Obrabotka Metallov 2013 No. 1

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 1 (58) 2013 38 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФЦП нием. При этом вблизи поверхности образуется ударно-сжатый слой с высокими значениями тем- пературы и давления, а в зоне оплавления, насы- щаемой компонентами струи, развиваются интен- сивные процессы конвективного перемешивания, приводящие к перераспределению легирующих элементов по всей глубине расплава. Повышение свойств поверхности металлов и сплавов после ЭВЛ осуществляют с помощью электронно-пучковой обработки (ЭПО) [5–9]. Импульсные плазменные струи, используемые при ЭВЛ, и низкоэнергетические сильноточ- ные электронные пучки имеют сопоставимые значения времени воздействия на поверхность, диаметра зоны обработки (~1 см) и поглощае- мой плотности мощности (~1 ГВт/м 2 ), что дает возможность их эффективного совместного при- менения. В настоящее время уже выполнены ра- боты по изучению результатов их совместного использования при алитировании и бороалити- ровании, меднении и боромеднении стали 45, алитировании и бороалитировании технически чистого титана [10, 11]. Известно, что легирование цирконием повыша- ет коррозионную стойкость титана в соляной кис- лоте любой концентрации, в серной кислоте при концентрации менее 75 %. Цирконий также по- вышает стойкость титана в растворах фосфорной кислоты и в растворах хлоридов. Повышение кор- розионной стойкости титановых сплавов можно совместить с упрочнением материала, если наряду с цирконием вводить твердые дисперсные частицы оксида циркония. В результате этого максимальная прочность, коррозионная и износостойкость ти- тановых сплавов сочетаются с высо- ким модулем упругости и небольшой плотностью [12]. Цель настоящей работы – анализ структуры и свойств поверхности титанаВТ1-0, подвергнутого элек- тровзрывному науглероживанию совместно с оксидом циркония и по- следующей ЭПО. Материалы и методы исследования Электровзрывное легирование осуществляли на установке ЭВУ 60/10 при поглощаемой плотности мощности плазменной струи q p = = 5,5 ГВт/м 2 [4]. Взрываемым проводником слу- жила углеродная лента массой 70 мг, в область взрыва вносили порошок оксида циркония мас- сой 50 мг. Для ЭПО использовали установку «СОЛО», разработанную и созданную в Инсти- туте сильноточной электроники СО РАН [13]. Плотность энергии пучка электронов E s варьи- ровали в пределах 45…60 Дж/см 2 при длитель- ности импульсов электронной обработки τ, равной 100 и 200 мкс, и количестве импуль- сов N , равном 10 и 20 имп. Частота следования импульсов составляла 0,3 с –1 . Исследования поверхности облучения про- изводили методами сканирующей электронной микроскопии и рентгеноспектрального микро- анализа. Трибологические характеристики упрочненного слоя оценивались на основании данных об износостойкости и коэффициенте трения. Результаты и обсуждение Поверхность титана после ЭВЛ характеризу- ется формированием неоднородного покрытия (рис. 1). Анализ его структуры, выполненный ме- тодами сканирующей электронной микроскопии в обратно отраженных электронах, выявил резко различающиеся по контрасту участки (рис. 2). Основная часть поверхности окрашена в серый цвет; в белый цвет окрашены области глобуляр- ной формы размерами от 5 до 30 мкм (рис. 2, а ); в темный цвет – стержни длиной от 10 до 50 мкм и толщиной от 2 до 4 мкм (рис. 2, б ). Рис. 1. Морфология поверхности технически чистого титана BT1-0 после электровзрывного легирования