"Механики XXI веку" №16 2017

Механики XXI веку. №16 2017 г.

196

тропечь выключалась, и при достижении температуры в камере в 293К. в нее запускался воз-

дух.

Приведенная технология обезводораживания снижает концентрацию водорода в по-

верхностном слое материала. Однако, согласно [6], через некоторое время в условиях покоя

концентрация водорода восстанавливается вследствие его десорбции из глубины материала в

поверхностный слой. По этой причине, необходимо заполнить образовавшиеся при десорб-

ции водорода «пустоты» до восстановления его концентрации во всем объеме образца. Та-

ким образом, необходима комплексная технологическая обработка (КО) поверхностей тре-

ния деталей машин, которая может включать термическую обработку (ТО), высоковакуум-

ный отжиг (ВО) и ионную имплантацию (ИМ).

Одним из элементов способных снизить водородное изнашивание может являться

кремний. Внедрение ионов кремния в структуру кристаллической решетки после обезводо-

раживания, потенциально, позволит не только создать карбиды в поверхностном слое, но и

дает возможность ионам кремния занять вакансии, образовавшиеся после десорбции водоро-

да. Энергия связи и коэффициент диффузии ионных пар определяются обоими ионами.

С целью повышения износостойкости обезводороженные образцы были подвержены

ионной имплантации (ИМ). Ионное имплантирование осуществлялось на установке Везувий

3-М. В качестве имплантируемого элемента был выбран кремний. Внедрение ионов кремния

в структуру кристаллической решетки после обезводораживания потенциально позволяет не

только создать карбиды в поверхностном слое, но и дает возможность ионам кремния занять

вакансии, образовавшиеся после десорбции водорода. Ионная имплантация проводилась с

энергией ионов Е = 400 кэВ; плотностью тока ионного пучка j = 60 мкА/см

; дозой облуче-

ния Q = 1000 мкКул /см

; углом наклона ионного пучка 7

. Перед помещением образца в ка-

меру установки он нагревался до температуры 220

С.

Одной из причин эффективности предложенной технологии может являться то, что

при обезводораживании в поверхностном слое образца снижается количество биографиче-

ского водорода. В то же время при ионной имплантации поверхностный слой насыщается

ионами кремния, часть которых может образовать карбиды в поверхностном слое, часть ио-

нов может заполнить собой дефекты кристаллической решетки, такие как вакансии и дисло-

кации, часть ионов может оседать в междоузлиях решетки, создавая твердый раствор вне-

дрения. Все это может препятствовать атомарному водороду, выделившемуся из смазочного

материала или водородной среды, интенсивно проникать в поверхностный слой и концен-

трироваться в дефектах и, как следствие, приводить к водородному изнашиванию и водород-

ному охрупчиванию деталей.

Образцы после ТО, ТО + ВО, ТО + ИМ и комплексной обработки (КО) были испыта-

ны на износ. Все образцы были подвержены термической обработке. В качестве контртел

выступала термически обработанная сталь 40х с твердостью и шероховатостью идентичной

испытуемому образцу. Нагрузка составляла

P = 50 Н

. В процессе испытаний измеряли износ

по массе каждые 1000 метров. За данный путь трения образец совершал 12,7 цикла. Испыта-

ния проводились на машине трения в присутствии смазочного материала, в качестве которо-

го выступало минеральное масло Ravenol 20w-50. Температура в зоне трения поддержива-

лась равной 250

С.

Результаты и обсуждение.

Результаты испытаний приведены на рис. 1. Из рис. 1

видно, что обезводораживание уменьшает износ по сравнению с термически обработанной

сталью, при этом, износ после ТО + ИМ сопоставим с износом при ТО + ВО. Наименее изно-

сились образцы после комплексной обработки (КО).

Наиболее износостойким был образец с шероховатостью Ra 0,2 после комплексной

обработки, износившейся на 185 мг. В результате дисперсионного анализа эксперименталь-

ных данных износа установлено, что материал, обработка и шероховатость значимо влияют

на износ. Также анализ показал, что упрочнение ТО+ВО и ТО+ИМ сопоставимы, то есть их

влияние на износ равнозначно. Таким образом, на результат износа данные виды упрочнения

влияют одинаково и их можно рассматривать как упрочнения, дающих сопоставимый эф-