Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ)
advertisement
Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2015 год УДК 620.193.6 Разработка технологии ионной имплантации кислорода с целью повышения антикоррозионных свойств железа 1 2 ФГБОУ ВПО «Удмуртский государственный университет» ФГБОУН «Физико–технический институт Уральского отделения Российской Академии наук» Борисова Елена1, аспирант Бакиева Ольга Ринатовна2, к.ф.–м.н., Гильмутдинов Фаат Залалутдинович2, к.ф.–м.н. Решетников Сергей Максимович1, д.х.н., профессор Уровень развития производства и эксплуатации оборудования сегодня требуют использования материалов, обладающих высококачественными характеристиками. К основным функциональным свойствам можно отнести износостойкость, твердость, жаростойкость, в том числе и коррозионную стойкость. Хорошо известно, что коррозионные и электрохимические свойства во многом определяются состоянием, составом и свойствами поверхностных слоев металлических материалов [1–3]. Высокие антикорроизонные свойства металлов и сплавов связаны с тем, что на их поверхности образуется защитные слои, которые в значительной мере экранируют поверхность внутренних слоев металла от коррозионного воздействия среды. В связи с тем, что фактически коррозии подвергается только поверхностный слой, применение объемных легированных материалов зачастую экономически неоправданно. Термохимическая, термомеханическая обработка металлов и сплавов, создание на их поверхности адсорбционных слоев приводят к повышению антикоррозионных свойств таких материалов за счет облегчения перехода в пассивное состояние [4, 5]. Особое место здесь занимают высокоэнергетические способы обработки поверхности металлов и сплавов [6]. Одним из весьма эффективных методов целенаправленного воздействия на поверхность металлов и сплавов с целью получения коррозионностойких слоев является ионная имплантация [7, 8]. При этом внимание уделяется созданию поверхностных слоев с повышенной твердостью, износостойкостью, жаропрочностью. В этом направлении перспективным является обработка поверхности металлов ионами кислорода. При облучении кислородом, в зависимости от параметров воздействия, в поверхностных слоях облучаемого материала возможно создание нестехиометрических метастабильных фаз и оксидных структур, отличных от равновесных, формируемых в обычных условиях по диффузионному механизму, и определяющих физико–химические свойства модифицированного слоя. Полученные по предварительным исследованиям данные дают основания Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2015 год для вывода о том, что пассивация железа и нелегированных сталей связана как с адсорбцией кислорода, так и с образованием фазовых оксидных слоев. При оптимальных энергиях потока ионов кислорода на поверхность железа образуется такой пассивационный слой, который уже не изменяет своих защитных свойств при изменении pH среды. С ростом энергии ионов кислорода, имплантируемых в поверхность железа, увеличивается толщина оксидного слоя и его пассивационные свойства. Положительный эффект можно наблюдать и в более агрессивных средах. Депассивирующее действие ионов хлорида при наличии пассивационного слоя, образованного ионной имплантацией кислорода, значительно меньше, чем в случае адсорбционных слоев, образованных самопроизвольно или в ходе анодной поляризации в нейтральных электролитах. Это можно объяснить тем, что фазовые оксиды труднее разрушаются депассиватором, чем адсорбционные слои. Таким образом, бомбардировка поверхности железа–армко ионами кислорода приводит к созданию на поверхности металла пассивационного слоя, состоящего из оксидов железа в разной степени окисления (фазовая пленка толщиной ~10 – 30 нм), а также различных форм адсорбированного кислорода. В связи с этим имплантация ионов кислорода в поверхность железа и нелегированных сталей можно рассматривать как перспективный метод повышения коррозионной стойкости этих материалов. Планируется разработка технологии обработки деталей из различных материалов для создания на их поверхности функциональных, коррозионностойких слоев. Полученные результаты в связи с большой областью использования железа и нелегированной стали могут получить широкое применение для обработки материалов, используемых в разных производственных отраслях: энергетика, машиностроение, химическая промышленность и др. Список литературы 1. Колотыркин В.И., Княжева В.М. Возможности высокоэнергетических методов обработки поверхностей металлов для защиты от коррозии. – Защита металлов. 1991, т.27, №2, с.184 – 186. 2. Колотыркин Я.М. Металл и коррозия. – М.: Металлургия, 1985. – 88 с. 3. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. – М.: Металлургия, 1990. – 134 с. 4. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов А.В. Коррозия и защита от коррозии. – М.: Физматлит, 2002. – 336 с. 5. Скорчеллетти В.В. Теоретические основы коррозии металлов. – Л: Химия, 1973. – 264 с. 6. Сухотин А.М. Физическая химия пассивирующих пленок на железе. – Л: Химия, 1989. – 320 с. Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2015 год 7. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионностойкие конструкционные сплавы. – М.: Металлургия, 1993. – 416 с. 8. Хирвонен Дж. К. Ионная имплантация. – М.: Металлургия, 1985. – 285 с.
