В основу положен курс лекций, которые авторы читали для студентов, по предметам «Поверхностная обработка и покрытия в машиностроении», «Теория и технология процессов обработки материалов и нанесения покрытий», «Химико-термическая обработка металлов и сплавов». Приведены теоретические представления о поверхностной обработке и современных технологических процессах модифицирования рабочих поверхностей деталей машин в целях обеспечения специальных эксплуатационных свойств, рассмотрены основные методы и способы получения упрочняющих и защитных покрытий, применяемых в машиностроении. Может быть полезна научным сотрудникам научно-исследовательских институтов, инженерно-техническим работникам машиностроительных и металлургических предприятий, занимающимся разработкой покрытий и упрочнением поверхности металлов и сплавов, а также может быть рекомендована как научно-образовательное издание студентам и аспирантам.

Наиболее современное учебное пособие по коррозии и защите металлов и сплавов. Издание отличается универсальностью и охватывает все основные аспекты науки о коррозии и практики противокоррозионной защиты. Наряду с основными принципами электрохимической, атмосферной и высокотемпературной коррозии, включая термодинамические и кинетические стороны явлений, рассмотрены коррозионные свойства важнейших металлов (железо и различные стали, алюминий, медь, никель и их сплавы, титан, кобальт и др.) в различных средах. Рассмотрены методы контроля коррозии, защитные покрытия и электрохимические методы защиты. Изложены современные представления о влиянии на коррозионное поведение металлов и сплавов механических, металлургических и химических факторов. Особое внимание уделено термодинамике и кинетике электрохимических процессов, включая теорию смешанного потенциала, диаграммы Эванса и роль ингибиторов коррозии. Для студентов, аспирантов и преподавателей химических и химико-технологических факультетов, исследователей и разработчиков.

В монографии рассмотрена концептуальная модель синтеза интегрированных технологий с использованием электронных, ионных и плазменных потоков. Приводится методика проектирования технологий на основе интеграции методов обработки деталей в тлеющем разряде и вакуумном дуговом разряде, обеспечивающих улучшенные эксплуатационные свойства и снижающих себестоимость технологического процесса. Рассмотрены закономерности нагрева, распыления и модификации поверхности конструкционных материалов под действием бомбардировки ионами тлеющего разряда, ионными, электронными и плазменными потоками, получаемыми на основе вакуумного дугового разряда. Приводятся новые способы комбинированной ионно-плазменной обработки. Предназначена для научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области электронно-ионно-плазменных технологий.

В конспекте напечатаны материалы лекций семинара, проводимого в г. Каунас (в Каунасском политехническом институте) 15-19 мая 1990 г., и содержит обзор различных методов формирования покрытий и модификации поверхности ионными пучками.

В конспекте напечатаны материалы лекций семинара, проводимого в г. Каунас (в Каунасском политехническом институте) 15-19 мая 1990 г., и содержит обзор различных методов формирования покрытий и модификации поверхности ионными пучками.

В работе исследовано влияние комбинированной обработки, включающей интенсивное пластическое деформирование и ионно-лучевое азотирование, на структуру и триботехнические свойства титанового сплава ВТ1-00. Показано, что интенсивное пластическое деформирование титана, приводящее к образованию в нем субмикрокристаллической структуры и увеличению твердости сплава на 50...60%, практически не оказывает влияния на его триботехнические характеристики при трении без смазочного материала. Имплантация ионов азота в титан при температурах 620...820 К приводит к образованию твердого раствора внедрения азота в матричной а-фазе, что обеспечивает увеличение микротвердости модифицированного слоя 3500...3700 МПа, повышение износостойкости сплава в 30 раз и снижение коэффициента трения на 40%.

Исследован элементный состав и структурно-фазовое состояние поверхностных слоев никеля и титана, легированных в режиме высокоинтенсивной имплантации ионов алюминия на ионно-плазменном, вакуумно-дуговом источнике "Радуга-5". Установлено, что происходит формирование ионно-легированных слоев толщиной до 1000 нм (Ni) и 2000 нм (Ti) в процессе ионной имплантации. Показано, что поверхностные модифицированные слои содержат наноразмерные (средний диаметр 20-70 нм) интерметаллидные фазы Me3Al, MeAl (Me=Ni, Ti) и твердые растворы переменного по глубине состава, соответствующие равновесным диаграммам состояния систем Ni-Al и Ti-Al. Обнаружено, что увеличение дозы облучения титановых мишеней ионами алюминия приводит к росту толщины ионно-легированного слоя и среднего размера зрен интерметаллидных фаз. Установлена обща закономерность в локализации фаз, сформированных в процессе имплантации, по глубине легированных слоев металлов. Поверхностные слои содержат несколько многофазных зон, количество фаз в которых уменьшается по мере удаления о облучаемой поверхности. Область, содержащая интерметаллиды Me3Al, MeAl и наиболее близко расположенная к поверхности, способствует улучшению физико-механических свойств материалов.

Исследованы циклические вольтамперные характеристики формирования биокерамических покрытий на титане в импульсном микроплазменном режиме с помощью компьютерной системы измерений. Показано, что форма циклических вольтамперных характеристик зависит от режимов микроплазменного процесса, состава и концентрации электролита. Использование вольтамперных зависимостей позволяет прогнозировать, конструировать и контролировать качество покрытия в процессе его формирования, так как вольтамперные зависимости отражают динамику роста и качества покрытия.

Исследовано изменение нанотвердости и износостойкости поверхностного слоя, усталостных характеристик образцов сталей 38ХН3МФА и ШХ-15 при облучении высокоэнергетическими пучками ионов Hf + B. Наблюдаемые эффекты связываются с наноструктурированием поверхностного слоя при имплантации композиции ионов, которое исследовалось методами просвечивающей электронной микроскопии.

Исследовано влияние ионно-модифицированного поверхностного слоя на пластичность, эффект памяти формы и мезоструктуру поверхности разрушения сплава Ni50Ti40Zr10. Установлено, что ионная имплантация приводит к повышению микротвердости поверхностного слоя и к общей пластификации сплава. Мезоструктуры поверхностей излома исходных и имплантированных образцов имеют принципиальные различия. В имплантированных образцах непосредственно под облученной поверхностью формируется слой толщиной, кратной размеру зерна В2-фазы, с характерным мезорельефом, отличным от рельефа неимплантированных образцов, и иными пластическими свойствами. В результате данной поверхностной обработки параметры эффекта памяти формы в образцах не ухудшаются, циклическая термостойкость возрастает.

Методами оже-электронной спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии исследованы состав и структура имплантированных Si-слоев монокристаллов никелида титана, различно ориентированных относительно направления ионно-пучкового воздействия. Выявлена роль „мягкой“ [111]В2 и „жесткой" [001]В2 ориентаций NiTi в формировании структуры ионно-модифицированного поверхностного слоя, а также дефектной структуры приповерхностных слоев монокристаллов. Обнаружены ориентационные эффекты селективного распыления и каналирования ионов, контролирующие состав и толщину формирующихся оксидного и аморфного слоев, глубину проникновения ионов и примесей, а также концентрационный профиль распределения Ni на поверхности.

В обзоре рассмотрены особенности процесса образования радиационных дефектов в соединениях и их постимплатационного отжига, закономерности активации внедренных примесных атомов, обеспечивающих электронную или дырочную проводимость слоев, влияние радиационных дефектов на структурные и электрические характеристики получаемых слоев. Обсуждается выбор легирующей примеси для изготовления различных приборных структур на основе InP и InGaAs.

В книге рассмотрены основы нанесения износо-, коррозионно-стойких и теплозащитных покрытий с применением перспективных технологий наплавки, газотермического напыления, лазерной обработки; теоретические предпосылки оптимизации состава наносимых материалов и технологии формирования покрытий. Приведены конкретные примеры современных материалов и технологий для упрочнения изделий машино- и моторостроения, металлургии, авиации. химической промышленности. медицинской техники. Значительное внимание уделено износостойким материалам с избыточной карбидной фазой и включениями твердой смазки, коррозионно-стойким металлополимерным и биокерамическим материалам, теплозащитным композициям на основе диоксид циркония. Представлена информация об импульсно-пламенной обработке напыленных покрытий для образования в них работоспособных неравновесных, аморфизированных структур. Предназначена для научных и инженерно-технических работников в области нанесения защитных покрытий, аспирантов, студентов.

Приведены сведения по использованию и внедрению процессов электроосаждения защитных, декоративных и специальных покрытий, а также по подготовке конструкционных материалов под покрытие. Описаны способы сокращения расхода драгоценных и цветных металлов при внедрении локальных и селективных способов металлопокрытия и иных методов рационального их использования. Приведены технические характеристики оборудования и приборов; составы растворов и режимы для нанесения или снятия гальванических покрытий; даны расчеты норм расхода материалов, оборудования, теплоэлектроэнергии и рабочей силы в гальванических цехах. Второе издание (1-е изд. 1979 г.) переработано и дополнено сведениями по расчету оборудования. кадров и энергоресурсов. Для конструкторов и технологов гальванических цехов и лабораторий.

В издании изложены и обобщены рекомендации по подготовке шлифов для макро- и микроструктурного анализа, рассмотрены основные группы металлических материалов, включая стали на основе системы железо-углерод, стали и сплавы с особыми химическими свойствами, жаропрочные, тугоплавкие металлы и сплавы, даны основные сведения о строении и свойствах сплавов на основе титана, алюминия, меди и цинка. Изложены способы термической обработки сталей и сплавов и влияние различных структурных составляющих на свойства материалов, уделено внимание поверхностному упрочнению металлов и сплавов, и нанесению покрытий с особыми свойствами и их последующей обработке, приведены макро- и микроструктуры сварных соединений. Представлены атласы структур и изломов.

В настоящий тематический сборник включены статьи по проблемам наплавки, напыления, припекания защитных порошковых покрытий, спекания металлических порошков, прочности и теплофизики порошковых покрытий. Включены вопросы модельных представлений и экономики применительно к порошковым покрытиям, а также вопросы геометрии их поверхностей. Материалы сборника могут быть полезными для инженеров и научных работников в области сварочных процессов, процессов нанесения защитных износостойких покрытий, аспирантов и студентов технических вузов, физических и механико-математических специальностей университетов и педвузов.

В учебном пособии, в соответствии с программой дисциплины «Основы трибологии», разработанной специалистами Ассоциации инженеров-трибологов России, изложены основные положения контактного взаимодействия твердых тел, свойства и топография их поверхностей, природа и виды внешнего трения, влияние различных факторов на трение. Описаны различные виды изнашивания, роль смазки, температуры, фрикционности и антифрикционности материалов для деталей сопряжений, основные способы повышения износостойкости материалов и деталей машин. Приведены расчетные методы оценки интенсивности изнашивания наиболее часто встречающихся трибосопряжений. Рассматриваются основные положения моделирования трибологических процессов, методы испытания на трение и изнашивание, а также роль трибологии в решении социально-экономических проблем, обусловленных трибологическими источниками: потери от недовыпуска продукции, потери всех видов ресурсов, ухудшение экологичности, энергетической эффективности различных видов транспорта и др. Пособие рассчитано на студентов технических специальностей, изучающих эту дисциплину или ее разделы в других дисциплинах, аспирантов, научных и инженерно-технических специалистов в области трения, износа и смазки в машинах.

Проведено сравнительное исследование кинетики абразивного изнашивания и износостойкости металлокерамических композитов с карбидной упрочняющей фазой и сплавов на основе железа. Результаты обсуждены с привлечением результатов металлографических исследований структуры материалов. Предложен механизм абразивного изнашивания исследованных композитов.

В учебном пособии, в соответствии с программой дисциплины "Основы трибологии", разработанной специалистами Ассоциации инженеров-трибологов России, изложены основные положения контактного взаимодействия твердых тел, свойства и топография их поверхностей, природа и виды внешнего трения, влияние различных факторов на трение. Описаны различные виды изнашивания, роль смазки, температуры, фрикционности и антифрикционности материалов для деталей сопряжений, основные способы повышения износостойкости материалов и деталей машин. Приведены расчетные методы оценки интенсивности изнашивания наиболее часто встречающихся трибосопряжений, Рассматриваются основные положения моделирования трибологических процессов, методы испытания на трение и изнашивание, а также роль трибологии в решении социально-экономических проблем, обусловленных трибологическим источникам: потери от недовыпуска продукции, потери всех видов ресурсов, ухудшение экологичности, энергетической эффективности различных видов транспорта и др. Пособие рассчитано на студентов технических специальностей, изучающих эту дисциплину или ее разделы в других дисциплинах, аспирантов, научных и инженерно-технических специалистов в области трения, износа и смазки в машинах.

В сборнике содержатся оригинальные работы, посвященные теоретическим и экспериментальным исследованиям процессов, связанных с рассеянием ионов и прохождением ионов через твердое тело; распылением поверхности и изменением ее структуры под действием ионной бомбардировки; вторичной ионной эмиссией; эмиссией электронов, фотонов и рентгеновского излучения при ионной бомбардировке твердого тела; взаимодействием плазмы с поверхностью твердого тела, а также рассмотрены физические основы ионного внедрения и изменения свойств поверхности.

В сборнике приведены доклады, представленные на 8-й Международной конференции "Взаимодействие излучений с твердым телом" (23-25 сентября 2009 г., Минск) и охватывающие следующие тематики: процессы взаимодействия излучений с твердым телом, радиационные эффекты в твердом теле, взаимодействие плазмы с поверхностью, модификация свойств материалов, формирование, структура и свойства покрытий, оборудование для радиационных технологий. Адресуется научным сотрудникам и студентам естественнонаучных факультетов вузов.

Обзор содержит некоторые результаты, касающиеся наращивания тонких металлических пленок, эпитаксиальных слоев, сверхрешеток, сверхпроводящих пленок и др., полученных методами лазерного осаждения из жидкой и газообразной фазы, а также путем распыления в вакууме. Главное внимание уделяется работам ведущих зарубежных фирм и лабораторий. Параметры полученных слоев свидетельствуют о больших возможностях лазерной технологии в изготовлении структур для фотоприемников от видимого до ИК диапазона, а также для корректировки топологии фотошаблонов.

Методами спекл-интерферометрии, электронной. оптической и атомно-силовой микроскопии исследованы структура и закономерности деформирования поверхностных слоев металлов и сплавов при трении. Проанализированы причины локализации деформации. Предлагается объяснение высокой износостойкости стали Гадфильда на основе данных об эволюции структуры поверхностного слоя.

Проведено исследование динамики накопления электрически активных радиационных дефектов при ионном легировании эпитаксиальных пленок Cd2Hg1-xTe с различным распределением состава материала в области внедрения имплантанта. Образцы эпитаксиальных пленок облучались ионами бора при комнатной температуре в непрерывном режиме в диапазоне доз, энергий, плотности тока ионов. Обнаружено, что натуральный логарифм скорости введения электрически активных радиационных дефектов линейным образом зависит от состава материала эпитаксиальной пленки в области среднего проецированного пробега имплантируемых ионов. Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что динамика накопления электрически активных радиационных дефектов определяется составом материала эпитаксиальной пленки в области внедрения имплантируемых ионов.

Представлена топография поверхности трения модельных композитов на основе сталей ШХ15 и Г13 после скольжения при плотности тока свыше 100А/см3, определены износостойкость и вольт-амперная характеристика, скользящего электроконтакта модельный композит - сталь 45.

В работе исследовано влияние ультразвукового модифицирования на структуру и свойства азотированных слоев, полученных в плазме дугового разряда низкого давления. Фрактографический и рентгеноструктурный анализ, а также анализ механических и триботехнических свойств показал, что ультразвуковое модифицирование стали 40Х13 изменяет фазовый состав, увеличивает глубину, микротвердость и износостойкость азотированного слоя.

Изучена структура и абразивная износостойкость углеродсодержащих азотистых покрытий, формирующихся при электронно-лучевой наплавке, в зависимости от способа приготовления наплавочного порошка и содержания в нем углерода.

Определены вольт-амперная характеристика и линейная интенсивность изнашивания модельных спеченных композитов на основе стали в условиях сухого скользящего электрического контакта со стальным контртелом. Установлено, что композит на основе переработанной подшипниковой стали имеет высокие электропроводность и износостойкость при плотности тока выше 200 А/см2. Рассмотрено предположение, что этот эффект является следствием ультрадисперсной структуры этой стали, позволяющей формировать вторичные структуры с высокой пластичностью.

Исследованы механические свойства керамики ZrO2-3 вес. % MgO в зависимости от количественного фазового состава. Показано, что. уровень механических свойств керамики обусловлен количеством моноклинной фазы, содержащейся в материале. Обнаружено, что помимо, механизма трансформационного превращения, полученная керамика упрочнена микротрещинами. Также изучены триботехнические свойства керамик ZrO2=3 вес.% MgO, упрочненной микротрещинами и мартенситным превращением в условиях сухого трения по стали. Обсуждаются факторы, влияющие на поведение такой керамики при трении и износе.

Изучены механизмы изнашивания и износостойкости титана и сплава ВТ6 при трении в условиях граничной смазки. Показано, что созданием ультрамелкозернистой структуры, модификацией поверхности методом высокодозной ионной имплантации и подавлением акустических колебаний можно изменить механизм изнашивания и повысить износостойкость титана и сплава ВТ6.

Определены вольт-амперная характеристика и линейная интенсивность изнашивания модельного композита, содержащего переработанную сталь ШХ15, при скоростях скольжения 2, 5 и 10 м/с. Показано, что при плотности тока больше 100 А/см2 в зоне трения формируются вторичные структуры с хорошей электропроводность, но низкой пластичностью. Установлено, что частицы износа образуются вследствие хрупкого разрушения вторичных структур. Показано, что введение в зону трения сплав Pb-Sn приводит к релаксации механических напряжений, отсутствию износа при скольжении с плотностью тока 250 А/см2 и уменьшению электросопротивления контакта.

Проведено изучение структуры, микротвердости и износостойкости аустенитных покрытий с карбидным упрочнением, нанесенных с помощью аргонодуговой наплавки. Установлено, что в процессе наплавки и старения в покрытии формируется структура с мультимодальным распределением частиц упрочняющей фазы по размерам, которая приводит к равномерному распределению микротвердости и повышению абразивной износостойкости упрочненного слоя.

Изучены химический, фазовый состав и структура слоев, полученных электронно-лучевой наплавкой на воздухе смесей порошков хрома и карбида хрома на низкоуглеродистую сталь. Определена микротвердость слоев по их толщине. Проведены испытания на изгиб, коррозионную стойкость, абразивный износ стали с наплавкой. Рассмотрен предположительный механизм формирования свойства покрытий: твердости, износостойкости, трещиностойкости и прочности на изгиб.

Представлены результаты сравнительного исследования поведения при трении и износе образцов титанового сплава ВТ6, подвергнутых наноструктурированию поверхностного слоя и последующей химико-термической обработке. Показано, что подобная комплексная обработка позволяет увеличить микротвердость приповерхностного слоя с 3.8 до 4.8...5.6 ГПа, а также существенно повысить износостойкость. Влияние предварительного наноструктурирования поверхностного слоя приводит при последующей химико-термической обработке к увеличению толщины поверхностно упрочненного слоя с повышенной микротвердостью до 50...150 мкм по сравнению с образцами, не подвергавшимися предварительной обработке.

Исследовано влияние нанокомпозитных покрытий на основе Fe–Cr–Ni–N, нанесенных на образцы из высокопрочной стали 38ХН3МФА с помощью магнетронного напыления при разном парциальном давлении азота в условиях ионной бомбардировки и нагрева подложки на износостойкость и нанотвердость металлического компонента при работе в паре трения «сталь 38ХН3МФА –полиамид ПА-66». На основании анализа фазового состава, параметра решеток, среднего размера зерен, определенных рентгеноструктурным методом, обсуждается взаимосвязь свойств покрытий с их структурно-фазовым состоянием.

Предложена модель, описывающая распространение фронта превращения в случае обобщенного плоского напряженного состояния, типичного для технологических условий синтеза покрытий на подложке, с учетом связанного характера процессов теплопереноса и деформирования в отсутствие внешнего механического нагружения. В приближении узкого фронта превращения получено стационарное решение. Выделены области параметров модели, в которых изменения температуры продуктов реакции и компонент тензоров напряжений и деформаций имеют различный характер.

Методом электронно-лучевой наплавки в атмосферном воздухе получены многофункциональные хромсодержащие покрытия. С помощью металлографии, электронной микроскопии фольг, рентгенофазового анализа и рентгеновского микроанализа определена структура и проведен подробный анализ химического и фазового состава наплавленных слоев, на основании которого высказаны предположения о природе формирования свойств покрытий - твердости, износостойкости, коррозионной стойкости, жаростойкости.

В работе для анализа свойств изношенных поверхностей различных металлов использованы представления теории фракталов. Определены фрактальные свойства поверхностей после абразивного изнашивания. Показано, что для анализа морфологической структуры изношенных поверхностей применимы как моно- так и мультифрактальные представления; установлено, что фрактальная размерность, рассчитанная в рамках монофрактального подхода, существенно отличается от целого значения, а рассчитанная в рамках мультифрактального подхода также существенно отличается от целого, и ее величина определяется масштабным уровнем, на котором проведены исследования.

Приведены результаты исследований физико-математических и триботехнических свойств композиционных микро- и макрогетерогенных материалов матрично-наполненного типа, содержащих в качестве твердой фазы карбид титана. Показано, что создание многоуровневой демпфирующей структуры позволяет регулировать процесс изнашивания материала, заданием наиболее выгодного для данных условий трения структурного уровня деформирования поверхностного слоя.

В работе представлены трехмерные карты износа диоксида циркония частично стабилизированного окисью иттрия (Y-TZP). Показано, что имеются три характерные области скоростей с разной интенсивностью изнашивания. В условиях мягкого нагружения износостойкость определяется действием механизма трансформационного упрочнения. С повышением скорости вследствие роста температуры этот механизм упрочнения отсутствует, что приводит к резкому росту контактных напряжений, хрупкому термическому разрушению поверхности трения и, как следствие, изнашиванию. При дальнейшем повышении скорости скольжения происходит снижение интенсивности изнашивания материалов вследствие формирования сплошного слоя переноса на поверхности керамики, который залечивает возникающие при трении трещины.