Аномальное повышение микротвердости поверхностных слоев алюминиевых сплавов после лазерного легирования медью и железом
Методами рентгеновского фазового и металлографического анализов исследованы закономерности структурообразования в поверхностных слоях алюминия при повторном лазерном легировании смесью порошков меди и железа. Показано, что увеличение температуры подложки приводит к формированию более однородной зоны...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Металл и литье Украины |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104351 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Аномальное повышение микротвердости поверхностных слоев алюминиевых сплавов после лазерного легирования медью и железом / В.В. Гиржон, А.В. Смоляков, И.В. Танцюра // Металл и литье Украины. — 2009. — № 11-12. — С. 34-36. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-104351 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1043512016-07-09T03:02:05Z Аномальное повышение микротвердости поверхностных слоев алюминиевых сплавов после лазерного легирования медью и железом Гиржон, В.В. Смоляков, А.В. Танцюра, И.В. Методами рентгеновского фазового и металлографического анализов исследованы закономерности структурообразования в поверхностных слоях алюминия при повторном лазерном легировании смесью порошков меди и железа. Показано, что увеличение температуры подложки приводит к формированию более однородной зоны лазерного легирования, которая содержит квазикристаллическую фазу. Методами рентгенівського фазового та металографічного аналізів досліджено закономірності структуроутворення в поверхневих шарах алюмінію при повторному лазерному легуванні сумішшю порошків міді та заліза. Показано, що підвищення температури підкладки призводить до формування більш однорідної зони лазерного легування, яка містить квазікристалічну фазу. X-ray diffraction and metallographic methods were used to study the regularities of the structure formation in the surface layers of aluminum upon double laser alloying with copper and iron powders. It is shown, that the increase in temperature of a substrate leads to formation of more homogeneous zone of laser alloying which contains quasicrystalline phas. 2009 Article Аномальное повышение микротвердости поверхностных слоев алюминиевых сплавов после лазерного легирования медью и железом / В.В. Гиржон, А.В. Смоляков, И.В. Танцюра // Металл и литье Украины. — 2009. — № 11-12. — С. 34-36. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104351 669.71:669.058:539.24'25 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Методами рентгеновского фазового и металлографического анализов исследованы закономерности структурообразования в поверхностных слоях алюминия при повторном лазерном легировании смесью порошков меди и железа. Показано, что увеличение температуры подложки приводит к формированию более однородной зоны лазерного легирования, которая содержит квазикристаллическую фазу. |
| format |
Article |
| author |
Гиржон, В.В. Смоляков, А.В. Танцюра, И.В. |
| spellingShingle |
Гиржон, В.В. Смоляков, А.В. Танцюра, И.В. Аномальное повышение микротвердости поверхностных слоев алюминиевых сплавов после лазерного легирования медью и железом Металл и литье Украины |
| author_facet |
Гиржон, В.В. Смоляков, А.В. Танцюра, И.В. |
| author_sort |
Гиржон, В.В. |
| title |
Аномальное повышение микротвердости поверхностных слоев алюминиевых сплавов после лазерного легирования медью и железом |
| title_short |
Аномальное повышение микротвердости поверхностных слоев алюминиевых сплавов после лазерного легирования медью и железом |
| title_full |
Аномальное повышение микротвердости поверхностных слоев алюминиевых сплавов после лазерного легирования медью и железом |
| title_fullStr |
Аномальное повышение микротвердости поверхностных слоев алюминиевых сплавов после лазерного легирования медью и железом |
| title_full_unstemmed |
Аномальное повышение микротвердости поверхностных слоев алюминиевых сплавов после лазерного легирования медью и железом |
| title_sort |
аномальное повышение микротвердости поверхностных слоев алюминиевых сплавов после лазерного легирования медью и железом |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2009 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104351 |
| citation_txt |
Аномальное повышение микротвердости поверхностных слоев алюминиевых сплавов после лазерного легирования медью и железом / В.В. Гиржон, А.В. Смоляков, И.В. Танцюра // Металл и литье Украины. — 2009. — № 11-12. — С. 34-36. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT giržonvv anomalʹnoepovyšeniemikrotverdostipoverhnostnyhsloevalûminievyhsplavovposlelazernogolegirovaniâmedʹûiželezom AT smolâkovav anomalʹnoepovyšeniemikrotverdostipoverhnostnyhsloevalûminievyhsplavovposlelazernogolegirovaniâmedʹûiželezom AT tancûraiv anomalʹnoepovyšeniemikrotverdostipoverhnostnyhsloevalûminievyhsplavovposlelazernogolegirovaniâmedʹûiželezom |
| first_indexed |
2025-07-07T15:15:07Z |
| last_indexed |
2025-07-07T15:15:07Z |
| _version_ |
1837001665850376192 |
| fulltext |
34 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11-12, 2009
Введение
Квазикристаллы имеют ряд таких уникальных
свойств, как низкий коэффициент трения, высо-
кая прочность, износостойкость, низкие электро-
и теплопроводности, что дает предпосылку к их
широкому применению в промышленности. Од-
нако возможность использования сплавов, ко-
торые содержат в себе квазикристаллическую
фазу, существенно ограничивается высокой
хрупкостью и низкой деформируемостью ква-
зикристаллической фазы при комнатной темпе-
ратуре. Поэтому квазикристаллы применяют в
качестве покрытий и тонких пленок. В научной
практике существует ряд методов получения
квазикристаллических покрытий: газотермиче-
ское напыление [1], лазерное легирование (ЛЛ)
[2], электронно-лучевое осаждение [3].
В ряде исследований [3, 4] было установлено,
что квазикристаллическая структура формиру-
ется лишь при неравновесных условиях кристал-
лизации, которые обеспечиваются сверхвысо-
кими скоростями нагрева и охлаждения распла-
вов (~ 104-105 К/с). Поэтому целью работы было
исследование влияния скорости охлаждения на
формирование квазикристаллической структуры
в поверхностных слоях алюминия после лазерно-
го легирования порошками меди и железа путем
изменения температуры подложки.
Материалы и методы исследовния
В работе исследовались образцы технически
чистого алюминия после двукратного ЛЛ смесью
порошков меди и железа (в атомарном соотно-
шении 2:1 соответственно), полученных газовым
распылением. Легирующие элементы наносились
на поверхность образцов в виде обмазки из сме-
си порошков на основе клея БФ-6. Согласно дан-
ным работы [2], при легировании использовалась
оптимальная толщина обмазки − 100 мкм. С це-
лью увеличения упрочненного слоя выполнялось
двукратное ЛЛ на импульсном лазере «Квант-12»
(λ = 1,079 мкм, τ = 4 мс) с плотностью мощности
∼ 200 МВт/м2. Лазерное легирования проводили
при температурах подложки 77, 293 и 473 К.
УДК 669.71:669.058:539.24'25
В. В. Гиржон, А. В. Смоляков, И. В. Танцюра
Запорожский национальный университет, Запорожье
АНОМАЛЬНОЕ ПОВЫШЕНИЕ МИКРОТВЕРДОСТИ
ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
ПОСЛЕ ЛАЗЕРНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ МЕДЬЮ И ЖЕЛЕЗОМ
Методами рентгеновского фазового и металлографического анализов исследованы закономерно-
сти структурообразования в поверхностных слоях алюминия при повторном лазерном легировании
смесью порошков меди и железа. Показано, что увеличение температуры подложки приводит к фор-
мированию более однородной зоны лазерного легирования, которая содержит квазикристалличе-
скую фазу.
Ключевые слова: алюминий, лазерное легирование, квазикристаллическая фаза, кристаллизация,
порошки металлов.
Структурные изменения и фазовый состав
поверхностных слоев контролировались с по-
мощью рентгеноструктурного (ДРОН-3М, СоKα-
излучение) и металлографического (Axio Imager
A1m/�1m) методов. �змерение микротвердо-1m/�1m) методов. �змерение микротвердо-m/�1m) методов. �змерение микротвердо-/�1m) методов. �змерение микротвердо-�1m) методов. �змерение микротвердо-1m) методов. �змерение микротвердо-m) методов. �змерение микротвердо-) методов. �змерение микротвердо-
сти проводили на микротвердомере ПМТ-3.
Результаты и их обсуждение
Согласно данным рентгеновского фа-
зового анализа (рис. 1), лазерное легиро-
вание порошками меди и железа с темпе-
ратурой подложки 473 К приводило к фор-
мированию в поверхностных слоях алюми-
ния кроме икосаэдрической ψ-фазы еще и
кубической β-фазы (Al (Cu,Fe), структур-
ный тип CsCl), α-фазы (ГЦК-фазы на осно-
ве алюминия) и тетрагональной θ-фазы
(Al
2
Cu) с параметрами решетки a = 0,607 и
с = 0,488 нм.
Рис. 1. Дифрактограмма от поверхности образца по-
сле двукратного ЛЛ смесью порошков железа и меди
в соотношении 1:2 с температурой матрицы 473 К
130
МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11-12, 2009 35
при ЛЛ с температурой подложки 293 К (рис. 5).
При этом фиксировалось существенное увели-
чение интенсивности дифракционных максиму-
мов от решетки β-фазы по сравнению с образца-
ми после ЛЛ при более высоких температурах.
Микроструктура ЗЛЛ, полученных при тем-
Данные металлографического анализа свиде-
тельствовали о том, что после ЛЛ формировалась
лишь одна зона − зона лазерного легирования
(ЗЛЛ). В ЗЛЛ выявлялись участки с разной морфо-
логией фаз: игольчатой и равноосной. Необходимо
отметить, что фаза с игольчатой морфологией об-
разовывалась преимущественно в нижней части
ЗЛЛ, с направлением роста зерен в сторону мак-
симального отвода тепла, а с равноосной морфо-
логией − в приповерхностных слоях (рис. 2). Резкое
возрастание значений микротвердости в поверх-
ностных слоях (практически в 30 раз по сравнению
с исходным состоянием), подтверждает ретгено-
графические данные о формировании икосаэдри-
ческой ψ-фазы в ЗЛЛ, что согласуется с работой
[2]. По мере приближения к границе ЗЛЛ и матри-
цы значения микротвердости снижаются (рис. 3).
Лазерное легирование при температуре
подложки 293 К приводило к формированию в
ЗЛЛ α-фазы, β-фазы, ψ-фазы и гексагональной
ε-фазы (Al
2
Cu
3
) с параметрами решетки а = 0,413,
с = 0,509 НМ (рис. 4). Увеличение скорости охлаж-
дения путем снижения температуры подложки
приводило к формированию тех же фаз, что и
а
б
Рис. 2. Микроструктура ЗЛЛ после
ЛЛ смесью железа и меди (1:2) с тем-
пературой подложки 473 К: равноо-
сные (а), игольчатые (б)
Рис. 4. Дифрактограмма от поверхности образ-
цов после двукратного ЛЛ смесью порошков же-
леза и меди в соотношении 1:2 с температурой
подложки 293 К
130
Рис. 3. Распределение микротвердости по глуби-
не ЗЛЛ
Рис. 5. Дифрактограмма от поверхности образцов по-
сле двукратного ЛЛ смесью порошков железа и меди в
соотношении 1:2 с температурою подложки 77 К
130
36 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11-12, 2009
1. Газотермічні покриття, що містять квазікристалічну фазу, властивості і
застосування (огляд) / Ю. С. Борисов, А. Л. Борисова, Л. І. Адєєва та ін.
//Фізика і хімія твердого тіла. – 2005. – Т. 6, № 1. – С. 124-136.
2. Гиржон В. В., Смоляков А. В., Танцюра И. В. Структурное состояние
поверхностных слоев алюминия после лазерного легирования сме-
сью порошков меди и железа // Физика металлов и металловедение.
– 2008. – Т.106, № 4. – С.1-6.
3. Адєєва Л. І., Борисов А. Л. Квазікристалічні сплави як новий перспективний матеріал для захисних
покриттів /Фізика і хімія твердого тіла. – 2002. – Т. 3, № 3. – С. 454-465.
4. Синтез и стабильность Ti-Zr-Ni-квазикристаллов // В. М. Ажажа, А. М. Бовда, С. Д. Лавриненко и др.
// Вопросы атомной науки и техники. – 2007. – № 4. – С. 82-87.
ГІРжОН В. В., СМОЛяКОВ О. В., ТАНЦЮРА І. В. Аномальне підвищення мікротвердості
поверхневих шарів алюмінієвих сплавів після лазерного легування міддю та
залізом
Методами рентгенівського фазового та металографічного аналізів досліджено закономірності
структуроутворення в поверхневих шарах алюмінію при повторному лазерному легуванні сумішшю
порошків міді та заліза. Показано, що підвищення температури підкладки призводить до формуван-
ня більш однорідної зони лазерного легування, яка містить квазікристалічну фазу.
Ключові слова: алюміній, лазерне легування, квазікристалічна фаза, кристалізація, порошки
металів.
GIrZhoN V. V., S�olyAKoV o. V., TANTSIurA I. V. The anomalous increasing of
microhardening in surface layers of aluminium alloys after the laser alloying by copper
and iron
X-ray diffraction and metallographic methods were used to study the regularities of the structure formation
in the surface layers of aluminum upon double laser alloying with copper and iron powders. It is shown, that
the increase in temperature of a substrate leads to formation of more homogeneous zone of laser alloying
which contains quasicrystalline phas.
Keywords: aluminium, laser alloying, quasi-crystalline phase, crystallisation, powders of metals.
которая сформировалась при температуре под-
ложки 473 К. Образование такой гетерогенной
структуры привело к немонотонному распреде-
лению микротвердости по глубине ЗЛЛ (рис. 6.).
Таким образом, было установлено, что из-
мененение температуры подложки существен-
но влияет на фазовый состав, микроструктуру и
распределение микротвердости в ЗЛЛ. Следует
отметь, что в ЗЛЛ всех образцов наблюдались
дефекты в виде пор и микротрещин, устранение
которых требует проведения дальнейших иссле-
дований.
Выводы
Повышение температуры подложки при ЛЛ
приводит к формированию покрытия, содержа-
щего квазикристаллическую фазу с более одно-
родной структурой и, как следствие, с более рав-
номерным распределением микротвердости по
глубине зоны.
пературах подложки 293 и 77 К, имела более
неоднородный характер по сравнению с ЗЛЛ,
Рис. 6. Распределение микротвердости по глубине
ЗЛЛ: 1 - ЛЛ при температуре 77 К; 2 - ЛЛ при темпе-
ратуре 293 К
h, мкм
|