Введение к работе
1. Актуальность темы. Развитие современной техники приводит к необходимости создания материалов, работающих в условиях больших механических нагрузок, высоких температур, агрессивных контактирующих сред, внешнего ионизирующего облучения. Развитие научно-технического прогресса в области создания изделий нового поколения требует совершенствования и разработки принципиально новых технологических процессов, направленных на повышение долговечности и надежности деталей. При этом финишные методы обработки, формирующие физико-химическое состояние поверхностного слоя деталей, играют в большинстве случаев решающую роль. Важной материаловедческой задачей является модификация свойств металлических материалов путем воздействия на них пучков заряженных частиц.
Актуальность темы диссертации подтверждается также тем, что ее
базовую основу составляют исследования, выполненные автором в рамках
Государственного контракта № П651 на выполнение работ для
государственных нужд Российской Федерации «Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлению «Создание и обработка кристаллических материалов» в рамках мероприятия 1.2.1 Программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 -2013 годы».
Цель работы. Разработка технологических режимов ионно-имплантационного модифицирования поверхностных слоев стали 30ХГСН2А для повышения ее эксплуатационных свойств на основе совместного воздействия двух сортов металлических ионов.
В работе были поставлены и решены следующие задачи:
1. Осуществить выбор сортов ионов для имплантации стали 30ХГСН2А;
Определить влияние технологии имплантирования (последовательная или совместная имплантация ионов) на глубину их проникания в обрабатываемую сталь;
Исследовать влияние совместной имплантации ионов меди и свинца на физико-химические и эксплуатационные свойства стали 30ХГСН2А;
Изучить структуру имплантированного слоя стали 30ХГСН2А после использования полиионного пучка, состоящего из ионов меди и свинца.
5. Оптимизировать состав бинарного медно-свинцового сплава для
имплантирования в исследуемую сталь и режимы имплантирования (значение
флюенса);
6. Разработать технологические режимы совместной имплантации ионов
меди и свинца в детали шарнирных соединений из стали 30ХГСН2А и внедрить
ее в производство узлов летательных аппаратов.
Научная новизна:
Установлено, что совместная имплантация ионов меди, близких по параметрам к основе стали 30ХГСН2А - ионам железа и тяжелых ионов свинца, позволяет в 2 раза увеличить глубину проникания ионов в мишень;
Установлены закономерности диффузии углерода из глубинных слоев облучаемой стали к ее поверхности под действием совместной имплантации ионов меди и свинца, приводящей при флюенсе более 5x10 ион/см к появлению очагов аморфизированной структуры в имплантированном слое;
3. Совместная имплантация ионов меди и свинца монотектического
сплава Си 64% и РЬ 36% способствует росту усталостной прочности
облученных образцов по сравнению с необработанными на 40...45%, причем
глубина зарождения усталостной трещины смещается от поверхности, вглубь
образца.
4. Экспериментально (массовым методом) установлено, что коррозионная стойкость стали 30ХГСН2А возрастает в 2,5 - 3 раза по сравнению с неимплантированными образцами.
Практическая ценность:
Предложен метод совместной имплантации стали 30ХГСН2А ионами меди и свинца при использовании в качестве материала катода имплантера монотектического сплава меди со свинцом (36%).
В результате совместной имплантации ионов монотектического сплава меди и свинца достигнуто повышение усталостной прочности исследуемой стали и коррозионных свойств при снижении коэффициента трения и износа.
Разработаны технологические рекомендации по ионной имплантации авиационных деталей из стали 30ХГСН2А, работающих в условиях трения скольжения под нагрузкой.
Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались на 11 Международной научно-практической конференции "Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано - до макроуровня" (Санкт-Петербург, 2009); 12 Международной научно-практической конференции "Ресурсосберегающие технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки от нано - до макроуровня" (Санкт-Петербург, 2010); Международной конференция "Молодые ученые — промышленности, науке, технологиям и профессиональному образованию: проблемы и новые решения" (Москва, МГИУ, 2010).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и списка литературы. Материалы работы изложены на 160 страницах машинописного текста, содержат 17 таблиц и
иллюстрированы 74 рисунками. Список литературы содержит 101 наименование.
Методы исследования. В работе использованы современные методы металлографического, микрорентгеноспектрального, рентгеновского фазового анализа, современные методики и оборудование для трибологических исследований, методы исследования коррозионной стойкости, методы математической обработки результатов эксперимента и современная вычислительная техника.
