Иванов Ю. Ф., Петрикова Е. А., Клопотов А.А

Институт сильноточной электроники СО РАН, Томск, Россия,

[email protected]

Эвтектические Al–Si сплавы широко используются в литейной промышлен- ности благодаря их низкому коэффициенту термического расширения, превосход- ной износостойкости и устойчивости к коррозии. Эти свойства способствуют ши- рокому применению эвтектических Al–Si сплавов в автомобильной промышленно- сти, особенно для поршней, блоков двигателей и головок цилиндров. Явным не- достатком эвтектических силуминов, сужающим область их применения, является низкий уровень прочностных свойств.

Целью настоящей работы является разработка методов модификации струк- туры, способствующих повышению свойств поверхностного слоя силумина, осно- ванных на использовании комбинированной обработки, заключающейся в нанесе- нии покрытия и последующем облучении высокоинтенсивным низкоэнергетиче- ским импульсным электронным пучком.

Объектом исследований являлись образцы силумина эвтектического состава: 12.49%Si, 2.36%Mg, 0.6%Cu, 0.35%Ni, 0.3%Fe, ост. Al, (в ат. %). На образцы в виде цилиндров диаметром и толщиной 10 мм вакуумно-дуговым способом нанесли сверхтвёрдое покрытие TiCuN на установке ННВ-6.6-И1. Толщина покрытия

~1 мкм. Обработку образцов силумина с покрытием осуществляли импульсным электронным пучком на установке «СОЛО» при длительности импульса 150 мкс, частоте следования импульсов 0,3 с-1, количестве импульсов 3 и 10, плотностях энергии 10 Дж/см2 и 15 Дж/см2. Облучение проводили в среде аргона при остаточ- ном давлении 0,02 Па. Структурно-фазовое состояние материала анализировали методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии; свойства поверхности контролировали, определяя микротвердость и износостойкость.

Выявлена, методами сканирующей электронной микроскопии поперечного шлифа и просвечивающей электронной микроскопии тонких фольг, столбчатая структура напыленного покрытия. Показано, что нанотвёрдость поверхности си- лумина с покрытием достигает ~21 ГПа, что соответствует твердости покрытия, нанесенного на подложку сплава типа ВК6. Выполнена обработка поверхности системы покрытие/подложка импульсным электронным пучком и установлено, что после облучения столбчатая структура покрытия трансформируется в блочную с размерами блоков ~70 нм, блоки сформированы кристаллитами, средние размеры которых ~8 нм. Обнаружено, что нанотвёрдость системы покрытие-подложка по- сле облучения снижается до 16,6 ГПа (облучение при 10 Дж/см2, 3 имп.) и до 7,9 ГПа (облучение при 15 Дж/см2, 3 имп.). Выявлено, что существенное снижение нанотвёрдости при обработке материала электронным пучком с плотностью энер- гии 15 Дж/см2 обусловлено частичным разрушением покрытия. Показано, что об- лучение системы покрытие-подложка электронным пучком сопровождается фор- мированием переходного слоя, структурно-фазовое состояние которого отличается от состояния покрытия и подложки. На основании выполненных исследований вы- сказано предположение о том, что импульсная электронно-пучковая обработка системы сверхтвердое покрытие / силумин сопровождается сплавлением покрытия

с подложкой с сохранением нанокристаллической структуры покрытия. Выявлены режимы импульсной электронно-пучковой обработки системы покры- тие/подложка, использование которых сопровождается вплавлением сверхтвердого покрытия в поверхность силумина.

Дата добавления: 2017-01-14