Вероятность образования фаз внедрения определяется прочностью химической связи

Все атомы переходных металлов имеют незавершенные внутренние электронные d - орбитали. Валентные электроны неметаллов переходят на эти орбитали, что усиливает гибридизацию и облегчает образование связи Ме-Х. Считается, что такой переход осуществляется за счет больших внутренних давлений в "расширившейся" решетке Ме, окружающей межузельные атомы. При этом эффективные радиусы атомов Х становятся меньше. Эффективный радиус межузельных атомов Х зависит от химической природы Ме. Этот радиус слегка увеличивается по мере возрастания концентрации межузельных атомов.

Хромоникелевая сталь. ИИ азота в сталь 12Х18Н10Т приводит к образованию в приповерхностных слоях нитридных фаз железа. Нитрид Fe₄N в виде мелкодисперсных пластинчатых частиц наблюдался в растровом электронном микроскопе.

Во время имплантации азот захватывается решеткой в основном в конце пробега ионов. При этом может быть получено не одно состояние, а целая последовательность нестабильных, но долгоживущих состояний, которые и обнаруживаются при анализе. Атомы азота, внедряясь в октаэдрические поры решетки стали расталкивают атомы металла, создавая значительные напряжения сжатия, спадающие в глубину за счет компенсации силами Пайерлса. Таким образом при повышенных флюенсах образуется большая концентрация g¢ - фазы, что и приводит к возникновению напряжений сжатия.
Согласно анализу термодинамических данных по образованию соединений максимальную (по абсолютной величине) теплоту образования имеют оксиды железа и хрома, а не нитриды, поскольку железо и хром имеют большее химическое сродство к кислороду, чем к азоту. В то же время, нитриды хрома характеризуются более высокими теплотами образования, чем нитриды железа и таким образом более стабильны. Нитриды никеля еще более нестабильны, чем нитриды железа и распадаются чрезвычайно быстро.
Таким образом, упрочнение НС имплантацией азота может представлять интерес как процесс возникновения значительных напряжений сжатия в поверхностном слое, а также как процесс образования карбо- и боро-нитридов.

Титановые сплавы ВТ-4 и ВТ-16. Имплантация ионов азота в поверхностный слой сплавов ВТ-4 и ВТ-16 приводит к формированию нитридных фаз титана. Золотистый оттенок нитридного покрытия наблюдался уже при низких дозах облучения. Основу титановых сплавов составляет a-фаза (структура ГПУ). Поэтому вначале происходит растворение азота в гексагональной структуре титана, с образованием твердого раствора внедрения, а затем образуется структура TiN (ГЦК), но она сильно дефектна по азоту (твердый раствор вычитания).

Образующийся нитрид титана оказывает непосредственное влияние на пластическое течение (чем больше концентрация внедренных атомов азота в титан, тем выше напряжение пластического течения). Этот эффект приводит к значительному увеличению микротвердости и износостойкости титановых сплавов.

Увеличение микротвердости в результате ИИ азота определяет пониженную скорость износа при абразивном истирании. Характер изменения скорости износа от пути трения качественно соответствует зависимости микротвердости от толщины истертого слоя.

Присутствие кислорода при ИИ приводит к заметному снижению эффекта упрочнения.

Образование и устойчивость фаз внедрения определяются их химической связью. Мерой прочности химической связи является теплота образования.
При имплантации ионов неметаллов формирование упрочняющих фаз внедрения происходит в соответствии с их теплотами образования. Присутствие кислорода в пучке ионов бора или кислорода в пучке ионов азота препятствует образованию боридных и нитридных фаз, снижая эффект упрочнения путем ИИ, в связи с чем необходимо строго контролировать элементный состав ионного пучка при ИИ в конструкционные материалы.

Дата добавления: 2014-01-04