Actual Problems in Machine Building 2017 Vol. 4 No. 1

Actual Problems in Machine Building. Vol. 4. N 1. 2017 Materials Science in Machine Building ____________________________________________________________________ 94 покрытия имеют существенно отличающееся от монолитных материалов структурно- фазовое состояние. В частности, покрытия содержат оксидные прослойки (≈ 20-25 об. %), поры, метастабильные фазы и т.д. Влияние указанных факторов, и, в особенности, оксидных прослоек, на диффузионный перенос легирующей примеси при ионно-лучевой обработке систематически не изучено. В связи с этим, представляло интерес провести исследование влияния оксидных прослоек, содержащихся на границах напыленных частиц покрытия из мартенситной стали 40Х13, на диффузионный перенос атомов азота при ионно-лучевой обработке. Материалы и методики исследований Объектом исследований являлось гиперзвуковое газотермическое покрытия из стали 40Х13, напыленное с помощью установки АДМ-10, разработанной в ОИМ НАН Беларуси [3]. Покрытие напылялось на пластины (100×50×6 мм), изготовленные из стали 45. С целью повышения прочности сцепления покрытия с основой наносился промежуточный слой напылением проволоки из сплава Х20Н80. Толщина напыленных покрытий составляла ≈ 0,7 ÷ 0,8 мм. Напыленное покрытие для удаления окисленного поверхностного слоя подвергалось механической шлифовке на глубину ≈ 0,10 - 0,15 мм с финишной обработкой на абразивной бумаге (Р1200) с размером зерна 10-14 мкм. Ионно-лучевое азотирование образцов покрытия (10×6×5 мм) осуществлялось на экспериментальной установке ФТИ НАН Беларуси с помощью ионного источника УВН–2М с замкнутым дрейфом электронов [4]. Пучок содержит около 70 % ионов молекулярного азота и 30% ионов атомарного азота. Имплантация проводилась в течение 3-х часов при энергии ионов 1-3 кэВ и плотности ионного тока 2 мА/см 2 . Флюенс легирования образцов покрытия составлял  3-4  10 19 см –2 . Температура азотирования покрытий составляла – 870 К. Травление образцов газотермического покрытия для металлографических исследований осуществлялось в реактиве Куррана (50 мл HCl; 10 г CuSO 4 ; 50 мл H 2 O). Металлографические исследования проводились на оптическом микроскопе АЛЬТАМИ МЕТ 1МТ и сканирующем электронном микроскопе TESCAN VEGA 3 LMH. Микроанализ проводился с помощью энергодисперсионного спектрометра X-Max 150 производства Oxford Instruments с программным обеспечением AZtec Automated. Исследование фазового состояния гиперзвуковых газотермических покрытий из стали 40Х13, проводилось на дифрактометре ДРОН-2.0 в монохроматизированном кобальтовом (CoKα) излучении при напряжении 30 кВ и анодном токе 10 мА. Расшифровка рентгенограмм осуществлялось при помощи программного обеспечения Crystallographica Search-Match с картотекой PDF-2. Измерения микротвердости и твердости по Виккерсу проводились на твердомере DuraScan 20 при нагрузке на индентор Р=10 г и 10 кг, соответственно. Результаты и обсуждение Фазовый состав напыленного покрытия из стали 40Х13 в исходном состоянии включает в себя: α-Fe, γ-Fe, оксиды Fe 3 O 4 и FeO (рисунок 1 а). Суммарное содержание оксидов в покрытии достигает ≈ 25 об. %. Газотермическое покрытие представляет собой многослойный композит, содержащий перемежающиеся металлические и оксидные прослойки (рисунок 2). Металлические прослойки покрытия состоят из крупных и мелких частиц, а также конгломератов из сплавленных частиц (рисунок 2 а). Внутри конгломератов сплавленные частицы не разделены сплошными оксидными прослойками (рисунок 2 а).