Поверхностные упрочнения как способ повышения усталостной прочности титановых сплавов

Содержание

Поверхностные упрочнения как способ повышения усталостной прочности титановых сплавов
Повышение прочностных характеристик титановых сплавов
Библиографическое описание:
спец титан. 1 Область применения титановых сплавов
Классификация методов упрочнения

Поверхностные упрочнения как способ повышения усталостной прочности титановых сплавов

Отжиг в вакууме (Юмм рт. ст.) 650° С — 5 ч

Влияние улучшаюш,ей термической обработки (920°С-1ч — охлаждение; отпуск 590° С) на усталостную прочность проводилось в работе [14]. Цилиндрические образцы диаметром рабочей части 5 мм из сплавов ВТ8 и ВТЗ-1 после указанной термообработки на воздухе, в аргоне и в вакууме подвергались циклическим испытаниям при чистом круговом изгибе. Результаты усталостных испытаний обрабатывались статистически для определения границ областей рассеивания, что позволило провести сравнение с учетом рассеивания по нижним, средним пределам усталости и верхним границам рассеивания долговечности на фиксированном уровне перенапряжения. В табл. 49 приведены результаты исследования. По среднему пределу усталости для сплава ВТ8 термообработка не только на воздухе, но и в аргоне и вакууме заметно снижает предел усталости. При оценке по нижней границе областей рассеивания предел усталости образцов, прошедших термообработку на воздухе, ниже исходного на

13%, а в аргоне и в вакууме дают превышение исходного на

7%. При испытаниях сплавов ВТЗ и ВТЗ-1 на фиксированных уровнях напряжений

и оценке по рассеиванию долговечности было обнаружено явное преимущество нейтральных защитных сред (аргона и вакуума) по сравнению с термообработкой на воздухе.

Таким образом, фактические данные показывают, что отжиг готовых деталей из титановых сплавов без ущерба для их усталостной прочности можно проводить на воздухе при температуре до 700° С и длительности выдержки до 5 ч. Более высокотемпературную термическую обработку следует вести в аргоне или вакууме. Лучший способ избе-Т а б л и ц а 49. Влияние среды отжига жать понижения усталостноЙ на усталостные характеристики прочности — проведение тер-

сплава ВТ8 мической обработки до конеч-

ной обработки резанием, хотя бы тех поверхностей, которые подвергаются циклическим напряжениям.

Поверхностный наклеп. Как показали последние исследования, наклеп поверхности для титана более эффективен, чем для стали. Если для стали основная польза от наклепа заключается в создании сжил/ающих поверхностных напряжений, то для титановых сплавов имеет еще большее значение повышение прочности и однородности механических свойств поверхностных слоев. Часто поверхностный наклеп титана необходим, чтобы снять неблагоприятное влияние предшествующей поверхностной обработки (шлифование, травление и др.). В настоящее время разработаны самые разнообразные методы механического упрочнения поверхности металлов: накатка роликами и шариками, вибродинамическое упрочнение, дробеструй или дробемет, гидропескоструй и галтовка и др. [24, 85]. Наибольшее упрочнение и повышение усталостной прочности можно получить накаткой роликами или шариками. В табл. 50 приводятся данные по влиянию обкатки на усталостную прочность сплава ВТЗ-1 [46, 65].

Как следует из табл. 50 и других данных [76], наклеп поверхности накаткой может очень сильно повысить (в два и более раза) усталостную прочность титановых сплавов. Достаточно действенным способом является и гидродинамическое упрочнение, мало уступающее по действенности обкатке. Гидродробеструй и виброгалтовка дают упрочнение на глубину до 130 мкм, чистую поверхность и повышают усталость на 20-50% и более в зависимости от режима (см. рис. 86). Менее действенным оказывается дробе-

Источник

Повышение прочностных характеристик титановых сплавов

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 15.12.2016 2016-12-15

Статья просмотрена: 997 раз

Библиографическое описание:

Яшкова, С. С. Повышение прочностных характеристик титановых сплавов / С. С. Яшкова, Н. В. Бобков. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2016. — № 28 (132). — С. 215-217. — URL: https://moluch.ru/archive/132/36752/ (дата обращения: 18.11.2021).

Современное машиностроение трудно представить без термической обработки. С её помощью можно повысить прочностные характеристики любого металла (Рис. 1). В нашей статье речь пойдет о термической обработке титановых сплавов. В зависимости от состава и назначения их можно подвергать таким видам термической обработки как: отжиг, закалка, старение и химико-термическая обработка.

Рис. 1. термическая обработка металла

Изделия из титана чаще всего применяются в авиа и ракетостроении. Например, наиболее трудоемким является производство моноколеса (Рис. 2), представляющего собой диск с лопатками для забора воздуха. Всем известно, что остаточные напряжения после проточки лопастей, могут согнуть лопатки, приведя изделие в негодность. А так как титан металл не из дешевых, то такой брак, нанесет серьёзный ущерб предприятию. Для снятия остаточных напряжений применяется термическая обработка готовых изделий.

Рис. 2. Моноколесо

Чаще всего изделия из титана подвергают отжигу. Нагрев до 870–980град и далее выдержка при 530–660град. Широко применяется вакуумный отжиг, который позволяет уменьшить содержание водорода в титановых сплавах, что приводит к уменьшению склонности к замедленному разрушению и коррозийному растрескиванию. Для снятия небольших внутренних напряжений применяют неполный отжиг при 550–650 град. Титановые сплавы имеют низкое сопротивление износу и при использовании в узлах трения подвергаются химико-термической обработке. Для повышения износостойкости титан азотируют при 850–950 град в течение 30–60 часов в атмосфере азота (слой 0,05–0,15 мм). ВТ5 хорошо обрабатывается давлением и сваривается. ВТ6 обладает хорошими механическими и технологическими свойствами и упрочняется термической обработкой. ВТ14 применяют для изготовления тяжелонагруженных деталей. Сплав упрочняется закалкой (Рис. 3) при 850–880град в воде с последующим старением при 480–500град 12–16 часов. ВТ8 применяют после изотермического отжига. Для фасонного литья применяют сплавы ВТ5Л, ВТ6Л, ВТ14Л, которые обладают достаточно хорошими литейными и механическими свойствами.

Рис. 3 Термическая обработка в печи

Рассмотрено влияние интенсивной пластической деформации и режимов обработки на структуру и механические свойстватитанового сплава ВТ6. Показано, что применение всесторонней изотермической ковки (ВИК) и оптимальных режимов последующей термической и термомеханической обработки позволяет получить в сплаве повышенные прочностные свойства. Так, после ВИК и последующей закалки с температуры 960 °С с последующим старением при температуре 480 °С достигаются предел прочности σ = 1540 МПа и условный предел текучести ψ = 1485 МПа при удовлетворительном уровне относительного удлинения σ = 7 % и относительном сужении ψ = 34 %. Повышенныемеханические свойстваявляются результатом формирования мелкозернистой глобулярной микроструктуры в ходе ВИК, а также наследования дислокационной структуры деформации, которые позволяют при старении получить высокодисперсные продукты распада, обеспечивающие высокие прочностные характеристики.

Принципы выбора режимов отжига титана и его сплавов.

Отжиг первого рода, включающий рекристаллизационный, дорекристаллизационный отжиг и отжиг для уменьшения остаточных напряжений, в чистом виде применим лишь для α-сплавов и β-сплавов с термодинамически устойчивой β-фазой. В псевдо-α-, типичных α+β-и β-сплавах с термодинамически неустойчивой β-фазой на рекристаллизационные процессы могут накладываться фазовые превращения. Вклад фазовых превращении в формирование структуры и свойств сплавов наибольший при рекристаллизационном и дорекристаллизационном отжиге и наименьший при отжиге с целью снятия остаточных напряжений [1]. Если температура отжига для уменьшения остаточных напряжений достаточно низка, то фазовые превращения могут не развиваться и не влиять на структуру и свойства псевдо-α, α+β- и β-сплавов (с термодинамически неустойчивой β-фазой). Гомогенизационный отжиг для титановых сплавов не применяют из-за его малой эффективности.

Дорекристаллизационный отжиг основан на явлениях возврата I рода (отдыха) и II рода (полигонизации). Его проводят с целью, если не для полного, то хотя бы частичного снятия нагартовки, внесенной в металл предшествующей пластической деформацией. В титане и малолегированных сплавах на его основе при дорекристаллизационном отжиге нагартованный металл существенно разупрочняется, что связано с довольно большой в них энергией дефектов упаковки. Вследствие этого легко развивается полигонизация, в ходе которой существенно снижается средняя плотность дислокаций.

В термически упрочняемых сплавах, в частности в β-сплавах, полигонизация развивается при тех же температурах, при которых распадается метастабильная β-фаза. В тех случаях, когда температура деформации и скорости охлаждения после деформации были достаточно высокими, в деформированных полуфабрикатах фиксируется термодинамически нестабильная β-фаза. При нагреве деформированных полуфабрикатов до 500–700° С в них происходят не только процессы возврата и полигонизации, но и распад метастабильной β-фазы. Свойства отожженных титановых сплавов существенно зависят от того, что произойдет раньше — полигонизация или распад β-фазы.

В неполигонизованных титановых β-сплавах распад β-фазы при старении обычно протекает очень неоднородно по объему зерна, что приводит к низким пластическим характеристикам. После полигонизации метастабильная β-фаза распадается равномерно, что обусловливает повышенный комплекс механических свойств сплава и большую их однородность [2].

Выводы.

На данном этапе понятно, что термическая обработка заметно улучшает характеристики титановых сплавов, дальнейшей целью наших исследований стоит определение наилучших параметров для обработки титанового сплава ВТ6 и исследование прочностных характеристик для каждого из режимов, подобранных экспериментальным путем.

Источник

спец титан. 1 Область применения титановых сплавов

Название	1 Область применения титановых сплавов
Анкор	спец титан.doc
Дата	13.12.2017
Размер	8.66 Mb.
Формат файла
Имя файла	спец титан.doc
Тип	Документы #11186
страница	6 из 13

Подборка по базе: ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ АРТИЛЛЕРИЙСКИХ СРЕДСТВ РАЗВЕДКИ В ЕДИНОМ , Ю. Н. Логинов Технология производства заг. из тв. сплавов.pdf, реферат на тему Тактика применения специальных средств сотрудник, 83950 Анализ рождаемости Сахалинская область.docx, Анализ применения антидемпиновых таможенных пошлин в ЕАЭС.docx, 3 часть. Управление проектами как область менеджмента.docx, _Антидемпинговые механизмы в закупках и правила их применения. (, Доклад Человек как проблема философии. Предметная область филосо, Воспроизводство населения — Свердловская область.docx, Аварийно – спасательное оборудование и инструмент. ПТВ. Порядок

Классификация методов упрочнения

Таблица 1.3.5.1

Плазменное напыление порошковых

материалов, детонационное напыление, электродуговое напыление, лазерное напыление

Хромирование, никелирование, электрофорез, никельфосфатирование, борирование, борохромирование, хромофосфотирование

Электроискровое легирование, термическое испарение тугоплавких соединений, катодно-ионная бомбардировка, прямое электронно-лучевое испарение, электрохимическое испарение

Газовым пламенем, электрической дугой, плазмой, лазерным лучом, пучком ионов

Класс и метод

Процесс

1. Упрочнение созданием пленки на поверхности

ХТО

1.2 Упрочнение изменением структуры поверхностного слоя

1.3 Механическая обработка
1.4 Упрочнение физическими методами

1.5 Упрочнение изменением шероховатости поверхности

Обработка резанием
Пластическое деформирование

Методы упрочнения поверхностей
Оксидирование, сульфидирование, фосфатирование

Лазерная закалка, плазменная закалка
Электроимпульсная обработка, электроконтактная обработка, электроэрозийная обработка, ультразвуковая обработка

Упрочнение вибрацией, фрикционно-упрочняющая обработка, дробеструйная обработка, обработка взрывом, термомеханическая обработка, поперечно-клиновая прокатка, прокатывание, волочение, редуцирование

Ионная, лазерная, плазменная обработки

Окунанием в ванну в струе электролита
Шлифование, суперфиниширование, хонингование

Накатка, раскатка, обработка дробью

2. Методы упрочнения поверхностей путем нанесения покрытий

2.1 Напыление износостойких соединений

2.2 Электролитическое осаждение

2.4 Наплавка легированным металлом

Упрочнение физическими и физико-химическими методами
Для повышения износостойкости и твердости поверхности деталей машин, работающих в условиях повышенных температур в инертных газах, жаростойкости и коррозионной стойкости поверхности применяют упрочнение методами электроискровой обработки. Этот метод заключается в легировании поверхностного слоя металла изделия (катода) материалом электрода (анода) при искровом разряде в воздушной среде. В результате химических реакций легирующего металла с азотом, углеродом и металлом детали в поверхностных слоях образуются закалочные структуры и сложные химические соединения, возникает диффузионный износостойкий упрочненный слой, имеющий высокую твердость. Для нанесения многослойных покрытий используют методы ионно-плазменной обработки.

Упрочнение методами пластического деформирования
Упрочнение выполняется с целью повышения сопротивления усталости и твердости поверхностного слоя металла и формирования в нем направленных внутренних напряжений, преимущественно напряжений сжатия, а также регламентированного рельефа микронеровностей на поверхности.

Упрочняющую обработку поверхностным пластическим деформированием эффективно применяют на финишных операциях технологического процесса изготовления деталей машин взамен операций окончательной обработки резанием лезвийными или абразивными инструментами.

Поверхностное пластическое деформирование, выполняемое без использования внешнего тепла и обеспечивающее создание указанного комплекса свойств поверхностного слоя, называют наклепом.

Слой металла, в котором проявляются эти свойства, соответственно называют наклепанным.

В результате наклепа повышаются все характеристики сопротивления металла деформации, понижается его пластичность и увеличивается твердость.

Интенсивность наклепа тем выше, чем мягче сталь; на незакаленных сталях в результате поверхностного деформирования можно получать увеличение твердости более 1000 %, а у закаленных только на 10-15%. Прирост твердости определяется структурой деформируемой стали.

Наклеп поверхности выполняют бомбардированием ее струей стальной или чугунной дроби, шариков либо суспензии, содержащей абразивные частицы; обкатывание роликами, шарами или ратационным инструментом, чеканкой.

Дробеструйный наклеп обеспечивает неглубокую пластическую деформацию до 0,5-0,7 мм. Применяют для поверхностей небольших деталей сложных форм, а также деталей малой жесткости типа пружин, рессор и др.

Применяют преимущественно стальную дробь диаметром 0,8-2 мм. Глубина наклепа при дробеструйной обработке не превышает 0,8 мм.

Поверхность детали приобретает некоторую шероховатость и последующей обработке не подвергается.

Режим обработки определяется скоростью подачи дроби, расходом дроби в единицу времени и экспозицией – временем, в течении которого обрабатываемая поверхность находится под ударами дроби. Поверхность детали должна быть полностью покрыта следами-вмятинами.

Поверхностная твердость обрабатываемого материала и глубина пластической деформации зависят от режимов упрочнения, физико-механических свойств, структуры и химического состава материала. Наибольшее влияние на поверхностную твердость оказывает удельное давление деформирующего элемента в контакте с обрабатываемой деталью и кратность приложения этого давления. Превышение предельно допустимого давления или числа циклов нагружения сопровождается остановкой роста твердости и ее снижения в связи перенаклепом, т. е. разрушением поверхностного слоя металла, возникающим в результате наступившего предела пластического деформирования его кристаллической решетки.

Для упрочнения изделий с твердостью до HRC 65 применяют метод алмазного выглаживания. Он может заменить операции окончательного шлифования, полирования поверхностей. Метод широко универсален. Рационален для обработки стальных закаленных и термически не упрочненных деталей, с поверхностными покрытиями и без них, па так же деталей из цветных металлов и сплавов.

Наклеп поверхностного слоя струей суспензии (жидкость + абразивные частицы) применяют для случаев, когда требуется наибольшая глубина упрочненного слоя.

Упрочнением энергией взрыва можно повысить износостойкость при истирании, твердость поверхностного слоя, пределы прочности и текучести, статическую прочность (сварных соединений в результате сквозного наклепа сварного шва и зоны термического влияния), циклическую прочность, улучшить качество поверхностного слоя металла.

Упрочнение при импульсных нагрузках взрывом существенно отличается от упрочнения в обычных условиях.

При ударе с большей скоростью, свойственному взрыву, эффект упрочнения возрастает по мере увеличения скорости удара. В металле могут возникнуть высокие локальные температуры, вызывающие фазовые превращения в локальных участках. Одновременно действуют процессы, присущие упрочнению при обычных скоростях деформирования, такие, как двойникование, сдвиги, фрагментация.

Поверхности лопаток подвергаются упрочнению после окончательной механической и термической обработок.

Упрочнение детали микрошариками позволяет:

а) создать тонкий наклеп на деталях, имеющих острые кромки или малые радиусы впадин галтелей, канавок;

б) ликвидировать в поверхностном слое возможные после механической обработки остаточные растягивающие напряжения и создать сжимающие остаточные напряжения;

в) повысить твердость поверхности;

г) повысить и стабилизировать предел выносливости;

д) повысить чистоту поверхности на один — два класса до 0,63 …0,32

В ряду упрочняющих технологий особое место занимает ультразвуковое упрочнение. Упрочнение металла ультразвуковой обработкой обладает рядом особенностей – экспрессностью, высокой эффективностью, возможностью обработки изделий, не поддающихся упрочнению другими способами. Кроме того, совмещение ультразвуковой с какой – либо другой упрочняющей обработкой зачастую может усилить эффективность последней. К достоинствам ультразвукового упрочнения следует также отнести возможность создания для определенного класса деталей поверхностного и объемного наклепа, а так же их комбинаций. При этом достигается выгодное распределение внутренних напряжений в металле и такое структурное состояние, при котором удается увеличить в 2-3 раза запасы прочности деталей, работающих при переменных нагрузках, увеличить срок их службы в десятки раз.

Ультразвуковую упрочняющую обработку можно осуществить либо в жидкости, в которой распространяются ультразвуковые колебания, либо с помощью деформирующих тел, колеблющихся с ультразвуковой частотой.

Ультразвуковой волновой процесс в жидкости сопровождается возникновением большего числа разрывов, в виде мельчайших пузырьков в полупериод растяжения, и захлопыванием их в полупериод сжатия – кавитацией. В момент захлопывания пузырьков развиваются местные мгновенные давления, достигающие сотен атмосфер. Кавитационные пузырьки зарождаются преимущественно на поверхности помещенных в жидкость изделий. При захлопывании пузырьков происходит наклеп поверхности детали. Глубина наклепа, твердость, а следовательно и износостойкость наклепанного слоя.

Ультразвуковое упрочнение деталей с помощью деформирующих тел может осуществляться по двум технологическим схемам:

а) воздействием на обрабатываемую поверхность непосредственно инструментом;

б) воздействием на обрабатываемую поверхность рабочей средой (стальными шариками).

1.4 Разработка технологического процесса упрочнения

на установке ВИТА.

1.4.1 Физико-химические основы ионной имплантации
Ионная имплантация.

Ионная имплантация представляет собой процесс внедрения легирующего элемента в поверхностный слой детали в результате бомбардировки ее ускоренными ионами. Ионная имплантация приводит к увеличению концентрации дефектов (межузельных атомов, дислокаций и др.) в поверхностном слое облучаемого материала. Возникающие при этом дефекты кристаллической решетки принято называть радиационными. В результате обработанная поверхность подвергается дислокационному и дисперсионному упрочнению; также упрочняющие воздействия оказывают возникающие в имплантированном материале микронапряжения сжатия.

Ионная имплантация сопровождается распылением материала подложки. Распыление вызывает изменение топографии (рельефа) обрабатываемой поверхности в основном засчет стравливания вершин микровыступов. В общем случае ионная имплантация вызывает снижение шероховатости, если исходная шероховатость поверхности была высокой (R_a  1,6 мкм), и ее повышение, если исходная шероховатость поверхности была низкой (R_a  1,6 мкм) 10.

Сущность метода ионной имплантации

Сущность ионной имплантации (ионного легирования или ионно-имплантационной металлургии) заключается в бомбардировке имплантируемым веществом подложки (поверхности детали); при этом ионизированные атомы или молекулы легирующего вещества, внедряясь в приповерхностный слой, «застревают» в кристаллической решетке мишени, образуют твердые растворы или новые химические соединения. Для пучков с типичными энергиями 10-500 кэВ величина пробега достигает одного мкм. Как уже указывалось, вследствие влияния большого числа факторов, эпюра распределения внедренного вещества в поверхность близка по форме гауссовскому распределению.

Внедрение ионов в кристаллическую решетку обрабатываемого материала приводит к появлению дефектов структуры. Выбитые из узлов решетки атомы вещества приводят к образованию вакансий и дефектов структуры в виде внедренных межузельных атомов. Эти же дефекты возникают при застревании ионов между узлами решетки. Скопление таких дефектов образует дислокации и целые дислокационные скопления (рисунок 5.2).

Общая разупорядоченность кристаллического строения (вплоть до перехода вещества в аморфное состояние) решетки при ионной бомбардировке называется радиационным повреждением. Исследования показывают, что радиационные повреждения могут изменить в положительную сторону механические, электрические и другие свойства металла поверхностного слоя, но могут и снижать эксплуатационные свойства деталей. В последнем случае делается отжиг; температурная активация ускоряет

По сущности протекающих процессов метод ионного легирования не зависит от пределов химической растворимости, от температуры в процессе имплантации и от концентрации химических элементов (в том числе имплантируемого вещества) на поверхности мишени. Таким образом можно сплавлять металлы, которые в расплавленном состоянии не смешиваются, или легировать одно вещество другим в пропорциях, которых невозможно достичь даже при использовании высоких температур.

С технологической точки зрения метод ионного легирования (имплантации) обладает рядом преимуществ перед диффузией и плазменным напылением [4]:

1. менее длителен процесс легирования при однородности распределения имплантированного вещества по поверхности;

2. возможна точная дозировка легирующего (имплантируемого) элемента;

3. введение вещества возможно с практически неограниченной «растворимостью» в твердом состоянии;

4. константы диффузии при ионной имплантации практически не влияют на образование сплава;

5. отсутствует проблема адгезии, так как нет поверхности раздела;

6. реализуется высокая контролируемость и воспроизводимость;

7. размеры детали практически не изменяются;

8. вводится очень малое количество вещества, поэтому при необходимости можно применять достаточно дорогое вещество, без существенного удорожания технологии;

10.имеют место простые методы защиты поверхностей, не требующих обработки ионной бомбардировкой;

11 .многократная имплантация с изменяющимся ускоряющим напряжением позволяет осуществлять нужное распределение имплантированного элемента по глубине поверхностного слоя.

Установка для имплантации состоит из следующих основных блоков (рисунок 5.3): источника ионов, экстрактора ионов (устройства, вытягивающего ионы из источника и ускоряющего их), ускорителя ионов, системы электростатического отклонения, системы сканирования пучка, приемного устройства, где монтируется обрабатываемая деталь (мишень). Ионы создаются в специальной камере с ускорителем путем ионизации газообразных, жидких или твердых исходных веществ. Полученные ионы (плазма) вытягиваются из камеры электрическим полем. Затем пучок ионов фокусируется и разгоняется в ускорителе до требуемой энергии. Далее ионы направляются в приемную камеру, где установлена мишень. Однородность бомбардирования осуществляется сканированием, для чего на выходе из ускорителя создается система отклонения пучка. Дозу имплантации осуществляют с помощью интегратора тока. Важным элементом в конструкции таких установок является вакуумная система. Для надежной работы всех узлов установки необходимо иметь высокий вакуум – 10 -4 –

Варианты осуществления ионной имплантации.

Метод ионной имплантации

Метод основан на использовании специальных источников ионов [18,26-27]. В источнике создается полностью ионизированная плазма, затем с помощью ионно-оптических систем ионы вытягиваются из плазмы и ускоряются до энергии в диапазоне 5-500 кэВ (рис. 2.6). ускоренные ионы внедряются под поверхности на глубину порядка 1 мкм и менее. Преимущество ионной имплантации перед другими методами введения примеси в твердые тела состоит в универсальности процесса, позволяющего ввести элемент в любой материал в строго контролируемом количестве, а также задавать его распределение по глубине. Однородность имплантации по площади обеспечивается сканированием ионного пучка или смещением детали; поэтому площадь имплантации ограничивается только временем и размерами вакуумной камеры. Типичные условия имплантации таковы: энергия ионов 0,1 мэВ; плотность ионного пучка 10 мкА/см 2 ; площадь обрабатываемой поверхности в пределах 1 см 2 ; дозы имплантации 10 16 ион/см 2 , время имплантации в зависимости от дозы от 3-х до 30-ти минут.

Ионы с одинаковой энергией, имплантируемое в твердое тело, останавливаются в некотором интервале глубин, что обусловлено статистическим разбросом энергетических потерь. Там где требуется большая однородность, необходимо использовать ряд разных значений энергии, что за счет перекрывания зон дает плоский профиль концентрации. Распределение можно дополнительно видоизменять. Используя термодиффузию или радиационно-стимулированную диффузию.

Методом ионной имплантации можно существенно изменить приповерхностные механические свойства металла; можно более чем на порядок величины изменить коэффициент трения, износостойкость и твердость.

Механизм подобных механических эффектов сложен и еще не очень ясен. Кроме таких, явно химических явлений, как образование интерметаллимческих соединений, видимо важно также напряжение сжатия, возникающее в результате имплантации. Так, степень износа почти не зависит от типа имплантируемых атомов В; N; Ar ; Мо.

Необходимо отметить , что, как и в случае коррозии, механическое воздействие имплантации часто оказывает распространение гораздо глубже пробега ионов.

Вопросы влияния ионной имплантации на механические свойства подробно рассматривались в работе [32]. Указано на то , что твердость и механические свойства определяются сопротивлением поверхности пластической деформации и поэтому увеличиваются при повышении предела текучести. Ионной имплантацией можно вводить точечные дефекты и примесные атомы бора, углерода.

По сущности протекающих процессов метод ионного легирования не зависит от пределов химической растворимости, от температуры в процессе имплантации и от концентрации химических элементов в том числе имплантируемого вещества на поверхности мишени. С технологической точки зрения метод ионного легирования имплантации обладает рядом преимуществ перед диффузией, сплавлением, эпитаксией, плзменным напылением.

Источник