Использование высокочастотной плазмы пониженного давления для получения изотропных свойств металла

И. Ш. Абдуллин, А. А. Хубатхузин

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСОКОЧАСТОТНОЙ ПЛАЗМЫ ПОНИЖЕННОГО

ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ИЗОТРОПНЫХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛА

Ключевые слова: плазма, модификация, вакуум, изотропные свойства, твердость,

микротвердость.

Свойства поверхностных слоев формируются во время обработки твердого тела. Механическая обработка твердых материалов очень часто приводит к возникновению различного рода напряжений. Для образцов изделий, обработанных при воздействии высокочастотной плазмы, наблюдалась ионная полировка, удалось добиться выравнивания твердости по поверхности без снижения среднего значения по всей поверхности. поверхность стала изотропной, следовательно способность всей конструкции выдерживать нагрузки без разрушения увеличивается.

Key words: plasma, modification, vacuum, isotropic properties, hardness, micro-hardness.

Properties of outer zone form during processing the solid body. Machining process of solid material often leads to creating different kinds of voltage. Product sample processed by high-frequency plasma has ion figuring. As a result we were able to reach hardness planarization without lowering the average value over the all surface. The surface became isotropic. Thus load-carrying capacity of all construction became higher.

Свойства поверхностных слоев формируются во время обработки твердого тела. Механическая обработка твердых материалов очень часто приводит к возникновению различного рода напряжений. Нами были проведены исследования металла, полученного холоднокатаным способом. Образец представлял собой пластину с размерами 50х50 мм и толщиной 5 мм. Поверхность пластины была покрыта «сеткой» с шагом 5 мм. В узлах этой сетки были измерены значения твердости до и после обработки в ВЧ-плазме. При проведении измерений нами выявлена высокая неоднородность поверхности образца по твердости, расхождения в значениях могут составлять до 30 % в разных точках пластины. Изменения в величинах твердости или в её распределении по поверхности носит случайный характер.

Эксперименты проводились на ВЧ-плазменной установке индукционного разряда (частота генератора 1,76 МГц) [1]. Установка позволяет регулировать: потребляемую мощность в диапазоне от 0,5 до 1,5 кВт, рабочее давление от 13,3 до 133 Па, расход плазмообразующего газа до 0,12 г/с, в качестве плазмообразующего газа использовалась смесь технического аргона и пропан-бутан в соотношении 70% и 30%. Пластину устанавливали перпендикулярно потоку плазмы. Струя плазмы в рассматриваемом диапазоне параметров позволяет нагревать образец до 1000°С. Установлено, что в результате воздействия ВЧ плазмы пониженного давления на поверхности образцов образуется модифицированный поверхностный слой, микротвердость этого слоя увеличивается на 30%.

Рис. 1 - Значения твёрдости металла до обработки

Рис. 2 - Покрытие на поверхности образца после цементации

Однако выравнивания значения твердости добиться всё же не удалось.

Как видно из рисунка 3 значения твёрдости металла лежат в довольно широком интервале. Для получения изотропности мы подали дополнительноый потенциал на образец, в результате чего увеличелась концентрация заряженных частиц в плазме и создано такое распределение электрического поля, которое позволило более равномерно обрабатывать поверхность пластины. Для образцов изделий, обработанных при описанных выше режимах, наблюдалась ионная полировка, удалось добиться выравнивания твердости по поверхности без снижения среднего значения по всей поверхности. поверхность стала изотропной, следовательно способность всей конструкции выдерживать нагрузки без разрушения увеличивается.

Рис. 3 - Значения твёрдости металла после обработки в среде аргона и пропан-бутана

Видно, что интервал твёрдости металла после подачи дополнительного потенциала значительно сузился.

Это объясняется тем, что в результате воздействия ВЧ-плазмы пониженного давления происходит насыщение поверхностных слоев атомами плазмообразующих газов (Аг, С). При подаче дополнительного потенциала происходит обработка не только микровыступов пластины, а всей поверхности.

Литература

1. Абдуллин И.Ш., Желтухин В.С., Кашапов Н.Ф. Высокочастотная плазменно-струйная обработка материалов при пониженных давлениях. Теория и практика применения. - Казань: Изд-во Казан. ун-та, 2000. - 348с.

© И. Ш. Абдуллин - д-р техн. наук, проф. зав. каф. плазмохимических и нанотехнологий высокомолекулярных материалов КГТУ; А. А. Хубатхузин - канд. техн. наук, доц. каф. вакуумной техники электрофизических установок КГТУ, al_kstu@mail.ru.