OBRABOTKAMETALLOV Vol. 27 No. 1 2025 149 MATERIAL SCIENCE По-видимому, с увеличением дозы имплантации толщина слоя может достичь насыщения, когда все доступные междоузлия в кристаллической решетке железа будут заполнены атомами азота. Так, рост твердости для имплантированного слоя при мощности 1⋅1017 ион/см2 начинается примерно с 75 мкм от поверхности, для 2⋅1017 ион/см2 – с 90 мкм от поверхности, для 5⋅1017 ион/см2 – также примерно с 90…100 мкм от поверхности. Аналогичная картина наблюдается и для твердости ближайшего к поверхности слоя. Увеличение мощности излучения с 1017 до 2⋅1017 ион/см2 дало прирост твердости примерно на 2000 МПа. Дальнейшее увеличение мощности излучения с 2⋅1017 до 5⋅1017 ион/см2 дало прирост твердости этого слоя уже на 3500 МПа. Результаты рентгеноструктурного анализа Рентгеновский анализ проводился для определения фазового состава и изучения тонкой структуры (средняя плотность дислокаций и величина блоков мозаики). Этот анализ продемонстрировал, что при ионной имплантации азота в серый чугун происходит образование новых фаз. Ионы азота, проникая в материал, вступают в химические реакции с атомами железа (Fe), составляющими матрицу чугуна. В результате этих взаимодействий образуются нитриды железа. Среди них преобладает фаза Fe3N, нитрид железа (III). Кроме нее в меньшем количестве присутствует нитрид железа (II) – Fe2N. Образование этих нитридов является следствием процесса ионной имплантации и оказывает существенное влияние на свойства поверхностного слоя чугуна, увеличивая его твердость и износостойкость. Увеличение дозы N+ с 1017 до 2⋅1017 не приводит к изменению фазового состава. Исследования также показали, что после имплантации величина блоков мозаики (О.К.Р.) уменьшается по сравнению с исходным необработанным состоянием. Причем наибольшее выраженное уменьшение наблюдается у образцов после имплантации с дозой 2⋅1017 ион/см2 (табл. 3). Ионная имплантация азотом вносит существенные изменения в структуру чугуна, в его приповерхностный слой. Одним из ключевых изменений является повышение плотности дислокаций в этом слое по сравнению с исходным материалом, который не подвергался обработке. Дислокации, являющиеся дефектами кристаллической решетки, влияют на механические свойства материалов. Их повышенная концентрация, обусловленная ионной имплантацией, приводит к увеличению твердости и прочности. Это подтверждается наблюдениями, показывающими, что самая высокая средняя плотность дислокаций наблюдается именно у образцов, имплантированных с наибольшей дозой азота – 5⋅1017 ион/см2 (табл. 3). Важно отметить, что именно эта доза признана оптимальной в настоящем исследовании, так как она обеспечивает наиболее эффективное повышение прочностных свойств без ухудшения других характеристик. Таким образом, рентгеноструктурный анализ показал, что после имплантации ионами азота происходит повышение средней плотности дислокаций и уменьшение величины блоков мозаики, что в конечном итоге объясняет улучшение поверхностных свойств образцов данного вида чугуна. Т а л и ц а 3 Ta b l e 3 Результаты рентгеноструктурного анализа образцов до и после имплантирования ионами N+ Results of X-ray diff raction analysis of samples before and after implantation with N+ ions ions Тип чугуна Мощность излучения, ион/см2 О.К.Р. (D ± ΔD) см ⋅10–4 Средняя плотность дислокации (ρ ± Δρ) ⋅109, см–2 Фазовый состав СЧ 0 (исходный образец) 2,0 ± 0,12 0,75 ± 0,5 α-Fe 1017 ион/см2 1,5 ± 0,08 1,3 ± 0,1 α-Fe, Fe 3N, Fe2N 2⋅1017 ион/см2 0,9 ± 0,03 3,7 ± 0,6 α-Fe, Fe 3N, Fe2N 5⋅1017 ион/см2 0,6 ± 0,03 4,8 ± 0,6 α-Fe, Fe 3N, Fe2N
RkJQdWJsaXNoZXIy MTk0ODM1