К вопросу о наноразмерных явлениях в процессе электроакустического напыления

Введение. Исследовано действие варьируемых параметров процесса электроакустического напыления (ЭЛАН) на характеристики кристаллической структуры упрочняющих покрытий. Выявлены значения указанных параметров, обеспечивающие получение наноструктурных защитных покрытий деталей машин и режущего инструмента. Упрочнение при помощи подобных покрытий позволяет достичь значительного (в 5–10 раз) повышения ресурса работы упрочняемых деталей и инструментов, предназначенных для механообработки. Для получения покрытий с заданными свойствами поверхностного слоя следует выбирать нанокристаллические материалы. При этом допустимо определенное содержание аморфной фазы.

Материалы и методы. Использован рентгеноструктурный анализ, который проводился на рентгеновском дифракционном аппарате отечественного производства «ДРОН-3М». Метод Шеррера — Вилсона применен с целью определения зернистости блоков частиц по значению физического уширения пиков дифрактограммы. Выводы по результатам работы основаны на методике разделения вкладов значащих факторов в уширение пиков дифракционных отражений (метод Уоррена — Авербаха).

Результаты исследования. В зависимости от технологических режимов и метода получения наноструктурных материалов происходит неоднозначно интерпретируемое изменение показателей уширения дифракционных пиков, что, в общем, характерно для нанокристаллических металлов. Это явление можно объяснить, в частности, наличием наноразмерного эффекта в упрочненном слое. Присутствие нанокристаллической структуры в напыленном слое напрямую подтверждается вычисленными значениями размеров областей когерентного рассеивания (ОКР). Наличие значимых величин угла разориентирования структуры кристаллов подтверждается величиной ОКР для исследованных рефлексов 110 и 220, что подкрепляется высоким процентным содержанием аморфной фазы.

Обсуждение и заключения. Метод электроакустического напыления перспективен для получения нанокристаллических структур в поверхностном и приповерхностном слоях напыленных образцов. Изменение технологических параметров ЭЛАН приводит к разбросу значений параметров кристаллической решетки и областей когерентного рассеивания. В этом случае не выявляется определенная тенденция. В дальнейшем предполагается решение данной проблемы. Во-первых, будут проведены эксперименты с целью определения оптимальных режимов напыления, способствующих образованию нанокристаллических структур. Во-вторых, планируется визуальное наблюдение и оценка структуры напыляемого слоя при помощи электронной микроскопии.

1. Гусев, А. И. Нанокристаллические материалы / А. И. Гусев, А. А. Ремпель. — Москва : Физматлит; Наука, 2001. — 222 с.

2. Валиев, Р. З. Объемные наноструктурные металлические материалы: получение, структура и свойства/ Р. З. Валиев, И. В. Александров. — Москва : Академкнига, 2007. — 397 с.

3. Минаков, В. С. Разработка комплексных механических и электрофизических процессов обработки на основе использования энергии трансформируемых ультразвуковых колебаний : дис. … д-ра тех. наук / В. С. Минаков. — Ростов-на-Дону, 1989. — 350 c.

4. Кочетов, А. Н. Барьерно-дислокационный механизм упрочнения деталей машин методом электро-акустического напыления : дис. … канд. тех. наук. — Ростов-на-Дону, 1996. — 185 с.

5. Влияние материалов с различными физико-механическими свойствами на износостойкость режущего инструмента, упрочненного методом электроакустического напыления / В. С. Минаков [и др.] // Технологии ремонта, восстановления и упрочнения деталей машин, механизмов, оборудования, инструмента и технологической оснастки : мат-лы 9-й междунар. практ. конф. — Санкт-Петербург, 2007. — С. 23–29.

6. Усманский, Я. С. Физика металлов / Я. С. Усманский, Ю. А. Скаков. — Москва : Атомиздат, 1978. — 445 с.

7. Вишняков, Я. Д. Современные методы исследования структуры деформированных кристаллов / Я. Д. Вишняков. — Москва : Металлургия, 1975. — 104 с.

8. Горелик, С. С. Рентгенографический и электронно-оптический анализ / С. С. Горелик, Ю. А. Скаков, Л. Н. Расторгуев. — Москва : МИСИС, 1994. — 336 с.

9. Кофанов, Н. Б. О размерных эффектах в титанате бария / Н. Б. Кофанов, Ю. А. Куприна, М. Ф. Куприянов // Известия Академии наук. — 2002. — Т. 66, №6. — С. 839–841. — (Серия физическая).

10. Аль-Тибби, В. Х. Влияние дисперсности микроструктуры покрытий, получаемых методом электро-акустического напыления, на износостойкость режущего инструмента : дис. … канд. тех. наук / В. Х. Аль-Тибби. — Ростов-на-Дону, 2006. — 210 с.