Элементный состав приповерхностных азотированных слоев в титане

Представленные выше результаты исследования пространственного распределения легирующих атомов после воздействия КПП позволили установить их глубокое проникновение (до 28 мкм), осуществляемое в условиях конвективного массо- переноса. Совокупность экспериментальных результатов, полученных с помощью методов ОЭС и ВИМС, показала, что глубина проникновения азота в титане существенно ниже глубины проникновения атомов легирующих элементов.

Данные ОЭС показывают, что концентрация азота в поверхностном слое резко снижается с глубиной и зависит от плотности поглощенной энергии (рис. 4.1).

Так, при воздействии КПП на титан при Q = 13 Дж/см2 поверхностная концентрация азота составляет 40-45 ат.%. Глубина проникновения азота при этом соответствует 10 мин распыления при ОЭС исследовании, что при средней скорости

Распределение азота по глубине в приповерхностном слое титана после воздействия КПП при Q= 13 Дж/см (1) и Q = 35 Дж/см (2) (результаты ОЭС)

Рис. 4.1. Распределение азота по глубине в приповерхностном слое титана после воздействия КПП при Q= 13 Дж/см2 (1) и Q = 35 Дж/см2 (2) (результаты ОЭС)

распыления материала, равной ~ 0,15 мкм/мин, соответствует глубине 1,5 мкм. При увеличении Q до 35 Дж/см2 поверхностная концентрация азота практически не изменяется, оставаясь на уровне 40-45 ат.%, однако одновременно с этим происходит уменьшение глубины его проникновения, которая соответствует 4 мин распыления и составляет, следовательно, ~ 0,5 мкм, концентрация азота в нижележащем слое при этом также снижается [174].

Снижение глубины проникновения азота в поверхностном слое титана при увеличении плотности поглощенной энергии КПП выявлено также с помощью ВИМС (рис. 4.2). Постоянное значение концентрации азота непосредственно на поверхности соответствует обнаруженной с помощью ОЭС и составляет 40- 45 ат.%.

Ввиду того, что титан обладает высоким химическим сродством к азоту и способен активно образовывать нитриды, в первую очередь TiN, это может оказывать существенное влияние на процесс азотирования его поверхности при воздействии КПП. Для установления общих закономерностей этого процесса были проведены аналогичные эксперименты по воздействию КПП на

Распределение азота по глубине в приповерхностном слое титана после воздействия КПП при Q- 13 Дж/см (1) и Q - 35 Дж/см (2) (результаты ВИМС)

Рис. 4.2. Распределение азота по глубине в приповерхностном слое титана после воздействия КПП при Q- 13 Дж/см2 (1) и Q - 35 Дж/см2 (2) (результаты ВИМС)

низкоуглеродистую сталь 3 при плотности поглощенной энергии 18-38 Дж/см2. В этом случае результаты ОЭС позволили также установить, что с повышением плотности поглощенной энергии от 18 до 38 Дж/см2 происходит уменьшение глубины проникновения азота, причем его концентрация остается неизменной непосредственно на поверхности образца, которая составляет ~ 14 ат.% (рис. 4.3).

Так как формирование компрессионного плазменного потока в МПК происходит в остаточной атмосфере азота, то его концентрация в приповерхностных слоях обрабатываемых материалов должна определяться не только плотностью поглощенной энергии, но и также содержанием частиц (ионов, атомов, молекул) азота в окружающей атмосфере, т. е. давлением остаточной атмосферы.

В связи с этим были проведены эксперименты по воздействию КПП на титан и низкоуглеродистую сталь 3 при различном давлении остаточной атмосферы, которое изменялось от 0,4 кПа (3 Торр) до 6,5 кПа (50 Торр). Напряжение на батарее конденсаторов оставалось по-прежнему 4,0 кВ, а расстояние от поверхности образца до среза электродов - 12 см.

Методом ОЭС (рис. 4.4) выявлено, что с повышением давления от 0,4 до 6,5 кПа происходит увеличение поверхностной концентрации азота в стали 3 от 10 до 25 ат.%, и одновременно с этим увеличивается глубина его проникновения, соответству-

Распределение азота по глубине в приповерхностном слое стали 3 после воздействия КПП при Q = 18 Дж/см (1) и Q = 38 Дж/см(2) (результаты ОЭС)

Рис. 4.3. Распределение азота по глубине в приповерхностном слое стали 3 после воздействия КПП при Q = 18 Дж/см2 (1) и Q = 38 Дж/см2(2) (результаты ОЭС)

Распределение азота по глубине в приповерхностном слое стали 3 после воздействия КПП при р = 6,5 кПа (7), р = 4,0 кПа (2), р = 1,3 кПа (2) и р = 0,4 кПа (4) (результаты ОЭС)

Рис. 4.4. Распределение азота по глубине в приповерхностном слое стали 3 после воздействия КПП при р = 6,5 кПа (7), р = 4,0 кПа (2), р = 1,3 кПа (2) и р = 0,4 кПа (4) (результаты ОЭС)

Распределение азота по глубине в приповерхностном слое титана после воздействия КПП при р = 0,4 кПа (/) и р = 6,5 кПа (2) (результаты ОЭС)

Рис. 4.5. Распределение азота по глубине в приповерхностном слое титана после воздействия КПП при р = 0,4 кПа (/) и р = 6,5 кПа (2) (результаты ОЭС)

ющая 2 и 10 мин распыления. Принимая как и ранее, скорость распыления равной 0,15 мкм/мин, указанные глубины соответствуют 0,3 и 1,5 мкм. В случае воздействия КПП на титан концентрация азота в поверхностном слое практически не зависит от давления остаточной атмосферы и составляет около 45 ат.%, при этом глубина проникновения азота также остается постоянной (рис. 4.5).

Однако следует отметить, что с повышением давления при постоянном напряжении на батарее конденсаторов и постоянном расстоянии между образцом и электродом снижается мощность плазменного потока, которой недостаточно для плавления поверхностного слоя при максимальном значении давления 6,5 кПа. Тем не менее данный режим воздействия КПП обеспечивает максимальную концентрацию азота в модифицированном слое стали, что может указывать на преимущественную диффузию азота в твердой фазе.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >