Повышение износостойкости деталей машин из алюминиевых сплавов ионным азотированием при высокоэнергетической активации

Рассмотрены результаты исследований износостойкости деталей машин из алюминиевых сплавов с азотированными слоями, полученными при активации поверхностных слоёв (ПС). Показано, что применительно к алюминиевым сплавам традиционные технологии ионного азотирования малоэффективны из-за низкой скорости диффузии азота и неоднородной структуры азотированного слоя (АС). Представлены результаты четырёхкратного повышения интенсивности диффузионных процессов ионного азотирования при активации поверхностного слоя алюминиевого сплава методами поверхностной пластической деформации и высокоэнергетической ионной имплантации по сравнению с традиционным ионным азотированием. Показано, что при подготовке поверхности алюминиевого сплава методом высокоэнергетической ионной имплантации обеспечивается износостойкость азотированного слоя, превышающая более чем в три раза износостойкость азотированного слоя, полученного при подготовке поверхности методом поверхностной пластической деформации. Предложена новая технология ионного азотирования, позволяющая за счёт устранения оксидной плёнки ионным травлением в вакуум повысить производительность процесса азотирования и износостойкость АС. Показано, что использование метода высокоэнергетической ионной имплантации при энергии ионов порядка 25 кэВ обеспечивает, за счёт возникновения эффекта дальнодействия, образование в поверхностном слое деталей из алюминиевых сплавов на глубине соизмеримой с толщиной азотированного слоя радиационных дефектов кристаллической структуры, позволяющих значительно интенсифицировать диффузию азота, а также произвести блокирование границ зёрен тормозящих в них диффузионные процессы.

1. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комба-лов В.С. Основы расчетов на трение и износ. — М.: Машиностроение. — 1977

2. Sears K. Aluminum Alloys in Cars // Automotive Engineering: Strategic Overview. — 1997, no. 2, 55—68

3. Богрякова Е.В., Федорова Е.А. Сравнительный анализ оксидных покрытий на сплавах Д16 при микродуговом и электрохимическом окси-дировании // Известия вузов. Сер. Химия и хи-мическая технология. — 2007 (50), № 11, 120—121

4. Wang Y. and Tung S.C. Scuffing and Wear Behavior of Aluminum Piston Skirt Coatings Against Aluminum Cylinder Bore // Wear. — 1999 (225-229), 1100—1108

5. Метель А.С., Григорьев С.Н., Мельник Ю.А., Панин В.В. Заполнение рабочей камеры тех-нологической установки однородной плазмой с помощью стационарного тлеющего разряда // Физика плазмы. — 2009 (35), № 12, 1140—1149

6. Панайоти Т.А. Создание газовой среды с пре-дельной насыщающей способностью при

7. ионном азотировании сплавов // Физика и хи-мия обработки материалов. — 2003, № 4, 70—78

8. Электронно-ионно-плазменная модифика-ция цветных металлов и сплавов / под общ. ред. Н.Н. Коваля и Ю.Ф. Иванова. — Томск: Изд-во НТЛ. — 2016

9. Process for Ion Nitriding of Aluminium or an Aluminium Alloy and Apparatus therefor: US Pa-tent № 4522660. — 1985

10. Suryanarayana C. Mechanical Alloying and Mill-ing // Progress in Materials Science. — 2001, no. 46, 184

11. Ferrasse S., Hartwig K.T., Goforth R.E. et al. Microstructure and Properties of Copper and Aluminum Alloy 3003 Heavily Worked by Equal Channel Angular Extrusion // Metall. Mater. Trans. A. — 1997 (28), 1047—1057

12. Patama Visuttipitukul1, Tatsuhiko Aizawa, and Hideyuki Kuwahara. Advanced Plasma Nitriding for Aluminum and Aluminum Alloys // Materials Transactions. — 2003 (44), no. 12, 2695—2700

13. Герасимов С.А., Куксенова Л.И., Лаптева В.Г. Структура и износостойкость азотированных конструкционных сталей и сплавов. – 2-е изд., испр. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. — 2014

14. Гегузин Я.Е. Диффузионная зона. — М.: Наука. — 1979

15. Криони Н.К., Мингажева А.А., Мингажев А.Д. Повышение износостойкости азотированного слоя деталей машин из легированных сталей высокоинтенсивными и высокоэнергетическими методами // Трение и износ. — 2022 (43), № 6, 341—349

16. Бокштейн С.З. Диффузия и структура метал-лов. — М.: Металлургия. — 1973