ИКОСАЭДРИЧЕСКАЯ ось симметрии 5

ЗАПОРОЖСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ФИЗИКИ МЕТАЛЛОВ
СОЗДАНИЕ ПОКРЫТИЙ ИЗ СПЛАВОВ СИСТЕМ
Al-Cu-Fe, Al-Cu-Co
НА ПОВЕРХНОСТИ АЛЮМІНИЯ
Гиржон В.В., Смоляков А.В.
ул. Жуковского, 66
г. Запорожье
Украина
e-mail: girzhon@znu.edu.ua
http://www.znu.edu.ua
СТРУКТУРА КВАЗИКРИСТАЛЛОВ
ТИПЫ СИММЕТРИИ
КАФЕДРА ФИЗИКИ
МЕТАЛЛОВ
КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ СТРУКТУР :
ИКОСАЭДРИЧЕСКАЯ ось симметрии 5-го порядка;
ОКТАГОНАЛЬНАЯ ось симметрии 8-го порядка;
ДЕКАГОНАЛЬНАЯ ось симметрии 10-го порядка;
ДОДЕКАГОНАЛЬНАЯ ось симметрии 12-го порядка;
СВОЙСТВА КВАЗИКРИСТАЛЛОВ
ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЕ:
КАФЕДРА ФИЗИКИ
МЕТАЛЛОВ
высокая прочность;
антикоррозионная стойкость;
высокое удельное электросопротивление;
низкая теплопроводность;
стабильность физико-механических свойств
ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ:
повышенная хрупкость, следовательно –
возможность применения, в основном, в качестве
покрытий
проблема повышения адгезии покрытия и
поверхности
СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ
КВАЗИКРИСТАЛЛОВ (QC)
КАФЕДРА ФИЗИКИ
МЕТАЛЛОВ
Методы газотермического напыления


плазменное напиление в различных атмосферах;
воздушно-газовое плазменное напыление в смеси воздуха с природным
газом;

сверхзвуковое плазменное напиление с использованием смеси аргона с
водородом или гелием;

сверхзвуковое плазменное напыление с использованием смеси воздуха с
природным газом
Методы, изменяющие скорости охлаждения из расплава





спиннингование расплава или сжатие струи;
разливка на быстро вращающийся диск;
распыление потоком инертного газа (ГРР);
механическое сплавление;
лазерное легирование
ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ,
КАФЕДРА ФИЗИКИ
МЕТАЛЛОВ
УСЛОЖНЯЮЩИЕ ПОЛУЧЕНИЕ QC
 узкая область гомогенности;
 перитектический характер реакций при формировании QC;
 низкая скорость роста в апериодических направлениях;
 повышенная летучесть и окисляемость;
 метастабильность большинства QC;
Изотермический разрез диаграмм состояния систем
Al-Cu-Fe
Al-Cu-Со
КАФЕДРА ФИЗИКИ
МЕТАЛЛОВ
ЦЕЛИ ИССЛЕДОВАНИЙ
 Разработка простого метода создания
покрытий, содержащих одну или
несколько квазикристаллических фаз на
поверхности готовых изделий;
 Установление закономерностей
формирования гетерогенных
композитных структур, содержащих QCфазы, получаемых методом лазерного
легирования
КАФЕДРА ФИЗИКИ
МЕТАЛЛОВ
СХЕМА ОБРАБОТКИ ПРИ
ЛАЗЕРНОМ ЛЕГИРОВАНИИ
ПАРАМЕТРЫ
ОБРАБОТКИ
Установка «КВАНТ-12»
(λ=1,079мкм, t = 2-4 мс, E=3,3 - 5 Дж);
Легирующая смесь: порошки меди,
железа, кобальта, полученные
газотермическим распылением
и размером фракции от 25 до 50 мкм.
КАФЕДРА ФИЗИКИ
МЕТАЛЛОВ
СХЕМЫ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ
при разных температурах
Al-подложки
Ванна с
жидким
азотом
273К
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
 металлографический (Axio Imager A1m/M1m);
 дюрометрический (ПМТ-3).
 растровая электронная микроскопия (JSM 6360LA);
КАФЕДРА ФИЗИКИ
МЕТАЛЛОВ
 рентгеновский фазовый
(ДРОН-3 Cu-Ka-излучение и ДРОН-3М Cо-Ka-излучение);
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
ПОКАЗАТЕЛИ
КАФЕДРА ФИЗИКИ
МЕТАЛЛОВ
Физические характеристики упрочненного слоя:
Фазовый состав: ψ-фаза + β-фаза (Al(Cu,Fe) + α-Al (ГЦК) + θ-фаза Al Cu ;
Микроструктура: гетерогенная, области с равноосной и игольчатой
2
морфологией фаз;
Микротвердость: значительный скачок в сравнении с матрицей,
монотонное убывание с глубиной;
Технические характеристики упрочненного слоя:
Высокая адгезия ;
Микротвердость – 2,5 - 5 ГПа;
Глубина упрочненного слоя – 200-300 мкм;
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
ПРЕИМУЩЕСТВА
КАФЕДРА ФИЗИКИ
МЕТАЛЛОВ
ВОЗМОЖНОСТЬ ОБРАБОТКИ НА ВОЗДУХЕ ;
ОТСУТСТВИЕ НЕОБХОДИМОСТИ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО
ПОЛУЧЕНИЯ КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКОГО ПОРОШКА;
ЗНАЧИТЕЛЬНОЕ УВЕЛИЧЕНИЕ СРОКОВ СЛУЖБЫ
ОБРАБОТАННЫХ ИЗДЕЛИЙ;
ЛЕГКАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА
НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ОБОРУДОВАНИИ;
ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЕ ПРОИЗВОДСТВО;
ВЫВОДЫ
КАФЕДРА ФИЗИКИ
МЕТАЛЛОВ
 ПОКАЗАНА ВОЗМОЖНОСТЬ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ ПРОСТОГО ПОЛУЧЕНИЯ
ГЕТЕРОГЕННОЙ
КОМПОЗИТНОЙ
СТРУКТУРЫ,
СОДЕРЖАЩЕЙ
КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ
ФАЗЫ,
В
ПОВЕРХ-НОСТНЫХ
СЛОЯХ
АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ МЕТОДОМ ЛАЗЕРНОГО ЛЕГИРОВАНИЯ;
 НАЛИЧИЕ
КВАЗИКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ФАЗ В ЗОНЕ ЛАЗЕРНОГО
ЛЕГИРОВАНИЯ ПРИВОДИТ К РЕЗКОМУ ВОЗРАСТАНИЮ МИКРОТВЕРДОСТИ В НЕЙ;
 НЕРАВНОМЕРНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОТВЕРДОСТИ ПО ГЛУБИНЕ ЗЛЛ
СВЯЗАНО
С
ДВУМЯ
ФАКТОРАМИ:
ВЫСОКОНЕРАВНОВЕСНЫМИ
УСЛОВИЯМИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ РАСПЛАВА И НЕРАВНОМЕРНЫМ
РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЗЛЛ, ВЫЗВАННЫМ
ТУРБУЛЕНТНЫМИ ПОТОКАМИ РАСПЛАВА