Разработка комбинированного электронно-ионно-плазменного метода формирования многофазных субмикронаноразмерных сплавов на основе алюминия

Сплавы на основе алюминия широко используются во многих отраслях современной промышленности (авиации, машиностроении, кораблестроении и приборостроении, энергетике, медицине и т. д.). Перспектив- ными методами дальнейшего расширения сферы применения данных сплавов является поверхностная обра- ботка, основанная на использовании концентрированных потоков энергии (лучи лазера, потоки плазмы, мощ- ные ионные пучки, непрерывные и импульсные электронные пучки). Целью настоящей работы является уста- новление возможностей комплексного электронно-ионно-плазменного модифицирования структуры и свойств поверхностного слоя технически чистого алюминия марки А7. Формирование поверхностного сплава осущест- вляли в едином вакуумном цикле на установке «КОМПЛЕКС» (ИСЭ СО РАН) путем напыления пленки титана толщиной 0,5 мкм и последующего облучения интенсивным импульсным электронным пучком в режиме плав- ления алюминия. После 20 циклов «напыления/облучения» проводили азотирование (540 oС, 8 ч) сформированно- го поверхностного сплава в плазме газового разряда низкого давления с использованием плазмогенератора «ПИНК». Исследования поверхностного сплава осуществляли методами современного материаловедения (ска- нирующая и просвечивающая электронная дифракционная микроскопия, рентгенофазовый анализ, определение твердости и износостойкости). Выбор легирующих поверхностный слой алюминия элементов был основан на анализе бинарных диаграмм состояний систем Al-N, Al-Ti, Ti-N и изотерического сечения тройной системы Al-Ti-N. Показано, что в равновесных условиях в системе Al-Ti-N наблюдается формирование целого ряды двойных и тройных соединений, в том числе и МАХ-фаз состава Ti2AlN и Ti4AlN3. В результате выполненных исследований установлено, что комплексный метод электронно-ионно-плазменного модифицирования техни- чески чистого алюминия марки А7 путем азотирования (540 oС, 8 ч) поверхностного сплава, сформированного импульсным плавлением в вакууме системы Al-Ti (20 циклов «напыления/облучения» электронным пучком с па- раметрами 10 Дж/см2; 50 мкс; 10 имп.; толщина пленки титана в каждом цикле 0,5 мкм), приводит к форми- рованию многофазного многоэлементного субмикронанокристаллического поверхностного слоя толщиной до 20 мкм. Показано, что механические (микротвердость) и трибологические (износостойкость и коэффициент трения) свойства сформированного поверхностного слоя многократно превосходят свойства исходного тех- нически чистого алюминия А7.