наряженных частиц с кристаллами (г.Москва), I Всесоюзной конференции "Модификация свойств конструкционнш. материалов пучками заряженных частиц" (г.Томск, 1988 г.), Всесоюзной конференции "Ионно-лучевая модификация материалов" (г.Каунас, 1989 г.), Республиканской научно-технической конференции "Вакуумные покрытия-88" (г.Минск, 1988 г.).
Публикации: содержание работы отражено п 1I опубликованных научных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы. Она изложена иа 196 страницах, включая 81 рисунок и список литературы ия 93 наименований.-
