Утворення твердих розчинів та фаз втілення зa умов іонного бомбардування металів у жевріючому розряді

Анотація

Методами, що базуються на застосуванні радіоактивних індикаторів ⁵⁵Fe, ⁴⁴Ti, ¹⁴C, ¹³N, ⁸⁵Kr, ⁴¹Ar (пошаровий радіометричний аналіз залишкової інтегральної активності, макро- та мікроавторадіографія, активаційна авторадіографія), а також металографії, мікрорентгеноспектрального і рентгеноструктурного аналізів та ін. досліджено закономірності взаємодії заліза, сталей, нікелю, міді, титану з легкими елементами та інертними газами у плазмі жевріючого розряду. Обробка здійснювалася за діодною схемою з параметрами 1 – 55 годин, 0,2 - 2 кВ, ~ 500 К. Для обробки в розряді використовувалися нейтральні (аргон, криптон) та насичуючі (азот, аміак, метан) середовища, а також проводилася подальша обробка у нейтральному середовищі попередньо насичених азотом чи вуглецем металів.
Встановлено, що в процесі введення в метали (Fe, Ti) при дії жевріючого розряду, у насичуючому середовищі, атомів, розчинних за рівноважних умов елементів (N, C), виникають розчини та фази втілення, які відрізняються від тих, що утворюються при ізотермічних відпалах, лише наявністю пересичених твердих розчинів та деяким порушенням стехіометрії карбідів та нітридів, а також більш різким зменшенням концентрації легуючої домішки по мірі збільшенням відстані від поверхні. Форма концентраційних профілів за межами шару фази втілення описується експоненційною залежністю від квадрату глибини проникнення. Щодо проникнення у мідь атомів азоту, вуглецю, аргону чи криптону, нерозчинних за рівноважних умов, то при іонному бомбардуванні у відповідних середовищах від обробленої поверхні і до кінця дифузійної зони має місце лише твердий розчин із концентрацією, яка знижується за експонентою.
Подальша обробка насичених легкими елементами нікелю, заліза та сталей шляхом бомбардування іонами аргону та криптону призводить до перерозподілу легуючих домішок, виділенню фаз втілення переважно на границях зерен, поверхні або на деякій відстані від поверхні, що сприяє деякому порушенню форми концентраційного профілю. При обробці попередньо насиченої міді фази втілення не виникають, але вид профілю кардинально змінюється, однак від максимуму і до кінця дифузійної зони описується експонентою.
Показано, що використання насичуючих і нейтральних середовищ, а також їх послідовне застосування для обробки в жевріючому розряді дає можливість створювати задані профілі легування і вводити необхідну кількість легуючої добавки.