способ модифицирования свойств металлических материалов на основе железа, никеля и ванадия

Формула изобретения

Способ модифицирования свойств металлических материалов на основе железа, никеля и ванадия, включающий облучение поверхности газовыми и металлическими ионами в ускорителе с энергией 10-50 кэВ, стационарной или импульсной плазмой, отличающийся тем, что при облучении формируют нанокластерную структуру, состоящую из металлической матрицы, пронизанной кластерами размером 3-4 нм, имеющими кристаллическую симметрию, отличную от матрицы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технологии упрочнения рабочих поверхностей металлических материалов, в частности радиационного упрочнения, и может быть использовано в энергетическом, транспортном машиностроении, медицине и других отраслях промышленности.

Известны способы модифицирования свойств поверхности металлических материалов, заключающиеся в нанесении покрытий на поверхность материала с помощью ионных пучков или имплантации инородных атомов в приповерхностный слой [1] . Недостатком нанесения покрытий являются проблемы адгезии - недостаточное сцепление покрытия с упрочняемой поверхностью. В случае имплантации ионов в приповерхностный слой там возникают твердые растворы или дисперсионно упрочненные структуры при распаде твердых растворов, однако достигаемые таким путем уровни упрочнения чаще всего не превышают 30-40% исходной величины.

Техническим результатом изобретения является повышение уровня упрочнения поверхности.

В предлагаемом способе при ионном облучении поверхности газовыми или металлическими ионами в ускорителе с энергией 10-50 кэВ, а также стационарной или импульсной плазмой в некотором, зависящем от материала и вида облучения интервале радиационных параметров (доз, температур облучения и интенсивностей потока) формируются специфические неравновесные состояния, в структуре которых имеются малые (3-4 нм) кластеры с кристаллической симметрией, отличной от исходной решетки. Эти кластеры пронизывают металлическую матрицу и приводят к упрочнению приповерхностного слоя в несколько раз.

На фиг.1 показаны изменения микротвердости в сплаве Fe-18Cr в координатах температура облучения - интенсивность потока. Видно, что в некотором интервале параметров микротвердость облученного материала возрастает почти в шесть раз. Подобные изменения для сплава V-Ti-Cr демонстрирует график на фиг.2.

Структура материалов, как показывают электронно-микроскопические наблюдения, в данных случаях пронизана кластерами малого размера. Одновременно появлялись дифракционные изменения, связанные с кластерами. Структура кластеров была идентифицирована нами как икосаэдрическая (пятерная), отличная от исходной матрицы.

В таблице показаны примеры упрочнения для различных промышленных и модельных сплавов, полученные при создании в материале особых нанокластерных состояний.

Упрочнение наблюдается в приповерхностном слое толщиной 30-40 микрон и сохраняется в течение неограниченного времени при температурах, не превышающих температуру облучения. Например, в сплавах системы Fe-Cr, где неравновесное состояние образуется при температурах около 500^oС, упрочнение сохраняется неопределенно долго при температуре до 400^oС.

Литература

1. Диденко А.Н., Лигачев А.Е., Куракин И.Б. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. - М.: Энергоатомиздат, 1987, 183 с.