Модификация состава, структуры и механических свойств поверхностного слоя системы (Ti, Cu)N/Al – 12 ат. % Si, обработанной компрессионными плазменными потоками

  • Николай Николаевич Черенда Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Степан Андреевич Толкачев Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Валентин Миронович Асташинский Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск
  • Антон Михайлович Кузьмицкий Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2023-1-25–33

Аннотация

Исследованы изменения состава, структуры и свойств поверхностного слоя системы (Ti, Cu)N/Al – 12 ат. % Si, обработанной компрессионными плазменными потоками. Использованы следующие методы исследования: растровая электронная микроскопия, энергодисперсионный микроанализ, рентгеноструктурный анализ, измерение микротвердости и коэффициента трения. В результате роста плотности энергии, поглощенной поверхностью образцов при плазменном воздействии, в диапазоне 26 – 40 Дж/см2 наблюдаются увеличение степени растворения материала покрытия в поверхностном слое алюминиевого сплава и уменьшение в нем концентрации титана и меди. Снижение концентрации легирующих элементов связано с ростом толщины расплавленного слоя и интенсивности эрозии при плазменном воздействии. В диапазоне плотности поглощенной энергии 35– 40 Дж/см2 установлено формирование гомогенного поверхностного слоя толщиной 25– 45 мкм с дисперсной структурой, состоящего из элементов подложки и покрытия и содержащего пересыщенный твердый раствор на основе алюминия и поверхностную пленку нитрида алюминия. Воздействие плазмы приводит к увеличению микротвердости поверхности на 25 % по сравнению с исходным сплавом. Наименьшее значение коэффициента трения наблюдается у образца, обработанного при плотности поглощенной энергии 30 Дж/см2.

Биографии авторов

Николай Николаевич Черенда, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры физики твердого тела физического факультета

Степан Андреевич Толкачев , Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

студент физического факультета

Валентин Миронович Асташинский, Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск

член-корреспондент НАН Беларуси, доктор физико-математических наук; заведующий отделением физики плазмы и плазменных технологий

Антон Михайлович Кузьмицкий, Институт тепло- и массообмена им. А. В. Лыкова НАН Беларуси, ул. П. Бровки, 15, 220072, г. Минск

кандидат физико-математических наук; старший научный сотрудник лаборатории физики плазменных ускорителей

Литература

  1. Petrikova EA, Laskovnev AP, Ivanov YuF. Modifikatsiya struktury i svoistv evtekticheskogo silumina elektronno-ionno-plazmennoi obrabotkoi [Modification of the structure and properties of eutectic silumin by electron-ion-plasma treatment]. Minsk: Belaruskaya navuka; 2013. 286 p. Russian.
  2. Belov NA, Savchenko SV, Khvan AV. Fazovyi sostav i struktura siluminov [Phase composition and structure of silumins]. Moscow: Izdatel’stvo MISiS; 2001. 283 p. Russian.
  3. Shymanski VI, Jevdokimovs A, Cherenda NN, Astashynski VM, Petrikova EA. Structure and phase composition of hypereutectic silumin alloy Al – 20Si after compression plasma flows impact. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2021;2:25–33. Russian. DOI: 10.33581/2520-2243-2021-2-25-33.
  4. Uglov VV, Cherenda NN, Anishchik VM, Astashinskii VM, Kvasov NT. Modifikatsiya materialov kompressionnymi plazmennymi potokami [Modification of materials by compression plasma flows]. Minsk: Belarusian State University; 2013. 248 p. Russian.
  5. Cherenda NN, Shimanskii VI, Uglov VV, Astashinskii VM, Ukhov VA. Nitriding of steel and titanium surface layers under the action of compression plasma flows. Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2012;6(2):319–325. DOI: 10.1134/S1027451012040088.
  6. Cherenda NN, Laskovnev AP, Basalai AV, Uglov VV, Astashynski VM, Kuzmitski AM. Erosion of materials under the effect of compression plasma flows. Inorganic Materials: Applied Research. 2015;6(2):114–120. DOI: 10.1134/S2075113315020070.
  7. Cherenda NN, Leyvi AYa, Uglov VV, Astashynski VM, Kuzmitski AM, Yalovets AP, et al. Mechanisms of metals surface erosion under compression plasma flow impact. Izvestiya vuzov. Fizika. 2015;58(9, part 3):159–163. Russian.
  8. Tereshin VI, Garkusha IE, Bandura AN, Byrka OV, Chebotareva VV, Makhlaja VA, et al. Influence of plasma pressure gradient on melt layer macroscopic erosion of metal targets in disruption simulation experiments. Journal of Nuclear Materials. 2003;313–316:685–689. DOI: 10.1016/S0022-3115(02)01361-2.
  9. Bazylev B, Janeschitz G, Landman I, Loarte A, Klimov NS, Podkovyrov VL, et al. Experimental and theoretical investigation of droplet emission from tungsten melt layer. Fusion Engineering and Design. 2009;84(2–6):441-445. DOI: 10.1016/j.fusengdes.2008.12.123.
Опубликован
2023-01-30
Ключевые слова: эвтектический силумин, нитридное покрытие, компрессионные плазменные потоки, сканирующая электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ, микротвердость, шероховатость, коэффициент трения
Как цитировать
Черенда, Н. Н., Толкачев , С. А., Асташинский, В. М., & Кузьмицкий, А. М. (2023). Модификация состава, структуры и механических свойств поверхностного слоя системы (Ti, Cu)N/Al – 12 ат. % Si, обработанной компрессионными плазменными потоками. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 1, 25–33. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2023-1-25–33
Выпуск
№ 1 (2023): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Физика конденсированного состояния

Copyright (c) 2023 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).