Автоматичне зварювання, 2014, №08



2014 №08 (01)

2014 №08 (03)

---

Журнал «Автоматическая сварка», № 8, 2014, с. 17-22
 

ЗАКОНОМЕРНОСТИ СОЗДАНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ПРОСЛОЕК ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЫСОКОКОНЦЕНТРИРОВАННЫХ ПОТОКОВ ЭНЕРГИИ

В. Ф. КВАСНИЦКИЙ¹, В. В. КВАСНИЦКИЙ², Н. Н. ЧЕРЕНДА³, Н. Н. КОВАЛЬ⁴, И. Л. ЛЕВЧЕНКО²

¹ Нац. ун-т кораблестроения им. Адмирала Макарова. 54025, Украина, г. Николаев, просп. Героев Сталинграда, 9. E-mail: welding@nuos.edu.ua
² НТУУ «Киевский политехнический институт». 03056, Украина, г. Киев, просп. Победы, 37. Е-mail: kvas69@ukr.net
³ Белорус. гос. ун-т. 220030, Беларусь, г. Минск, просп. Независимости, 4. Е-mail: cherenda@bsu.by
⁴ ФГБУ Ин-т сильноточной электроники СО РАН. 634055, Россия, г. Томск, просп. Академический, 2/3. Е-mail:contact@hcei.tsc.ru
 
Реферат
Радиационно-пучковые технологии, применяемые для модифицирования, в том числе с легированием поверхностей, обеспечивают необходимую топографию поверхности, ее активацию, повышение адгезионных свойств, требуемые структуру и химический состав поверхности. Эти характеристики являются определяющими в дальнейшем при диффузионной сварке, пайке и нанесении покрытий. В работе использованы низкоэнергетические сильноточные электронные пучки и высокоэнергетические плазменные потоки для модифицирования и легирования соединяемых поверхностей сталей и жаропрочных сплавов. Эти виды обработки поверхности относятся к радиационно-пучковым технологиям. Обработку проводили низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками в вакууме 10-2 Па на установке «СОЛО» Института сильноточной электроники СО РАН, а также высокоэнергетическими плазменными потоками с использованием магнитоплазменного компрессора компактной геометрии (МПККГ) Белорусского государственного университета при давлении водорода или азота 3·102 Па, а сварку и пайку — на установке УДСВ-ДТ в вакууме 10-2 Па или сверхвысоковакуумном универсальном технологическом комплексе ВВУ-1Д в вакууме 10-5 Па. Независимо от исследуемых металлов для всех модифицированных слоев характерно формирование на поверхности субмикрокристаллической структуры, наличие высокой плотности дислокаций (до 1011 см-2), появление напряжений 3-го рода, свидетельствующих о существенном повышении уровня энергии, аккумулированном в модифицированном слое. Поверхности жаропрочных никелевых сплавов легировали цирконием и гафнием, которые являются наиболее перспективными депрессантами никелевых припоев. Для этого на поверхность методом ионно-плазменного напыления наносили слой легирующего элемента толщиной 1…3 мкм, а затем переплавляли поверхностный слой низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками и высокоэнергетическими плазменными потоками. Исследования процессов формирования модифицированных и легированных поверхностей показали возможность эффективного управления структурой и составом модифицированного слоя. Диффузионная сварка в твердом состоянии и с расплавляющейся прослойкой обеспечивает высокое качество соединений, о чем свидетельствуют структуры и механические свойства соединений. Применение радиационно-пучковых технологий позволяет расширить возможности соединения металлов и упрочнения материалов. Библиогр. 13, рис. 6.
 
Ключевые слова: модифицирование поверхности, электронный пучок, высокоэнергетический плазменный поток, диффузионная сварка, пайка
 
Поступила в редакцию 30.05.2014
Подписано в печать 15.07.2014
 
1. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов: Учебник / В. Г. Грибков, Ф. И. Григорьев, Б. А. Калин, В. Л. Якушин; под ред. Б. А. Калина. – М.: Круглый год, 2001. – 528 с.
2. A high-curent electron beam application for the surface modification of iron. Stainless steel and heat resistant alloys / V. V. Kvasnitskii, V. D. Kuznetsov, N. N. Koval et al. // Surface Eng. and Applied Electrochem. – 2009. – 45, № 3. – Р. 180–185.
3. Влияние модифицирования поверхностей с применением концентрированных пучков энергии на формирование соединений в твердой фазе / В. Ф. Квасницкий, В. В. Квасницкий, Н. Н. Черенда и др. // Взаимодействие излучений с твердым телом: Материалы 9-й Междунар. конф., Минск, 20 авг. – 2 сент. 2011. – Минск: Издательский центр БГУ, 2011. – С. 228–230.
4. Сильноточные импульсные электронные пучки для авиационного двигателестроения / А. Б. Белов, О. А. Бриценко, А. В. Крайников и др. – М.: ДИПАК, 2012. – 292 с.
5. Мусин Р. А., Анциферов В. Н., Квасницкий В. Ф. Диффузионная сварка жаропрочных сплавов. – М.: Металлургия, 1979. – 208 с.
6. Диффузионная сварка в вакууме дисперсионно-твердеющих жаропрочных сплавов с прокладками / Г. В. Ермолаев, Н. П. Житников, В. М. Заболотский и др. // Судостроит. пром-сть. Сварка. – 1988. – Вып. 6. – С. 13–23.
7. Элементный состав поверхностного слоя жаропрочного никелевого сплава, легированного атомами циркония под действием компрессионных плазменных потоков/ Н. Н. Черенда, В. В. Углов, В. В. Квасницкий, В. Ф. Квасницкий // Поверхность. Рентгеновские, синхронные и нейтронные исследования. – 2014. – № 2. – С. 74–79.
8. Хорунов В. Ф., Иванченко В. Г., Квасницкий В. В. Структура и фазовый состав Ni–Cr–Zr и Ni–Cr–Hf сплавов, используемых в качестве припоев // Автомат. сварка. – 1999. – № 11. – С. 14–21.
9. Квасницкий В. Ф., Костин А. М., Квасницкий В. В. Влияние элементов-депрессантов на свойства никелевых припоев и жаропрочных сплавов // Адгезия расплавов и пайка материалов. – 2002. – № 35. – С. 129–139.
10. Evaluirung des Eizatzpotential und rostfreien Edelstahlen / E. Lugscheider, I. Bushke, D. M. Daichend, Ch. M. Park // Hart-und Hochtemperaturloten und Diffusions schweissen. Vortage und posterbeitrage des 5. Intern. Kolloguiums in Aachen von 16. bis 18. juni 1998: DVS – Berichte Band 192. – Dusseldorf: Verl. Fur Schweissen und Verwandte Verfahren, DVS– Verl., 1998. – S. 242–245.
11. Investigation of effect mechanism of hafnium and zirconium in high temperature materials / Zeng Yun-Rong, Ca Yu-Lin, Ruan Zong-Сi, Ma Shu-Wei // J. Aeronautical Mat. – Beijing: BIAM AVIC. – 2006. – 26, № 3.– P. 25–34.
12. Sircars S., Mazumder J. Microstructure evolution and nonequlibrium phase diagram Ni–Hf binary alloy produced by baser clodding // Acta Metallurgica. – 1989. – 37, № 1. – Р. 1167–1176.
13. Zehg Y., Ruan Z. Microstructure and performance of Ni–Hf brazing filler alloy // Acta Metal. Sinica. – 1990. – № 10. – P. 335–340.