автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка неразрушающих методов контроля структуры поверхности конструкционных материалов после энергетического воздействия

На правах рукописи

АСПИРАНТ САРЫЧЕВ СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

Разработка нсразрушаюших мсголов контроля структуры поверхности конструкционных материалов после энергетического воздействии.

Специальности 05 16 0! - "Мсталловедение и термическая обработка металлов" 05 16 06 "Порошковая металлургия и композиционные ма к'риалы"

АН ЮР! Ф1 РА I диссерыции на соискание чченой степени кандп.ина 1с\ничсски\ наук

Москва 2005

l'.iGoia iii.iiiojiiiciia iui кафедре "Мак-рна.юнсдснис и icxiioioiiih oopjooiKH млериалов" "МАТИ" - Российскою i oc\ даре imciihoi о |е\мологическо1о упиверстаа им К Э. Циолковеко! о

Научные руководители - доктор (ехнических паук, профессор Бецофен Сергей Яковлевич доктор технических наук, профессор Петров Леонид Михайлович

Официальные оппоненты - доктор технических fias к профессор Голубовский I: Р (ФГУ11 ЦИАМ" ) - кандидат технических на\к Биндер Г1 Г (11ПО "Электрой ю шшя")

13ед\щее предприятие - ФГУП ПИИСУ

Замши диссертации состоится 29 декабря 2005 юда в 14да часов на заседании .шссерiанионного Совета Д 212 110 04 по присуждению ученой аспепи .юмора технических наук в области материаловедения (машиностроение) порошковой ме!аллур|ии и композиционных материалов, маа.иоведении и 1ермической обрабо1ки в "'МАТИ" - Российском государственном lexuojioi ическом университете им К.Э. Циолковского по адресу Москва. yi Оршанская. 3. "МАТИ"-РГТУ им К.Э. Циолковского, ауд 220Л О ныв на автореферат в одном экземпляре (заверенный печатью) просим направшь по адрес) 121552. Москва, ул Оршанская, 3, "МАТИ"-РГТУ им КЭ Циолковскою С диссер1ацией можно ознакомиться в библиотеке Упиверсикча Лвюреферат разослан 29 ноября 2005 года

Ученый секретарь диссертационного Совета доцент, кандидат технических наук

Скворцова С.В

гт-А 22^72 ?/

Общая хараюсрнс!ика работы.

Актуальное!ь работы.

Ионио-вакуумное модифицирование поверхности авиационныг материалов является эффективным способом повышения их функциональных снойсп) При использовании любого меюда модифицирования поверхносш наиболее важной проблемой является обеспечение воспроизводимости результатов обработки для различных изделий Это сиятно с тем, что результат воздействия на деталь высокознергетическим потоком частиц зависит от множества параметров, таких как химический, фазовый состав и структурное состояние материала подложки, характеристики потока частиц Эта проблема актуальна как для нанесения покрытий, когда в результате воздействия потока ионов металла в контролируемой атмосфере реакционного газа происходи! плазмохимическая реакция образования фазы внедрения (в основном нигридов и карбидов переходных метачлов), так и для ионного газонасыщепия. когда на поверхности детали образуется твердый раствор внедрения на основе материапа подложки Кроме того, структурное состояние и свойства поверхностных слоев существенно изменяются в результате различных технологических операций, таких как резка, механическая и термическая обработка.

В этой связи получили развитие разчичные методы исследования и контроля поверхностных слоев, такие как измерение поверхностного потенциала.

__рентгеновские метопы_определения остаточных макронапряжений, фазового

состава, параметров кристаллической решетки, дисперсности структуры и кристаллографической текстуры Вместе с тем особенности формирования структуры поверхности при использовании ионно-вакуумных технологий требуют существенной модификации аппаратуры, стандартных методик и способов интерпретации результатов измерения.

Таким образом, исследования и разработки, направленные на совершенствование аппаратурного обеспечения и развитие новых методов исследования структуры и свойств поверхности конструкционных и функциональных материалов с покрытиями и модифицированными поверхностными слоями являются актуальными.

Цель работы состояла в развитии комплексного методического подхода к исследованию и оценке работоспособности деталей, подвергнутых различным видам воздействия на поверхность, включающего совершенствование аппаратурного обеспечения и разработку новых методов исследования и контроля поверхности конструкционных материалов после ионно-вакуумной обработки,

основанных па измерении поверхностною иоюиииала и рснггеносгруктурном

анализе

Для достижения постановленной цели необходимо решить следующие

задачи-

1 Разработать схему и изготовить устройство для измерения поверхностного потенциала, основанное на конденсаторном методе измерения разности потенциалов между исследуемым образцом и измерительным электродом.

2 Разработать методику оценки плотности плазменного потока в рабочем объеме камеры ионно-вакуумной ус1ановки при технологических процессах модифицирования и нанесения покрытий на основе измерения пространственного распределения поверхностного потенциала на модельных образцах.

3 Установить корреляции между параметрами технологии ионно-вакуумных процессов и характеристиками структуры поверхности и на этой основе разработать комплексный методический подход для оценки состояния поверхности по ее структурным и энер1етическим параметрам

4. Установить закономерное! и формирования структуры и остаточных напряжений в поверхностных слоях никелевых жаропрочных сплавов после электроэрозионной резки и на этой основе разработать практические рекомендации по финишной обработке колеса турбины ТРД вспомогательного назначения.______________________

Научная новизна работы:

1 Разработана методика определения поверхностного потенциала, основанная на измерении электрической составляющей поля над металлическим образцом, пропорциональной разности работ выхода электронов из измерительного зонда и измеряемого объекта

2. Установлено, что ионное азотирование титановых сплавов приводит к изменению знака поверхностного потенциала с отрицательного на положительный вследствие уменьшения работы выхода электрона, что связано со сменой преобладающего ионного типа химической связи у оксидов титана на ковалентный у нитридов титана с соответствующим уменьшением эффективного заряда и размера аниона.

3. Разработана методика неразрушающего рентгеновского контроля толщины газонасыщенных слоев в сплавах титана на основе экспериментального измерения и расчетов интенсивностей рассеяния от диффузионных поверхностных слоев с переменным периодом решетки твердого раствора внедрения.

4 Разработана методика разделения рентгеновских дифракционных эффектов, возникающих от изменения состава твердого раствора внедрения и от упругих напряжений для металлов с кубической и гексагональной решетками. Методика позволяет одновременно определять химический состав и величину остаточных напряжений в поверхностных слоях. 5. Показано, что электроэрозионная резка никелевого жаропрочного сплава ЭП975ИД, сопровождающаяся оплавлением поверхностных слоев, приводит к насыщению этих слоев углеродом до 4,2 масс. %, образованию карбидной фазы с кубической решеткой (а = 4,25 - 4,27 А) и к возникновению остаточных растягивающих напряжений, достигающих величины 1200 МПа.

Практическая значимость работы.

1. Создано приспособление и разработаны методические рекомендации для неразрушающего контроля энергетического состояния поверхностных слоев материалов на различных стадиях ионно-вакуумной обработки, который нашел практическое применение при отработке технологии и неразрушающем контроле изделий авиационного и медицинского применения. 2 Разработана система аттестации ионно-вакуумных установок с использованием измерения КРП для определения эффективности операций ионной очистки и ионного азотирования 3. На основе исследования остаточных напряжений, фазового и химического состава ё поверхностных слоях никелевого жаропрочного" сплава после элеюроэрозионной резки рекомендовано введение финишной операции удаления поверхностного слоя колеса турбины ТРД вспомогательного типа. Рекомендации использованы предприятием «Аэросила» (г Ступино, Моск. обл ), что обеспечило повышение эксплутационной надежности двигателя.

Апробация работы.

Материалы работы доложены на 5 научно-технических конференциях и семинарах в том числе: Всероссийской научно-технической конференции «Новые материалы и технологии» (НМТ 2002, 2004) «МАТИ» - РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2-ой международной научной конференции «Ракетно-космическая техника: фундаментальные и прикладные проблемы», Всероссийской научно-технической конференции «Быстрозакаленные материалы и покрытия», XXXI. Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения». Основное содержание диссертации опубликовано в 11 работах, список которых приведен в конце автореферата.

Объем диссертации ее структура. Диссертация содержит 147 страниц машинописного тсксга, 53 рисунка, 14 таблиц Работа состоит из введения, 5 итан, обтцих выводов, списка литературы из ! 19 наименований

Глава 1. Состояние вопроса.

В первой главе проведен анализ методов исследования и контроля поверхностных слоев конструкционных и функциональных материалов с использованием физических, дифракционных и спектральных методов Рассмотрены наиболее важные результаты изучения состава, структуры и свойств покрытий и модифицированных слоев, полученных с помощью ионно-вакуумных технологий.

Важнейшей эмиссионной характеристикой твердых тел является работа выхода электрона (РВ'З). Проанализированы наиболее распространенные методы экспериментального определения РВЭ эмиссионные - по температурной, спектральной или полевой зависимости эмиссии, а также методы измерения контактной разности потенциалов (КРП) между исследуемым телом и другим телом (анодом), работа выхода кошрого известна. Выполненные на различных материалах исследования показали, что величина КРП зависит от температуры, наличия слоя адсорбированных веществ на поверхности, изменения уровня Ферми в результате химических и структурных изменений. Поэтому метод КРП можно применять для изучения адсорбции, механизмов окисления, коррозионных

смазывающих и адгезионных способностей различных веществ и т.д.

Исходя из анализа принципов работы приборов по измерению КРП сделан вывод, что наиболее перспективными для экспресс-контроля состояния поверхности в лабораторных и производственных условий являются устройства, основанные на измерении КРП с помощью статического конденсатора.

Методы измерения РВЭ широко используются для поиска и оптимизации состава материала эмиттеров в электронике, но не нашли широкого применения для контроля состояния поверхности при использовании ионно-вакуумных технологий из-за отсутствия эффективного метода измерения КРП на воздухе, а также надежных корреляций результатов измерения КРП с характеристиками структуры и служебными свойствами материалов с покрытиями и модифицированными слоями.

Большинство технологических процессов обработки конструкционных материалов сопровождаются формированием на поверхности газонасыщенных слоев, которые оказывают влияние на свойства полуфабрикатов. Наряду с этим широко применяются специальные методы модифицирования поверхности для

повышения износостойкости или коррозионной с i ойкос ги изделий Исследование структуры iаких поверхностных слоев являстся важной задачей научною и практического материаловедения В связи с Э1им проанализированы специальные методы исследования структуры и химического состава поверхности, включающие методы дюрометрии, оптической и электронной микроскопии, Оже-спектроскопии, рентгенофлюоресцентной спектроскопии Сделан вывод о том, чго рентгеновские методы исследования могут дать уникальную информацию о протяженности поверхностных слоев, их составе и напряженном состоянии Существенно, что рентгеновские методы могут быть реализованы для неразрушающе!о контроля поверхности.

Обязательным требованием для обеспечения качества покрытий является неразрушающий конгроль толщины покрытий Анализ различных методов измерения толщины покрытий показал, чю для тонких покрытий наиболее предпочтительным является ренгенофлюоресцешный метод Отмечено, что этот метод не может быть использован для измерения протяженности газонасыщенных слоев, для которых гребустся принципиально другой метод.

Показано, что стандартный рентгеновский метод измерения остаточных напряжений (метод «sinV») не можег использоваться для измерения остаточных напряжений в модифицированных слоях, поскольку не существует методик разделения вкладов в дифракционную каршну упругих напряжений и переменного по глубине состава твердого раствора внедрения На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи работы.

Глава II. Объекты и методы исследования.

Исследования проводили на промышленных сплавах таких как: титановые сплавы ВТ6, ПТ7М, никелевом жаропрочном сплаве ЭП975ИД и нержавеющей стали 12Х18Н10Т Процесс модифицирования и нанесения покрытий проводили на установке «Булат-бТ» Микротверлость модифицированных слоев и покрытий измеряли на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузках от 0,2 до 1,5 Н. Измерения с различными нагрузками использовали для оценки глубины упрочненных слоев.

Фазовый состав диффузионных слоев после проведения процессов модифицирования исследовали с помощью рентгеновского дифрактометра Дрон-4 с использованием излучений FeKa, СоКа, СиКа и МоКа для оценки структуры на различной глубине. Для титанового сплава рентгеновским неразрушающим методом определяли толщину диффузионных слоев.

Для определения толщины покрытий TiN использовали рентгеновский флюоресцентный метод, основанный на эффекте поглощения первичного пучка жестких рентгеновских лучей в материале покрытия, возбуждении вторичного

(флюоресценции о) рсни спонскою излучения it ч.иериале мод-тжки. noiлощении »101 ч и «лучения и млюриале покрышя и роиефации вышедшею т покрьмия I е-излучепия Распределение элеменгон по Шубине иокрьпия и иодложки 0сущес1вляли с помощью отико-эмиссионного спектромсфа uieioiiiero разряда (glow discharge OKS SA2000 LUCO) в лаборатории «ЛКК0-ИМ1Т» и методом ядерною обра гною рассеяния (ЯОР) в НИИЯФ (МГУ)

Глава III. Разработка приспособления для измерения величины поверхностного потенциала, формируемого на различных этапах вакуумной

нонно-плазменной обработки

Исследованы особенностей формирования структур поверхности при вакуумной ионно-плазменной обрабо1ке Показано, ню определяющим условием формирования заданного комплекса эксплуатационных свойств является ица1сльная подютовка поверхности. эффективная предвари [ельная и окончательная очистка, оптимизация энергетических параметров процесса разофева изделия, активация поверхности и последующая конденсация покрытия Количественной оценкой результативности этих видов обработки является величина поверхностного потенциала Исследования показали, то основным фебованием к проведению измерений является усюйчивость резулыатов по отношению к воздействию внешних элек-фомагнитных полей По этой причине к разрабатываемому приспособлению предъявляются повышенные требования по - защите—измеряемого—контура от -внешних электромагнитных воздействий ') i о достигается путем размещения измеряющего электрода, блока усиления измеряемого сигнала в корпусе датчика, который имеет тройную защиту от внешних электрических полей, внутренних электростатических полей и механических воздействий.

Принцип работы приспособления основан на измерении электрической составляющей поля вблизи поверхности исследуемого металла, ко трое пропорционально разности работ выхода электронов из измеряемою образца и измерительного электрода. В состав измерительного датчика входят измерительный усилитель, компаратор старта, источник питания

Измерительный усилитель служит для преобразования сшнала, поступаемого с датчика, для последующей его оцифровки и обрабо1ки на ЭВМ типа IBM-PC.

Измерительный усилитель обеспечивает высокую стабильность измерений за счет наличия входного сопротивления -100 МОм. За счет этих параметров достигается необходимая величина постоянной времени, достаточная для проведения измерения.

Время прохождения измерительным элементом - зондом расстояния от поверхности измеряемого образца до электрода смещения поля составляет величину порядка 50-100 мс За это время выходной сигнал датчика, пропорциональный измеряемому полю, изменяет свою величину от 0 до ± 10 В, принимая положительные, нулевые и отрицательные значения в зависимости от состояния поверхности измеряемого металлического образца Точность измерения величины поверхностного потенциала составляет ±10мв

Приспособление (рис.1) состоит из следующих частей'

1 Измерительный датчик

2 Плата сбора данных ЛА-2М2

Рис. 1. Внешний вид приспособления

На рабочую поверхность подвижного электрода датчика измерения наносится покрытие толщиной 5 мкм из Аи чистотой - 99,99 %. Поверочным эталоном является латунный диск, имеющий аналогичное подвижному электроду покрытие Поверку датчика приспособления осуществляют с помощью поверочного эталона, при этом измеряемая величина поверхностного потенциала должна равняться нулю.

На базе разработанного приспособления были проведены исследования изменения величины поверхностного потенциала конструкционных материалов в результате воздействия на поверхность технологических процессов Показано, что приспособление обладает высокой стабильностью результатов измерения При многократном измерении величины потенциала в фиксированной точке разброс составляет <5% от измеряемой величины Проведенные исследования позволили установить области наиболее эффективного применения приспособления (рис 2). из которых можно выделить следующие- анализ состояния исходной поверхности;

выявление образования оксидов на поверхности изделия в результате технологических и эксплуатационных нагревов, оценка результативности вакуумной ионно-плазменной обработки

При разработке технологий модифицирования поверхности и нанесения покрытий данное приспособление показало свою эффективность во всех вышеуказанных областях применения Так при ионном азотировании титанового сплава ВТ6 было установлено, что в состоянии поставки материал имеет значительный разброс величины поверхностного потенциала от ф=-300 мВ до <р= -800 мВ, что связано с наличием на поверхности оксидных пленок и загрязнений

Рис.2. Области применения метода КРП.

Предварительный вакуумный отжиг приводит к очистке поверхности, в результате чего величина потенциала увеличивается до (р=+(400600) мВ. Полученная в результате отжига поверхность адсорбирует кислород из атмосферы, что приводит к образованию оксидов и снижению величины потенциала, который достигает отрицательных значений за 20-30 часов. Образующийся стабильный оксид характеризуется величиной потенциала ф=-( 100-И 50)мВ (рис.3). Данный

оксид удаляется в результате ионного травления газовой плазмой, при этом величина потенциала увеличивается до <р=+(400+450) мВ. Последующее ионное азотирование приводит к увеличению потенциала до +(530+1300) мВ при повышении концентрации азота от 6 до 20% ( рис.3). Последующее увеличение концентрации азота практически не меняет величину потенциала. Такой характер изменения потенциала связан с тем, что на первом этапе азотирования происходит образование твердого раствора азота в титане (См< 10%). При повышении концентрации азота до 16+20%, образуется нитрид титана, для которого величина поверхностного потенциала варьируется в пределах <р=+(1150+1300) мВ вплоть до концентрации азота 50%.

1600 -

Концентра^я азота

Рис. 3. Влияние концентрации азота на величину поверхностного потенциала сплава ВТ6 после ионного азотирования

Для объяснения того факта, что азотирование меняет знак потенциала от отрицательного для исходного титана к положительному после азотирования необходимо привлечь данные о механизме формирования двойного слоя на поверхности и кристаллохимические данные о размерах атомов элементов внедрения в оксидах и нитридах.

Эффективный заряд поверхностного слоя определяется соотношением размеров ионов. Изменение знака поверхностного потенциала с отрицательного на положительный для сплавов титана после проведения операции ионного азотирования связано с тем, что в оксидах титана преобладает ионный тип химической связи, что приводит к повышению работы выхода электрона из-за образования на поверхности отрицательного заряда, обусловленного тем, что размер аниона кислорода превышает размер катиона титана. В нитридах

преобладаем коваленшый шп связи, чю приводи! к снижению >ффск~1 ивно!о заряда и размера аниона и соответственно величины работы выхода чю проявляемся в виде положи 1ельно1 о или близкою к нулю поверхностного потенциала

Глава IV. Разработка и применение ренпеноструктурных меюдов исследования поверхности титановых и никелевых жаропрочных сплавов.

Твердые растворы внедрения характеризуются увеличением параметров решетки растворителя при повышении содержания растворенного компонента Эю1 эффект может быть использован для неразрушающего измерения толщины азотированного слоя, а также альфированных слосв в титановых сплавах.

Проведенный анализ дифракционных картин от поверхностных слоев ионноазо1 ированных сплавов титана показал наличие эффекта, коюрый позволяет осуществить неразрушающее определение юлшины азотированного слоя Па ренпенограммах наблюдали наличие асимметрии рефчексов гипа (0001), а также рефлексов с большим (>2) отношением 1/(Ь+к) Эта асимметрия обусловлена тем, чю в поверхностных слоях, дающих наибольший вклад в интегральную интенсивность дифракции, концентрация азота в твердом растворе внедрения максимальна и соответственно поверхностные слои характеризуются более высокими значениями параметра ''с" ГП - решетки титана, что приводит к формированию «сателлита» со стороны малых утлов дифракции Разработана

интегральную интенсивность рефлекса (1 г дифракции от поверхностных слоев (1т) в зависимости от их толщины (Т) , коэффициента поглощения (ц) и угла отражения (8):

Положение максимума «саттелита» соответствует углу дифракции для определенной концентрации твердого раствора внедрения азота в титане Экспериментально установлено, что при ионном азотировании концентрация азота в поверхностном слое составляет 0,2-0,5 мае %, что соответствует увеличению параметра «с» на 0,1-0,26 %. Это дает смещение «саттелита» относительно основной линии, достаточное для их разделения для углов дифракции ©>30°, а для больших значений углов дифракции смещение «сателлита» относительно основной линии достигает Д20= -(0,7-1,8)° для рефлекса (0006) в СиК„-излучении (0>75°)

Остаточные напряжения во многом определяют работоспособность деталей с модифицированным поверхностным слоем. Однако экспериментальное определение этих напряжений встречает принципиальные затруднения. Связано

азотированного слоя -на основе -вычисления вклада в

Т=[1п(1т/1т-«)«т©]/2ц (1)

ло с I см, чю дилгпация решетки при образовании шсрлою рас шора имс фения и вследствие умру1и\ напряжений сжажя лае! одинаковый дифракционный )ффекч В работе предложен способ разделения этих эффектов в связи с особенностями упругой анизотропии решетки 1Т1 титана, для которого величина модуля Юны в направлении оси «с» в 1,37 раза выше, чем в направлении «а» Для произвольною направления, составляющего угол у с осью «с», модуль Юша можст бьпь выражен следующим образом:

Е=1/[ 8,,-со52у(25и-28|г8«)+со54у(8,|+8зз-281Г54,)| (2) Где Б,,=9,6 ТПа'1; 8|2=-4,7ТПа"'; Б^-иТЛа"', 833 =7,01 Па 84<=21.4ГПа 1 элементарные модули податливости для титана

Для зерен с ориентацией плоскостей типа (0001) и (ЬЫ) с высоким отношением 1/(1т+к). например (1014). (1015) величина деформации в нанрашснии нормали к поверхности будет существенно ниже, чем для зерен имеющих параллетьно поверхности плоскости типа (ЬкЮ) Примеси внедрения намротв. значительно сильнее увеличивают параметр решетки «с» па сравнению с «а» Па ло указывает зависимость изменения межплоскостных расстояний для плоскостей решетки титана с 0.5 масс % азота, характеризующихся различным м.юм наклона нормали к плоскости и осью «с» (рис 2) При вычислении деформаций решежи. обусловленных остаточными упругими напряжениями использовали С1е1\ющий подход Для случая симметричной съемки, когда плоскости отражения для -соответствующих рефлексов параллельны плоскости образца соотношение., .между _ деформацией решетки и остаточными напряжениями имеет следующий вид-

(3)

Величину рентгеновской упругой константы (у/Е)ии можно получи ж усреднением этих величин по всем ориентациям в плоскости (Ьк1) Для сл> чая усреднения упругих констант по ЛеиББ (однородные напряжения) величина ( для каждого измеряемого рефлекса (Ьк!) имеет следующий вид-

(у/Е)ш=0,5(812+81з)+0,5со82у(8||+8зз-81з-8|2-84,)--0,5СО54Г(5М+833-28,3-844) (4)

Вычисленные из соотношения (3) значения деформаций решежи дня различных плоскостей решетки титана при напряжениях ±300 МПа показаны на рис 4 Таким образом, сопоставление экспериментальных значений параметров для соответствующих рефлексов дает возможность разделить вклад в увеличение параметров решетки от напряжений и образования твердого раствора внедрения

Для определения величины остаточных напряжений и концентрации азота в твердом растворе титана необходимо экспериментально определить значения

параметров решетки для различных рефлексов после азотирования. Далее путем сопоставления с теоретическими значениями межплоскостных расстояний найти при каких значениях напряжений и концентраций минимизируется суммарная по всем рефлексам разность экспериментальных и теоретических значений межплоскостных расстояний.

В табл.1 приведены результаты использования этой методики для определения остаточных напряжений и концентраций азота и кислорода в твердом растворе для сплава ПТ7М, для которого ионное азотирование осуществляли в исходном состоянии и после нанесения износостойкой наплавки из того же сплава с высоким содержанием кислорода.

0.005-, 0.0040 003 0.002 0.001 0.000 -0.001 -0,002 -0.003 -0 004

(006)

(105) I (104)

(203)

(302)

I

(300)

I

= -300 МПа

а =300 МПа

10 2030405060 70 8090 Угол между нормалью к (Ш) и осью "с", град.

Рис.4. Изменение параметров решетки различных рефлексов (Ш) титана, обусловленные упругими напряжениями различного знака и примесями внедрения в зависимости от угла наклона нормали к плоскости (Ьк1) и осью «с»

Табл.1. Результаты определения содержания азота (кислорода) и остаточных напряжений в сплаве ПТ7М после ионного азотирования (ИА).

№ Состояние сплава См(о>» масс.% «Тост., МПа

1 Исх. (пруток) 0,04 0

2 ИА (500-550иС) 0,12 +105

3 ИА (600-650"С) 0,6 -60

4 наплавка 0,5 -360

5 ИА (500-550"С) 1,2 -60

Важно отметить, что при одном режиме азотирования в поверхностном слое формируются растягивающие остаточные напряжения

Аналогичный подход может быть использован также для измерения остаточных напряжений в поверхностных слоях никелевых сплавов, подвергнутых обработке, приводящей к градиенту концентрации твердого раствора по глубине, когда стандартный метод измерения остаточных напряжений (метод 5т2ц») дает существенные ошибки

Для измерения остаточных напряжений в поверхностных слоях никелевого жаропрочного сплава после ЭЭР использовали метод, основанный на измерении межплоскостных расстояний по нескольким рефлексам при симметричном положении образца в гониометре Расчетные соотношения могут быть получены из

уравнения (3) подстановкой в него величины ( —)ьк1 для кубической решетки*

(^^■^»Ки (5)

где Б|2= -2,74ТПа"' ; .1 = Бц - Бп - ^ 54< - 6,07ТПа"' параметр анизотропии для N1 Г=(Ь2к2+Ьг12+к212)/(Ь2+к2+12) - функция ориентировки

Совместное решение уравнения (5) для любой пары рефлексов (Ь|к|1|) и (ЬгМг) позволяет найти величину остаточных напряжений:

<т=---(6)

Зная величину остаточных напряжений можно вычислить также значение параметра решетки (ао) за вычетом вклада от деформации решетки:

30=^1/(1 +2 ахКш) (7)

Если известны значения остаточных напряжений и исходная величина параметра решетки (а0) из (7) можно вычислить значения параметров решетки для различных (Ш) рефлексов.

Угловая зависимость параметров решетки позволяет оценить также градиент по глубине остаточных напряжений и параметров решетки (ао). Для решения первой задачи необходимо при расчете величины напряжений из соотношения (6) использовать различные пары рефлексов О^кН)) и (Ь2к2!2), соответствующие разным углам дифракции и следовательно разным толщинам рассеивающего слоя.

Глава V. Практическое применение разработанной аппаратуры и методов для исследования и контроля покрытий и модифицированных слоев в материалах авиационной техники.

В этой главе приведены результаты применения разработанных методов для аттестации вакуумной камеры и обеспечении неразрушающего контроля структуры и свойств при ионном азотировании титанового сплава ВТ6. а также для контроля структуры и остаточных напряжений в никелевом сплаве ЭП975ИД после ЭЭР, применяемой для изготовления колеса турбины ТРД вспомогательного назначения на предприятии «Аэросила».

| сиоо пор 0400-1600 оцооаио | »«в |

Рис 5 Распределение поверхностного потенциала для пластины из стали 12Х18НI ОТ в результате воздействия электронного нагрева

Одной из важных проблем любых процессов ионно-вакуумных технологий является пространственная неоднородность потока плазмы, приводящая к значительному разбросу эффективности ее воздействия на образцы, расположенные в различных участках камеры Поэтому важнейшей составляющей обеспечения качества и воспроизводимости технологии является аттестация рабочего объема камеры, основанная на количественной оценке эффективности энергетического воздействия плазменного потока на обрабатываемую поверхность

На осмонс проведенных исследований для апссшцим камер!.! модернтиронанной установки "Ьулат-61" исполыонали разработанный прибор для измерения величины поверхностного потенциала Определяли распределение потенциала при электронном нагреве для различных геометрических условий расположения образцов огносшельно электронного ноюка На рис 5 показано распределение поверхностною потенциала по поверхности образца н виде пластины ЗООхЗООмм из нержавеющей С1али 12Х18Н10Т, в резулыате воздействия электронного нагрева

Неравномерность значений поверхностного потенциала, коюрые варьируются от 600 до 2600 мП, указывают на необходимость корректировки параметров распределения электронного потока в пространстве камеры Оптимизация энсртетических и теометрических параметров электронного потока позволило получии. более равномерное распределение потенциала, вариации которою составили от 1100 до!900 мВ

Высокая чувствительность процесса ионного азотирования к параметрам технологии и структурному состоянию материала вызывает необходимость использовать методы неразрушающего контроля эффективности технологии на стадии ее отработки, а для наиболее ответственных излетий необходим выборочный контроль каждой партии

При отработке технологии ионною азотирования сплава ВТ6 применительно к компонентам эндопротеза, выпускаемого фирмой ЗАО «Импланг М Г», проводили контроль головной партии изделий по результатам измерения потенциала, микротвердости и ренггеноструктурного анализа.

Технологии ионного азотирования включали проведение процесса при постоянной концентрации азота (10-20%), и ступенчатом изменении концентрации Также варьировалась продолжительность каждой стадии Рентгеновским методом определяли параметры решетки а-Т1 и Т1Ь1, Ti2N нитридов, протяженности зон твердого раствора и нитридов, измеряли величину поверхностного потенциала и микротвердость при различных нагрузках. Показано, что ионное азотирование приводит к увеличению параметра решетки «с» твердого раствора от 4.666 А до 4,68-4,69 А (рис 6), при этом параметр решетки «а» практически не меняется, протяженность зоны твердого раствора составляет 10-22 мкм. Наряду с этим на рентгенограммах присутствуют обе нитридные фазы, толщина зон нитридов, которую оценивали по интенсивности соответствующих рефлексов, варьировалась от 0,2 до 0,7 мкм.

Величина поверхностного потенциала, равная -1000 мВ в исходном состоянии, после азотирования варьируется в пределах от 0 до +1000 мВ На рис 6

приведены зависимости микротвердости и величины поверхностною но1енциала от параметра решетки «с» сх-1 \ Неличина микротвердосги увеличивается с рост ом величины параметра решетки «с», который непосредственно связан с концентрацией азота в твердом растворе внедрения Микротвердость также > величивается с ростом толщины нитридной зоны до значений 0,4-0,5 мкм, при более высоких толщинах происходит снижение микротвердости из-за уменьшения протяженности зоны твердого раствора Это связано с тем, что увеличение толщины нитридной зоны приводит к уменьшению проницаемости азотированного слоя, поскольку коэффициент диффузии для нитрида на два порядка ниже, чем для твердого раствора

Величина поверхностного потенциала увеличивается с ростом концентрации твердого раствора (рис 6) однако эта зависимость характеризуется большим разбросом по сравнению с зависимостью от состава величин микрогвердоаи

п—1—|—1—I—■—I—■—I—■—г 4 655 4 660 4 665 4.670 4,675 4.680 4 685 4 690 4 695

Параметр решетки "с", А

Рис. 6 Зависимость микротвердости при нагрузке 0,5 Н и величины поверхностного потенциала от параметра решетки «с» твердого раствора внедрения на основе титана для деталей эндопротеза из сплава ВТ6 после ионного азотирования.

Более стабильные и высокие значения поверхностного потенциала соответствуют технологиям азотирования со ступенчатым изменением концентрации азота. Метод измерения поверхностного потенциала может

использоваться для нсразрушающоо контроля !схнологии ионною актирования н сочетании с ренггеноструктурным методом Стажсжка иеразрушаютею конфоля нескольких сотен компонентов эндопротезов показала, что критерием для опенки эффективности процесса ионного азотирования является положительная величина потенциала (ф>100мВ), при этом изделия показавшие значения поверхностного потенциала в пределах менее +100мВ требуют дополнительного контроля рентгеноструктурным методом, а изделия показавшие значения от -200мВ и ниже подвергаются контролю рентгеноструктурным методом и измерению микротвердости.

Такая процедура позволяет наиболее эффективно использовать различные методики неразрушающего контроля Наименее трудоемкий и наиболее экспрессный (1-2 мин. на образец) метод измерения поверхностного потенциала используется для контроля каждой детали Рен I геновскому контролю (10-15 мин на образец) подвергается только часть изделий, показавших величину поверхностного потенциала на критическом уровне Таким образом, достигается оптимальное сочетание производительности и надежности процедуры конфоля.

Электроэрозионная резка (ЭЭР) на современных программируемых установках типа «ЗИепк» эффективно используется для получения изделий сложной формы. При этом операция ЭЭР рассматривается как финишная обработка. Однако использование этого вида резки для изготовления колеса турбины ТР/1 вспомогательного типа из сплава ЭП975ИД на предприятии «Аэросила» показало, что ЭЭР приводит к формированию на поверхности поврежденного слоя металла, структура которого характеризуется наличием включений с твердостью Ну>20 ГПа. Как показали испытания, наличие такого слоя (30-70 мкм в зависимости от скорости резки) приводит к преждевременному разрушению материала. Проведены исследования фазового состава, параметров решетки и остаточных напряжений в поверхностных слоях сплава ЭГ1975ИД после ЭЭР, а также последующей термической обработки, которую предполагали использовать для устранения неблагоприятных структурных изменений, вызванных резкой.

Показано, что фазовый состав сплава после ЭЭР характеризуется наличием у/у' твердого раствора и карбидной фазы с кубической решеткой типа №С1 и параметром а=4,25-4,27 А. Измерения межплоскостных расстояний для различных рефлексов у/у" твердого раствора показали, что поверхностные слои характеризуются наличием остаточных напряжений и градиентом состава и для разделения их вклада в величину межплоскостных расстояний необходимо

использовать метдичсские разработки, приведенные в Гл (V, а именно соотношения (6) и (7)

Рис 7 Зависимость остаточных напряжений от расстояния до поверхности сплава ЭП975ИД после ЭЭР и термообработки

На рис 7 приведены зависимости остаточных напряжений от sin© для различных режимов ЭЭР и последующего отжига. Эффективная информационная глубина рассеяния рентгеновских лучей пропорциональна sin© и указана на рис.7. Обработка но режиму "'A3' (тгизкие скорости-резания) приводит к резкому спаду остаточных напряжений от 800 до 200МПа при удалении от поверхности на 4ч-5мкм Обработка по режиму "Б" (высокие скорости резания) с последующим отжигом при 400 и 600°С дает равномерное распределение напряжений 1000-1250МПа, отжиг при 800°С приводит к релаксации напряжений до 400 МПа, которые равномерно распределены в поверхностном слое 5 мкм.

Обработка по обоим режимам приводит к увеличению параметров решетки сплава по сравнению с исходным состоянием (3,580 Á). Отжиг при 600°С снижает величину параметра решетки в поверхностном слое ~3мкм (3,574 А), который становится ниже, чем в исходном состоянии. Отжиг при 800°С дает значительное снижение величины параметра решетки в поверхностном слое 3 мкм (»3,563 А)

Следует отметить, что закономерности изменения параметра решетки в поверхностных слоях сплава в результате электроэрозионной обработки и отжига существенно отличаются от изменения остаточных напряжений, последние практически не меняются при отжиге 600°С и только после отжига при 800°С происходит их частичная релаксация.

Распределение по 1Л)бинс элементов внедрения для режимов "А" и "Ь", измеренных мечодом >101' и I 12СО показало, чю обработ ка по режим) "А" приводит к обогащению поверхностных слоев углеродом от ~ 1 ОаI % на поверхности и до 1ат% на глубине 8-9мкм, где содержание углерода близко к исходному содержанию в сплаве (0,7ат %) Для обработки "Б" характерно большее насыщение поверхностных слоев углеродом, которое составляет = 13а г % на поверхности и 1ат.% на расстоянии ~30мкм.

Исходя из полученных результатов, было предложено после 'ЮР колеса турбины из сплава ЭП975ИД удалять травлением слой не менее 30 мкм, чю позволило повысить надежность работы двигателя

Выводы по работе.

1 Разработана схема и изготовлено устройство для измерения поверхностною потенциала, основанное на измерении электрической составляющей по тя над металлическим образцом, пропорциональном разности работ выхода электронов из измерительного зонда и измеряемою объекта

2 Разработана методика неразрушаюшего определения протяженности газонасыщенных слоев в сплавах титана, основанная на измерении интенсивности рассеяния рентгеновского излучения от поверхностных слоев, характеризующихся градиентом состава и параметров решетки твердою раствора внедрения на основе титана.

3 Разработан метод определения остаточных напряжений в поверхностных слоях с изменяющейся по глубине концентрацией твердого раствора, основанный на разделении вклада в величину параметра решетки упругих напряжений и химического состава.

4. На основе исследования методом КРП распределения энергии электронного потока в объеме вакуумной камеры проведена аттестация установки «Булат -6Т», что позволило за счет корректировки параметров ионно-вакуумного процесса существенно снизить величину разброса поверхностного потенциала и повысить равномерность энергетического воздействия электронного нагрева в различных участках камеры.

5. Разработана методика оценки эффективности проведения технологических этапов очистки и активации поверхности процесса вакуумной ионно-плазменной обработки, позволившая по изменению величины поверхностного потенциала оптимизировать энергетические параметры этих важнейших этапов технологии.

6 С использованием разработанных мсюдик уаановлены корреляции микро/нердосш на поверхносш сплава В 16 с величиной поверхноепкм о потощала и характеристиками, полученными рентгеноструктурным меюдом, что позволило разработать комплексную методику оценки эффективное! и процесса ионною азотирования компонентов эндомрогеза из сплава ВГ6, включающую измерение величины поверхностного шленниала на всех изделиях пар!ии и дополнительный контроль тех из них, которые показали значения потенциала менее +100мВ

7 Для никелевот жаропрочного сплава показано, что электроэрозионная резка, сопровождающаяся оплавлением поверхностных слоев, приводит к перераспреде 1ению в них лс!ирующих элементов, насыщению углеродом и возникновению остаточных растя! ивающих напряжений 800-1200 МПа

8 На основе выполненных исследований рекомендовано введение финишной операции удаления поверхностного слоя колеса турбины ТРД вспомо! агельного типа Рекомендации использованы предприятием «Аэросила» (г Ступино, Моек обл ), что обеспечило повышение эксплутационной надежности двигателя

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1 Л.М Паров, С.Я Бецофен, Ю М Тарасов, А И Чернявский, С.М Сарычев. С Б. Иванчук Комплексная оценка качества формирования ионно-вакуумных покрытий и диффузионноТо модифицирования" поверхности деталей и изделий авиационной техники. // Авиационная промышленность, 2003, № 4, с. 53-58.

2. С.Я Бецофен А М Борисов, К.В Григорович, С.М.Сарычев, Бакуи Али, О.В Беспалова, В С Куликаускас, Е.А. Романовский, М.В Серков Исследование электроэрозионной обработки жаропрочных никелевых сплавов методами ионно-рассеивательной спектрометрии и рентгеноструктурного анализа. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2004, №12, с. 9-14.

3. А.А.Ильин, С.ЯБецофен, Л.М.Петров, А.Н.Луценко, С.М. Сарычев Исследование состояния поверхностных слоев никелевых сплавов после нанесения конденсационно-диффузионных покрытий. // Авиационная промышленность, 2003, №2, с.39-42.

-I СМ Сарычен. ЛИ Чернявский. JIM 11сiров, ВС Сискюр Оценка )нор|сIическо!о состояния новерхнос1и метолом измерении коныкмюн разносш но1енциалов //Научные фулы МАГИ, в 5(77), 2004, с 96-100

5 JIM Не фон, С М Сарычсв. В С Спектор, С Б Иванчук Влияние hoiihoi о азотирования на процесс окисления титановых сплавов // 1езисы докладов Всероссийской научночехнической конференции «Новые ма!ериа.1ы и icMio Ю1 ии» (I IM 1-2004), с 82-83

6 С Я Ьепофен, ЛМПефов, СМ Сарычев, А Н.Луценко, И О Банных Формирование 1сксгуры и осгагочных напряжений в ионио-плазченпых покрьниях // Груды Всерос н-т конф «Быстрозакаленные материалы и мокры 1ия». М. 2002. с 66-71

7 СМ Сарычей. А И Чернявский, Л М Пефов. ВС Спектор Уаройсшо 11я измерения котакшой разности мокчщиалов па деталях и инсфучешс no.mepi ну i i.ix iioBepxiiociHOMv упрочнению // Межвузовский сборник научных фудов 1ехника. (cxkojioiии и перспективные материалы Им-но "РИЦМГИУ" Москва 2003. с 240-244

8 С Я Бсцофеп. ЛМПефов. СМ Сарычев, B.C.Спектор Дифракционные меюды нее ie ювапия модифицированных поверхностных слоев ипановых ставов ' Научные фуды МАГИ, вып 5(77). 2002, с 14-18

9 А И Чернявский. СМ Сарычев, JIM Петров, С.Б Иванчук Комп к-ксная

оценка качес nta__формирования ионно-вакуумных покрьний и

диффузионно! о модифицирования поверхности деталей и изде шй машиностроения /' Научные труды МА ГИ, вып 5(77), 2002, с 85-90

10 С Я Бецофсн. А А Ильин. JIM Пефов, А.Н. Луценко. СМ. Сарычев Остаточные напряжения и текстура вакуумных ионно-плазменных покрытий TiN. ZrN. (ZrUbNb1M)N и (Ti0 7Zr„ 3)N // В сборнике фудов МАГИ-PI 1У им КО Циолковско! о. Изд-во "ЛЛТМЭС". Москва 2001i. с 10-14

11 СМ Сар|.1чев. 10 В Чернышева Влияние состояния исходной новерхност на коррозионную стойкость азотированных образцов из сплава ВТ6 // XXXI Тезисы докладов Международной молодежной научной конференции Гагаринские чтения Москва 2005. с37-38.

»25267

РНБ Русский фонд

2006-4 28831

Подписано в печать 08.11 2005 Объем 1 мл 1ираж100эю

И)да1ельеко-1ШЮ1рафический ценгр «МЛ'ГИ» - РГ1 У им К ') Циолковскою. Москва. Берниковская иаб . 14

Введение.

Глава 1 Постановка задачи.

1.1. Анализ современного состояния исследований и разработок 7 в области модифицирования поверхности.

1.1.1. Ионное азотирование.

1.2. Физико-химические основы процессов ионно-плазменного 21 модифицирования поверхности металлических материалов.

1.2.1. Диаграмма состояния Ti-N.

1.2.2. Ориентационные соотношения между нитридными фазами.

1.2.3. Свойства Ti-N нитридных фаз.

1.2.4. Анализ кристаллохимических особенностей фаз внедрения 25 на основе титана.

1.2.5. Механизм диффузии атомов внедрения в титане.

1.3. Исследования структуры и свойств модифицированных 37 слоев и покрытий.

1.4. Методы исследования покрытий.

1.4.1. Особенности рентгеновского измерения остаточных напряжений в тонких покрытиях.

1.5. Неразрушающий контроль поверхностных слоев материалов.

1.5.1. Измерение контактной разности потенциалов.

1.5.2. Методы измерения работы выхода электрона (РВЭ).

1.5.2.1. Метод контактной разности потенциалов.

1.5.3. Измерение толщины покрытий.

Актуальность работы.

Ионно-вакуумное модифицирование поверхности авиационных материалов является эффективным способом повышения их функциональных свойств. При использовании любого метода модифицирования поверхности наиболее важной проблемой является обеспечение воспроизводимости результатов обработки для различных изделий. Это связано с тем, что результат воздействия на деталь высокоэнергетическим потоком частиц зависит от множества параметров, таких как химический, фазовый состав и структурное состояние материала подложки, характеристики потока частиц. Эта проблема актуальна как для нанесения покрытий, когда в результате воздействия потока ионов металла в контролируемой атмосфере реакционного газа происходит плазмохимическая реакция образования фазы внедрения (в основном нитридов и карбидов переходных металлов), так и для ионного газонасыщения, когда на поверхности детали образуется твердый раствор внедрения на основе материала подложки. Кроме того, структурное состояние и свойства поверхностных слоев существенно изменяются в результате различных технологических операций, таких как резка, механическая и термическая обработка.

В этой связи получили развитие различные методы исследования и контроля поверхностных слоев, такие как измерение поверхностного потенциала, рентгеновские методы определения остаточных макронапряжений, фазового состава, параметров кристаллической решетки, дисперсности структуры и кристаллографической текстуры. Вместе с тем особенности формирования структуры поверхности при использовании ионно-вакуумных технологий требуют существенной модификации аппаратуры, стандартных методик и способов интерпретации результатов измерения.

Таким образом, исследования и разработки, направленные на совершенствование аппаратурного обеспечения и развитие новых методов исследования структуры и свойств поверхности конструкционных и функциональных материалов с покрытиями и модифицированными поверхностными слоями являются актуальными.

Научная новизна

1. Разработана методика определения поверхностного потенциала, основанная на измерении электрической составляющей поля над металлическим образцом, пропорциональной разности работ выхода электронов из измерительного зонда и измеряемого объекта.

2. Установлено, что ионное азотирование титановых сплавов приводит к изменению знака поверхностного потенциала с отрицательного на положительный вследствие уменьшения работы выхода электрона, что связано со сменой преобладающего ионного типа химической связи у оксидов титана на ковалентный у нитридов титана с соответствующим уменьшением эффективного заряда и размера аниона.

3. Разработана методика неразрушаю щего рентгеновского контроля толщины газонасыщенных слоев в сплавах титана на основе экспериментального измерения и расчетов интенсивностей рассеяния от диффузионных поверхностных слоев с переменным периодом решетки твердого раствора внедрения.

4. Разработана методика разделения рентгеновских дифракционных эффектов, возникающих от изменения состава твердого раствора внедрения и от упругих напряжений для металлов с кубической и гексагональной решетками. Методика позволяет одновременно определять химический состав и величину остаточных напряжений в поверхностных слоях.

5. Показано, что электроэрозионная резка никелевого жаропрочного сплава ЭП975ИД, сопровождающаяся оплавлением поверхностных слоев, приводит к насыщению этих слоев углеродом до

4,2 масс. %, образованию карбидной фазы с кубической решеткой (а = 4,25 - 4,27 А) и к возникновению остаточных растягивающих напряжений, достигающих величины 1200 МПа.

Практическая значимость работы.

Создано приспособление и разработаны методические рекомендации для неразрушающего контроля энергетического состояния поверхностных слоев материалов на различных стадиях ионно-вакуумной обработки, который нашел практическое применение при отработке технологии и неразрушаю щем контроле изделий авиационного и медицинского применения.

Разработана система аттестации ионно-вакуумных установок с использованием измерения КРП для определения эффективности операций ионной очистки и ионного азотирования.

На основе исследования остаточных напряжений, фазового и химического состава в поверхностных слоях никелевого жаропрочного сплава после электроэрозионной резки рекомендовано введение финишной операции удаления поверхностного слоя колеса турбины ТРД вспомогательного типа. Рекомендации использованы предприятием «Аэросила» (г. Ступино, Моск. обл.), что обеспечило повышение эксплуатационной надежности двигателя.

Общие выводы по работе

1. Разработана схема и изготовлено устройство для измерения поверхностного потенциала, основанное на измерении электрической составляющей поля над металлическим образцом, пропорциональном разности работ выхода электронов из измерительного зонда и измеряемого объекта.

2. Разработана методика неразрушающего определения протяженности газонасыщенных слоев в сплавах титана, основанная на измерении интенсивности рассеяния рентгеновского излучения от поверхностных слоев, характеризующихся градиентом состава и параметров решетки твердого раствора внедрения на основе титана.

3. Разработан метод определения остаточных напряжений в поверхностных слоях с изменяющейся по глубине концентрацией твердого раствора, основанный на разделении вклада в величину параметра решетки упругих напряжений и химического состава.

4. На основе исследования методом КРП распределения энергии электронного потока в объеме вакуумной камеры проведена аттестация установки «Булат-бТ», что позволило за счет корректировки параметров ионно-вакуумного процесса существенно снизить величину разброса поверхностного потенциала и повысить равномерность энергетического воздействия электронного нагрева в различных участках камеры.

5. Разработана методика оценки эффективности проведения технологических этапов очистки и активации поверхности процесса вакуумной ионно-плазменной обработки, позволившая по изменению величины поверхностного потенциала оптимизировать энергетические параметры этих важнейших этапов технологии.

6. С использованием разработанных методик установлены корреляции микротвердости на поверхности сплава ВТ6 с величиной поверхностного потенциала и характеристиками, полученными рентгеноструктурным методом, что позволило разработать комплексную методику оценки эффективности процесса ионного азотирования компонентов эндопротеза из сплава ВТ6, включающую измерение величины поверхностного потенциала на всех изделиях партии и дополнительный контроль тех из них, которые показали значения потенциала менее +100мВ.

7. Для никелевого жаропрочного сплава показано, что электроэрозионная резка, сопровождающаяся оплавлением поверхностных слоев, приводит к перераспределению в них легирующих элементов, насыщению углеродом и возникновению остаточных растягивающих напряжений 800-1200 МПа.

8. На основе выполненных исследований рекомендовано введение финишной операции удаления поверхностного слоя колеса турбины ТРД вспомогательного типа. Рекомендации использованы предприятием «Аэросила» (г. Ступино, Моск. обл.), что обеспечило повышение эксплутационной надежности двигателя.

1. Ионная химико-термическая обработка сплавов. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана., 1999, 398.

2. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками, (редакция Дж. М. Поута)., М. Машиностроение, 1987,424.

3. Григорянц А.Г., Сафонов А.Н., «Лазерная техника и технология» Кн. 3 Методы лазерной обработки., М., Высшая школа., 1987, ст. 191.

4. Григорянц А.Г., Сафонов А.Н., «Лазерная техника и технология» Кн. 6. Основы лазерного термоупрочнения сплавов. М., Высшая школа, 1988, 156.

5. Колачев Б.А., Габидуллин P.M., Пигузов Ю.В. «Технология термической обработки цветных металлов и сплавов», М., Металлургия, 1992, ст.272.

6. Buchanan R.A., Rigney E.D., Williams J.M.: Ion implantation of surgical Ti6A14V for improved resistance to wear-accelerated corrosion. J. Biomed. Mater. Res.21: 355, 1987.

7. Mekellop H. And Rostlunl N.: The wear behavior of ion-implanted Ti6A14V against HMWPE. J. Biomed. Mater. Res.24: 1413, 1990.

8. Y.Itoh, A. Itoh, H. Azuma, T. Hioki Improving the tribological properties of Ti-6A1-4V alloy by nitrogen-ion impantation // Surface and Coatings Technology 111, (1999) 172-176

9. B.A. Kehler, N.P. Baker et al. Tribological behaviour of high-density polyethylene in dry sliding contact with ion-implanted CoCrMo//Surface and Coatings Technology 114 (1999) 19-28.

10. Банных O.A., Зинченко B.M., Прусаков Б.А., Сыропятов В.Я., «Развитие азотирования в России. Четвертый период (1980- н.в.): новые направления НХТО», журнал "Металловедение и термическая обработка металлов", №4, 2001 г., ст. 3-8

11. П.Погрелюк И.Н., «К вопросу об интенсификации процесса азотирования титановых сплавов», журнал "Металловедение и термическая обработка металлов", №6, 1999г., ст. 9-12

12. Шашков Д.П., «Влияние азотирования на механические свойства и износостойкость титановых сплавов», журнал "Металловедение и термическая обработка металлов", №6, 2001 г., ст. 20-24

13. Петров Л.П., «Внутреннее азотирование жаропрочных сталей и сплавов», журнал "Металловедение и термическая обработка металлов", №1,2001г., ст. 10-14

14. J. Musil, J. VI ek, М. Ruzicka Recent progress in plasma nitriding// Vacuum 59 (2000) 940-951.

15. W. Moller, S. Parascandola, T. Telbizova et.al. Surface processes and diffusion mehanisms of ion nitriding of stainless steel and aluminium// Surface and Coatings Technology 136 (2001) 73-79.

16. Березкина Г.С. «Исследование структуры поверхностных модифицированных слоев титанового сплава ВТ6 при воздействии ионных пучков» Сб. тезисов докладов МНТК "XXIV Гагаринские чтения", М., МАТИ-РГТУ, 1998, с. 119-120.

17. Бецофен С.Я., Петров Л.М., Давыдова Г.С. «Структура и свойства Ti-N, Zr-N, Zr-Nb-N-C ионно-вакуумных покрытий на сталях и твердых сплавах.» Сб. тезисов докладов Российской НТК «Новые материалы и технологии», М.: МАТИ РГТУ, 1998, с 8-9.

18. Давыдова Г.С. «Формирование диффузионного слоя по границе металл- покрытие при ионно-вкуумной обработке.» Сб. тезисовдокладов МНТК

19. XXIII Гагаринские чтения", М., МГАТУ, 1999, с. 254.

20. Бецофен С.Я., Петров JI.M., Давыдова Г.С., Хикс У. «Исследование структуры поверхностных слоев сталей и титановых сплавов при воздействии ионных пучков.» Сб. «Научные труды МАТИ им. К.Э.Циолковского» вып.2(74), М.: Изд. ЛАТМЭС, 1999, с.68-72.

21. Лахтин Ю.М. «Современное состояние процесса азотирования» МиТОМ N7, 1993 г.ст.6-11.

22. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Шпис Г.И., Бемер З.М. «Теория и технология азотирования», М., Металлургия, 1991, с. 319.

23. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н., Химико-термическая обработка металлов., Издательство «Металлургия», 1985, с. 255.

24. Б.Е. Патон, Б.И. Медовар, Г.М. Григоренко, К.Г. Григоренко Структура и свойства сплавов титана с азотом //МиТОМ Nl,1992,c.45-47.

25. Структура и коррозия металлов и сплавов: Атлас, Справ. Изд. / Под ред. Ульянина Е.А. М.: Металлургия, 1989,400с.

26. Федирко В.М. Погрелюк И.М. Азотирование титана и его сплавов. Киев: Наук, думка, 1995, 220с.

27. Кальнер В.Д., Вернер А.К. Влияние кислорода на свойства покрытия на основе нитрида титана, //МиТОМ N4, 1994, с. 10-12.

28. Новикова Е.Н., Лужников Л.П., Кононова В.Ф. «Влияние легирования на процесс азотирования титана и его сплава.», Титановые сплавы. Легирование и термическая обработкатитановых сплавов. Сборник статей (под редакцией Туманова А.Т.)., ОНТИ-1977.,Стр 89-96.

29. Т.А.Панайоти, Г.В. Соловьев / Особенности формирования диффузионных слоевы при ионном азотировании а- и (а+р)-титановых сплавов в интервале температур от 500 до 1000°С , //МиТОМ N6, 1994, с. 8-12.

30. A.D. Wilson, A. Leyland, A. Matthews A comparative study of the influence of plasma treatments, PVD coatings and ion implantation on the tribological performance of Ti-6A1-4V //Surface and Coatings Technology, 111(1999) p.70-80 )

31. S.Rudenija, Duplex TiN coatings deposited by arc plating for increased corrosion resistance of stainless steel substrates// Surface and Coatings Technology 114(1999) 129-136

32. T. Leyendecker and et. al./ The development of the PVD coating TiAIN as a commercial coating for cutting tools // Surface and Coatings Technology 48 (1991) pp. 175-178.

33. M. Zlatanovic and et. al. / Structural, mechanical and optical properties of TiN and (Ti,Al)N coatings // Materials Science vol. 352 (2000) pp. 3542.

34. H. Hasegava, A. Kimura, T. Suzuki TiNxAlxN, TibxZrxN and Tii.xCrxN films synthesized by the AIP method // Surface and Coatings Technology V.132, 2000, pp. 76-79.

35. M.Discerens, J.Patscheider, F.Levy Improving the properties of titanium nitride by incorporation of silicon // Surface and Coatings Technology 108-109(1998) pp. 241-246

36. M. Nose, M. Zhou, T. Nagae, T.Mae, M.Yokota, S. Saji Properties of Zr-Si-N coatings prepared by RF reactive sputtering // Surface and Coatings Technology 132 (2000) pp. 163-168.

37. D.B.Lewis, L.A.Donohue The influence of the yttrium content on structure and properties of Tiix.y.zAlxCryYzN PVD hard coatings //

38. D.B.Lewis, L.A.Donohue, Surface and Coatings Technology 114 (1999) pp.187-199

39. M.Leoni, P.Scardi, S.Rossi and et al. (Ti, Cr)N and Ti/TiN PVD coatings on 304 stainless steel substrates:Texture and residual stress // Thin Solid Films 345(1999) 263-269

40. S. Menzel, Th. Gobel, K. Bartsch., K. Wetzig. Phase transitions in PACVD (Ti, A1)N coatings after annealing // / Surface Coating and Technology, 124 (2000), pp. 190-195.

41. K.H. Lee, C.H.Park, Y.S. Yoon, J.J.Lee. Structure and properties of (Tii.xCrx)N coatings produced by the ion-plating method // /Thin Solid Films, 385 (2001), pp. 167-173.

42. J.O.Kim, J.D.Achenbach, P.B.Mirkarami, M.Shinn, S.A.Barnett, J.Appl.Phys. 72(1992) 1805

43. Da-Yung Wang, Chi-Lung Chang, Cheng-Hsun Hsu, Hua-Ni Lin Syntesis of (Ti,Zr)N hard coatings by unbalanced magnetron sputtering // Surface and Coatings Technology 130 (2000) pp. 64-68.

44. R.L. Boxman, V.N. Zhitomirsky, I. Grimberg, L. Rapoport, S. Goldsmith Structure and hardness of vacuum arc deposited multi-component nitride coatings of Ti, Zr, and Nb // Surface and Coatings Technology 125 (2000) pp.257-262.

45. J. Musil, P. Karvankova, J. Kasl / Hard and super Zr-Ni-N nanocomposite films // Surface and Coatings Technology 139 (2001) pp. 101-109.

46. K.N. Andersen, EJ. Bienk, K.O. Schweitz, H. Reitz, J. Chevallier Deposition, microstructure and mechanical and tribological properties ofmagnetron sputtered TiN/TiAIN multilayers / Surface Coating and Technology, 123 (2000), pp. 219-226.

47. T.S. Li, H. Li, F.Pan Microstructure and nanoidentation hardness of Ti/TiN multilayered films / Surface Coating and Technology, 137 (2001), pp. 225-229.

48. C.J. Tavares, L.Rebouta, M. Andritschky, A. Cavaleiro Mechanical and surface analysis of Ti0.4Al0.6N/Mo multilayers // / Vacuum, 60 (2001), pp. 339-346.

49. M. Zlatanovic, I. Popovic and S. Zlatanovic / Structural, Mechanical and Optical Properties of TiN and (Ti, A1)N Coatings // Materials Science Forum vol. 352 (2000), pp. 35-42.

50. D. Chocot, Y. Benarioua, J. Lesage Hardness measurements of Ti and TiC multilayers : a model // / Thin Solid Films, 359 (2000), pp. 228-235.

51. S. Tixier, P. Boni, h. Van Swygenhoven Hardness enhancement of sputtered Ni3Al/Ni multilayers // Thin Solid films 342 (1999) pp. 188193

52. Петров JI.M. "Формирование фазового состава, структуры и свойств функциональных ионно-плазменных покрытий для деталей широкого применения и инструмента", Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук, М., МАТИ, 2000 г.

53. Петров Л.М., Бецофен С.Я., Дервук В.В. Формирование композиционных износостойких покрытий: состав, технология, состояние подложки, структура. // Научные труды МАТИ, вып. 1(73), 1998 г., изд. Латмэс, С.67-71.

54. Петров Л.М., Лантух А.Ю. Некоторые аспекты поверхностных энергетических процессов, протекающих на катоде электродугового разряда вакуумных установок. // Научные труды МАТИ-60 лет, вып. 3(75), изд. Латмэс, 2000 г., С. 61-65.

55. Петров Л.М., Чертов С.И., Ильин А.А., Назимов О.П. Исследование влияния газонасыщения на структуру и свойства листов из титановых сплавов. // Тезисы докладов научно-методической конференции 25-летия СФМАТИ, Ступино, 1982 г., С. 2.

56. Х.Тж.Гольдшмидт Сплавы внедрения, вып.1, М., 1971, ст.423.

57. М.К. Hibbs, J.-E. Sundgren, B.O.Johansson, В.Е. Jacobson The microstructyre of reactively sputtered Ti-N films containing the Ti2N phase// Acta metall. 1985. Vol. 33. No.5. pp.797-803. (O.C.)

58. У.Пирсон «Кристаллохимия и физика металлов», изд.«Мир», М., 1977, част 2.66. «Физическое металловедение», под ред. Кана, Металлургия, 1987, т.2, 156с.

59. Vykhodets V.B., Kurennykh Т.Е. and Fishman A.Ya., «Identification of Heterogeneous State and Trajectories of Interstitials in the Titanium-Oxygen system using Precise Diffusion Experimenst», "Defect and Diffusion Forum Vols", 1997 г., ст. 143-147

60. Выходец В.Б., Куренных Т.Е., «Механизм атомных перескоков для кислорода в сс-Ti», ФММ, Т.78, №3, 1994 г., 116-122

61. Выходец В.Б., Клоцман С.М., Куренных Т.Е., «Температурная зависимость анизотропии коэффициентов диффузии кислорода в а-Ti», Доклад Академии наук СССР, Т.302, №6, 1988 г.

62. Выходец В.Б., Клоцман С.М., Куренных Т.Е., Лерх П.В., Павлов В.А., «Диффузия кислорода в a-Ti. Исследование диффузии кислорода в твердых растворах систем Ti-O методом ядерных реакций», ФММ, Т.64, №6, 1987 г.

63. V.B.Vykhodets, Т.Е. Kurennykh, A.Ya.Fishman, «Identification of heterogeneous state and trajectories of interstitials in the titanium-oxygen system using diffusion experiment», Defect and Diffusion Forum Vols. 143-147(1997) pp.79-84

64. К. Shinozuka, М. Susa, Т. Maruyama, К. Nagata, «Nitrogen diffusion in 5-TiN and a-Ti(N) at high pressures» Defect and Diffusion Forum Vols., 143-147(1997) pp. 1237-1242

65. Joo Seung Park, Tribological characteristis of ion nitrided sintered steels Surface and Coatings Technology 114 (1999) 169-173

66. P.Gutier, Tribological behaviour of N -or O-doped austenitic stainless-steel magnetron sputter-deposited coatings, Surface and Coatings Technology 114 (1999) 148-155

67. D.B.Lewis, L.A.Donohue, The influence of the yttrium content on structure and properties of Ti^.y.jAlxCryYzN PVD hard coatings, Surface and Coatings Technology 114 (1999)187-199

68. M.H.Shiao, F.S.Shieu Interfacial mechanical properties and fracture morphology of TiN-coated steel wire upon tensile loading, Thin Solid Films 358 (2000)159-165

69. W.D.Sproul Reactively sputtered nitrides and carbides of titanium, zirconium, and hafnium // Vac. Sci.TechnoI. 1986, A4(6), P. 2874-2878.

70. W.Palmer Elemental analysis of thin films and surfaces// Short courses 3rd Internat.Symp. on Trends and New Applications in Thin Films. Strasbourg, France, 1991, pp. 1-25.

71. H.Holleck Material selection for hard coatings // Vac. Sci.TechnoI. 1986, A4(6), P. 2661.

72. D.H.Buckley Ceramic microstructure and adhesion // Vac. Sci.TechnoI. 1985, A3(3), P. 762.

73. A.Matthews, A.R.Lefcow Problems in the physical deposition of titanium nitride // Thin Solid Films, 1985, v. 126, p.283.

74. G.J.Wolfe, C.J.Petrosky, D.T.Quinto The role of hard coatings in carbide milling tools // Vac. Sci.TechnoI. 1986, A4(6), P. 2747.

75. S.Vuorinen, E.Niemy, A.S.Korhonen Microstructural study of TiN-coated threading taps // J.Vac.Sci.Technol.A3(6), 1985, p.2445.

76. W.D.Sproul Reactively sputtered nitrides and carbides of titanium, zirconium, and hafnium // Vac. Sci.Technol. 1986, A4(6), P. 2874.

77. P.Mayr, H.-R.Stock Deposition of TiN and Ti(0,C,N) hard coatings by a plasma assisted chemical vapor deposition process // J.Vac.Sci.Technol.A4(6), 1986, p.2726.

78. A.J.Perry, M.Georgson, C.G.Ribbing The reflectance and color of titanium nitride // Vac. Sci.Technol. 1986, A4(6), P. 2674.

79. A.J.Perry The color of TiN and HfN: Aging effects // Vac. Sci.Technol. 1986, A4(6), P. 2670.

80. J.-E.Sundgreen Structure and properties of TiN coatings // Thin solid films. 1985 N128, p.21

81. D.S.Rikerby Internal stress and adherence of titanium nitride coatings // J.Vac. Sci. Technol. 1986, NA4, p.2809.

82. D.C.Rikerby, B.A.Bellamy, A.M.Jones Internal stress and microstructure of titanium nitride coatings // Surface Eng., 1987, v.3,N2, p.138.

83. L.Chollet, H.Boving, H.E.Hintermann Residual stress measurements of refractory coatings as a nondestructive evaluation // J.Mater. for Energy Systems, 1985, v.6, N 4, p. 293

84. A.J.Perry, L.Chollet States of residual stress both in films and in their substrates // J.Vac. Sci.Technol. 1986, A4(6), P. 2801.

85. H.Suzuki, H.Matsubara, A.Matsuo, K.Shibuki The residual compressive stresses in ion plated Ti(C,N) coatings on carbide alloys // J.Jap.Inst.of Metals, 1985, v.49, N9, P.773.

86. A.J.Perry Tempering effects in ion-plated TiN films: texture, residual stress,adhesion and color// Thin solid films, N 146, p. 165.

87. L.Chollet, A.J.Perry The stress in ion-plated HfN and TiN coatings // Thin solid films, N 123, p.223.

88. H.Dolle The influence of multiaxial stress states, stress gradients and elastic anisotropy on the evaluation of (residual) stresses by X-rays // J.Appl.Cryst., 1979, v.l2,p. 489.

89. H.Dolle, J.B.Cohen Evaluation of (residual) stresses in textured cubic metals // Metallurgical Trans. A , 1980, v. 11 A,p. 831.

90. J.M.Molarius, A.S.Korhonen, E.O.Ristolainen Ti-N phases formed by reactive ion plating // J.Vac. Sci.Technol. 1985, A3(6), P. 2419.

91. W.Konig, R.Fritsch Comparison of the performance of PVD-, PCVD and CVD coated hard metals // Proc.l3th Intern.Plansee Seminar'93, v.3,p.l.

92. Бецофен С.Я., Петров Л.М., Лазарев Э.М., Короткое Н.А. Структура и свойства ионно-плазменных TiN покрытий.// Изв. АН СССР. Металлы, 1990, N3, с. 158-165.

93. Бецофен С.Я., Петров Л.А. Особенности рентгеновского измерения остаточных напряжений в TiN тонких покрытиях.// Изв. АН СССР. Металлы, 1991, N1, с. 179-185.

94. Лазарев Э.М., Петров Л.М., Бецофен С.Я., Короткое Н.А. Структура, состав и термическая стабильность никель-фосфорных покрытий.// Изв. АН СССР. Металлы, 1991, N5, 128-132.

95. Betsofen S. Ya., Specificity of residual stress measurements in TiN coatings. Proceedings of 3rd International Symposium on Trends and New Applications in Thin Films, November 1991, Strasbourg, France, pp. 153-157.

96. Лазарев Э.М., Бецофен С.Я. Фазовый состав, структура, текстура и остаточные напряжения в покрытиях из нитрида и карбида титана на твердых сплавах и сталях. //Физика и химия обработки материалов. 1993, N6, с.60-65.

97. S.Ya.Betsofen. Nondestructive X-ray methods of quality control for thin ceramic coatings. Refractory Metals & Hard Materials , v. 14, (1996) 1-3, pp.213-221.

98. Физические величины, Справочник, Энергоатомиздат, М, 1991, с.567-569.

99. М. Грин "Поверхностные свойства твердых тел" М.: "Мир" 1972, стр195.

100. В.Т. Черепин, И.А. Васильев "Методы и приборы для анализа поверхности материалов. Справочник. Наукова думка. 1982 г. стр.33.

101. А.П. Кальницкий Г.А., А.И. Файнштейн. Измерительная техника" №5 1980 г. стр.56.

102. В.Т. Черепин "Итоги науки и техники. Металловедение и термическая обработка" том 14. М. 1980, стр. 19.

103. Бецофен С.Я., Петров JI.M. Прибор для неразрушающего определения толщины покрытий. Тезисы докладов научно-технической конференции "Покрытия, упрочнение, очистка. Экологически безопасные технологии и оборудование", Москва, 18-21 апреля 1995г., с.45.

104. S.Y.Betsofen Film Thickness Measurements Make TiN Coatings Reliable// TECHNICAL INSIGHTS, INC. Advanced Coatings & Surface Technology/ Copyright, Sept 1996, pp.3-4.

105. С.М. Сарычев, А.И. Чернявский, JI.M. Петров, B.C. Спектор Оценка энергетического состояния поверхности методом измерения контактной разности потенциалов. // Научные труды МАТИ, в.5(77), 2004, с. 96-100.

106. А.А.Ильин, С.Я.Бецофен, Л.М.Петров, А.Н.Луценко, С.М. Сарычев Исследование состояния поверхностных слоев никелевых сплавов после нанесения конденсационно-диффузионных покрытий. // Авиационная промышленность, 2003, №2, с.39-42.

107. С.Я.Бецофен, Л.М.Петров, С.М. Сарычев, В.С.Спектор Дифракционные методы исследования модифицированных поверхностных слоев титановых сплавов. // Научные труды МАТИ, вып.5(77), 2002, с.14-18.

108. С.Я.Бецофен, Л.М.Петров, С.М. Сарычев, А.Н.Луценко, И.О.Банных Формирование текстуры и остаточных напряжений в ионно-плазменных покрытиях. // Труды Всерос. н-т. конф. «Быстрозакаленные материалы и покрытия», М, 2002, с. 66-71.

109. W.B.Pearson "A Handbook of Lattice Spacings and Structures of Metals and Alloys" London, Pergamon Press, 1958, 1044 p.