Структура и свойства алюминия, подвергнутого комбинированной электронно-ионно-плазменной обработке

Abstract

Целью работы являлось обнаружение и анализ закономерностей эволюции структуры и трибологических свойств образцов технически чистого алюминия, подвергнутых комбинированной электронно-ионно-плазменной обработке. Комбинированная обработка поверхности технически чистого алюминия заключалась в азотировании (550 °С, (1–7) часов) в плазме несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом при низком давлении (1 Па), последующем напылении покрытия нитрида циркония толщиной 0,5 мкм и облучении системы «покрытие / подложка» интенсивным импульсным электронным пучком. Напыление твердого покрытия осуществляли на вакуумной ионно-плазменной установке, оснащенной электродуговыми испарителями (источники металлической плазмы на основе дугового разряда с катодным пятном) и плазменными источниками на основе несамостоятельного дугового разряда с накаленными катодами. В качестве материала испаряемого катода использовали технически чистый цирконий. Облучение системы «покрытие / подложка» осуществляли на установке, оснащенной электронным источником на основе импульсного дугового разряда низкого давления с сеточной стабилизацией границы катодной плазмы и открытой границей анодной плазмы. Облучение системы «покрытие / подложка» осуществляли при параметрах пучка электронов (10 Дж/см2; 150 мкс; 10 имп.; 0,3 с–1), позволяющих проводить плавление тонкого поверхностного слоя алюминия. Выявлен режим комбинированной обработки, приводящий к многократному повышению износостойкости и снижению коэффициента трения технически чистого алюминия. Показано, что основной причиной повышения трибологических свойств материала является формирование многослойной многофазной нанокристаллической структуры, представленной оксинитридным покрытием на основе циркония, сформированном на слое нитрида алюминия, образованном в результате предварительного азотирования и модифицированном в результате облучения интенсивным импульсным электронным пучком.