Комплексное модифицирование сталей и покрытий TiN в плазме дуговых разрядов низкого давления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат технических наук Гончаренко, Игорь Михайлович

• Гончаренко, Игорь Михайлович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Гончаренко, Игорь Михайлович

Оглавление.

Введение.

Глава 1 Вакуумно-дуговые методы нанесения покрытий типа TiN.

1.1. Физические основы и краткая характеристика параметров процесса испарения материалов в вакуумно-дуговом разряде.

1.2. Влияние параметров формирования ионно-плазменных конденсатов при бомбардировке высокоэнергетичными частицами и условия на границе сопряжения «подложка-покрытие».

1.2.1. Роль условий на поверхности сопряжения «покрытие-подложка».

1.2.2. Влияние технологических параметров на закономерности формирования вакуумно-дуговых конденсатов.

1.2.3. Закономерности формирования покрытий при ассистировании высокоэнергетичными ионными пучками.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Комплексное модифицирование сталей и покрытий TiN в плазме дуговых разрядов низкого давления»

Актуальность проблемы

В целях повышения эксплуатационных характеристик поверхности изделий без изменения их объемных свойств широко используются различные методы модификации, к которым относятся многофункциональные покрытия и диффузионные слои легирующих элементов. В настоящее время стало совершенно очевидным, что для их создания весьма эффективным инструментом являются потоки плазмы и извлекаемые из нее электроны, ионы и атомы. Аппаратура и методы для получения защитных и износостойких покрытий в вакууме интенсивно развиваются. Наряду с имеющимися технологиями по модификации поверхности различных материалов и изделий, уже получившими признание и широкое распространение в промышленности, актуальны и перспективны разработки направленные на модернизацию известных или сочетающие в себе комбинацию нескольких способов, совмещающих нанесение покрытий испарением и конденсацией с диффузионными процессами под воздействием ионных и плазменных потоков.

Структурно-фазовые состояния, формирующиеся при поверхностных обработках с использованием современных способов воздействия являются высоко неравновесными, с уникальным и не достижимым при традиционных воздействиях сочетанием высокой плотности дефектов кристаллического строения, уровнем легирования, со сверхмалыми (нано- или субмикро-) размерами зерен. В последнее десятилетие существенно вырос научный и прикладной интерес к наноструктурным материалам как таковым, а также к покрытиям, имеющим нанокристаллическое строение. Это обусловлено возможностью при переходе в нанокристаллическое состояние принципиально изменить свойства известных материалов, многие из которых имеют непосредственный практический интерес. Сочетание в нанокристаллических материалах высокой твердости, пластичности, вязкости разрушения, повышенной износостойкости позволило выделить их в особый класс материалов. Кроме этого, в материалах, находящихся в наноструктурном состоянии, часто изменяются фундаментальные характеристики металлов и сплавов, такие как модуль упругости, температуры Кюри и Де-бая, намагниченность насыщения, магнитную восприимчивость и некоторые другие. Это открывает широкие перспективы как для изменения известных свойств металлов и сплавов, так и для формирования совершено новых их свойств. Работы в этом направлении наиболее активно ведутся во всех развитых странах. Например, имеющиеся в периодической литературе сведения об особенностях технологии нанесения покрытий при совмещении с воздействием ионными пучками IBAD свидетельствуют о возможности формировать покрытия с нанокристаллической структурой и широкой границей сопряжения с подложкой (отсутствие резкой границы), позволяющей максимальным образом повысить адгезию. Данный метод, проводимый при достаточно хороших вакуумных условиях (Ю-2 - 1(Г3 Па), позволяет в широких пределах варьировать структуру и свойства покрытий за счет управления составом и плотностью тока ионов, их энергией и температурой подложки.

Для решения указанных выше проблем может быть использована технически более простая и экономически более эффективная (по сравнению с IBAD) гибридная технология, основанная на совмещении нанесения покрытия при распылении катода вакуумной дугой при одновременном облучении низкоэнергетическими ионами из плазмы разрядов низкого давления (plasma assisted deposition - PAD). Кроме того, для достижения высокого уровня адгезии в настоящее время интенсивно разрабатываются способы предварительной структурно-фазовой модификация приповерхностных слоев подложки путем диффузионного насыщения ионами специально выбранных элементов. Процесс формирования такого слоя на металлах и сплавах практически всегда сопровождается нагревом с целью повышения скорости диффузионного насыщения и формирования необходимой толщины диффузионной зоны. Термический разогрев материала подложки в большинстве случаев носит принудительный характер, однако, может быть реализован и в виде локального повышения температуры в результате воздействия высокоэнергетических ионов плазмы.

Необходимость повышения температуры подложки при формировании диффузионной зоны приводит к существенному ограничению класса материалов, которые могут быть подвергнуты такому способу модификации приповерхностного слоя. В первую очередь это относится к конструкционным слаболегированным сталям, комплекс свойств которых формируется в результате закалки и последующего низкотемпературного отпуска.

Однако, несмотря на многочисленные результаты исследований в области изучения и применения методов ионно-плазменной модификации материалов, к настоящему времени нет единого подхода, дающего возможность, исходя из общих соображений, формулировать рекомендации, позволяющие создавать покрытия определенного фазового и структурного состава, имеющие наперед заданный комплекс свойств. Последнее оставляет широкое поле деятельности как теоретического, так и практического плана, делая особенно неоценимыми результаты экспериментальных исследований.

Исследования низкотемпературной плазмы вакуумных и газовых разрядов и генерируемых ими интенсивных электронных и ионных потоков, а также воздействия таких потоков на материалы, опыт которых накапливается в Институте сильноточной электроники СО РАН с момента его организации, и в настоящее время относятся к одному из направлений научной деятельности Института, активно развивающемуся силами нескольких лабораторий.

Так, в лаборатории плазменной эмиссионной электроники были разработаны и созданы установки, позволяющие генерировать плазму дугового разряда низкого давления 10"' Па) с высокой концентрацией, в которой можно осуществить различные процессы ионно-плазменной поверхностной модификации металлов и сплавов. В связи с этим, стояла задача выявить потенциальные возможности вновь создаваемого оборудования по модификации поверхности материалов.

Целью настоящих исследований является разработка методов и выявление закономерностей формирования упрочняющих диффузионных слоев, получаемых на поверхности металлических материалов в плазме дуговых разрядов низкого давления, и TiN-покрытий, напыляемых в условиях плазменного ассистирования, а также исследование структурно-фазового состояния и свойств этих слоев и покрытий.

Для реализации указанной цели в работе ставились и решались следующие задачи:

1. Разработать процесс диффузионного насыщения конструкционных сталей в плазме несамостоятельного дугового разряда низкого давления и изучить особенности формирования структурно-фазового состояния слоя, образующегося в результате такой обработки.

2. Исследовать структуру покрытий TiN, получаемых методом ионно-плазменной обработки на основе электродугового испарителя в условиях плазменного ассистирования при использовании внешнего ионизатора реактивного газа на основе несамостоятельного дугового разряда.

3. Исследовать механические и триботехнические характеристики покрытий TiN, полученных методом электродугового плазменно-ассистированного напыления, после осаждения на стальные подложки, поверхность которых была предварительно насыщена азотом в плазме несамостоятельного дугового разряда низкого давления.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являлись диффузионные слои и покрытия, формируемые на металлических подложках, а также сами подложки. Исходя из цели работы и поставленных в ней задач, в качестве предмета исследований были определены процессы, протекающие при формировании покрытия, как в объеме самого покрытия, так и в приповерхностных слоях подложки.

Научная новизна

1. Проведены исследования механизмов изменения структурно-фазового состояния поверхности и показана высокая эффективность процессов ионного азотирования сталей 40Х и 12Х18Н10Т в плазме дугового разряда низкого давления при отрицательном смещении в несколько сотен вольт на обрабатываемых образцах. Установлено, что скорость азотирования стали 40Х ниже, а стали 12Х18Н10Т существенно выше рассчитанной по значениям коэффициента диффузии азота в у- и а-фазах (аусте-ните и азотистом феррите). Указанное различие обусловлено влиянием на диффузию азота в стали 40Х поверхностного слоя оксида и нитрида железа, тогда как в стали 12Х18Н10Т - влиянием фазового у —» а превращения в полях упругих напряжений поверхностного слоя.

2. Методами дифракционной электронной микроскопии проведены исследования структуры и фазового состава приповерхностных слоев конструкционной стали 40Х, находящейся в закаленном (мартенситная структура) и нормализованном (фер-рито-перлитная структура) состояниях. Обнаружено образование на поверхности образца нанокристаллической структуры, содержащей оксидную фазу; выявлено многослойное строение модифицированного слоя. Показана принципиальная возможность азотирования при температуре 200 °С в плазме дугового разряда низкого давления.

3. Методами рентгеноструктурного анализа, оптической металлографии, просвечивающей электронной микроскопии установлено, что при азотировании в плазме дугового разряда после напыления А1 на поверхности конструкционной стали создается модифицированный слой нитрида железа (Fe4N) с включениями нитрида алюминия (A1N) и алюминокарбидов (Fe, А1)С, за которым следует широкая диффузионная зона твердого раствора. Высокая микротвердость (13 ГПа) и износостойкость модифицированного слоя обеспечивается присутствием дисперсных частиц A1N.

4. Установлено, что при плазменно-асисстированном нанесении покрытия TiN напряжение смещения на образце определяет формирование в покрытиях на-норазмерной поликристаллической структуры с повышением микротвердости и адгезии. Высокая износостойкость покрытия обеспечивается повышенной адгезией покрытия в результате снижения градиента твердости за счет переходного слоя Fe4N, образованного в результате предварительного азотирования конструкционной стали.

Практическая ценность работы.

На основании проведенных исследований с использованием дуговых разрядов низкого давления разработаны способы модификации поверхности конструкционных сталей:

- азотирование без добавления в насыщающую среду водорода, обеспечивающее высокую микротвердость при значительно меньшей длительности процесса и пониженных температурах в случае азотирования закаленных сталей;

- нанесение покрытий, обладающих высокими адгезией и износостойкостью, в едином технологическом цикле, включающем предварительное азотирование с образованием промежуточного слоя, снижающего градиент твердости между покрытием и подложкой, с последующим плазмо-асисстированным напылением материала катода в атмосфере азота;

- улучшение структуры и снижение шероховатости покрытия за счет оптимального выбора напряжения смещения, подаваемого на обрабатываемые изделия. Показана возможность ионно-плазменного азотирования сталей без добавления в газовую среду водорода.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Новый высокоэффективный экологически чистый метод ионного азотирования конструкционных сталей при низком (~0,1 Па) давлении азота в отсутствие водорода в плазме несамостоятельного дугового разряда без катодного пятна, осуществляемый при наличии смещения на образцах выше критического (-150 В).

2. Механизмы и закономерности формирования на поверхности закаленных сталей в процессе низкотемпературного азотирования в плазме дугового разряда низкого давления нитридных фаз железа, имеющих нанокристаллическую структуру, при сохранении в объеме материала высокодефектной структуры мартенсита.

3. Метод комплексной ионно-плазменной обработки с кратным повышением твердости поверхностного слоя слаболегированных сталей, основанный на последовательном насыщении поверхности образцов алюминием, распыляемым с катода электродугового испарителя в аргоне, и азотировании в газовом дуговом разряде в едином технологическом цикле.

4. Экспериментальные результаты о снижении объемной доли капельной фракции в покрытии TiN при электродуговом плазменно-ассистированном осаждении с увеличением отрицательного напряжения смещения на подложке в результате повышения отрицательного потенциала капель за счет роста электронной температуры газоразрядной плазмы, генерируемой источником «ПИНК», и их отклонения в слое пространственного заряда вблизи поверхности конденсации, имеющей отрицательный потенциал.

5. Метод комплексной модификации сталей, включающий предварительное ионное азотирование поверхности в плазме несамостоятельного дугового разряда низкого давления с формированием переходного слоя (y'-Fe4N) и последующее нанесение изоморфного ему покрытия типа TiN плазменно-ассистированным электродуговым напылением в едином технологическом цикле.

Апробация работы

Основные результаты проведенных исследований докладывались на следующих научных конференциях, совещаниях и семинарах: Second Russian-Korean International Symposium on Science and Technology (KORUS'98), Aug. 30 - Sept. 5, 1998, Tomsk, 19th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (ISDEIV-2000), Sept. 2000, Xi'an, China; 5th Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows; Sept., 24-29, 2000, Tomsk, Russia; 5th Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows; Sept., 24-29, 2000, Tomsk, RustK sia; 5 Korean-Russian International Symposium on Science and Technology (KORUS'Ol),

June 26 - July 3, 2001, Tomsk, Russia; Frontiers of Surface Engineering 2001 (FSE-2001), October 28 - November 1, Nagoya, Japan, 2001; International Symposium on Research and Applications of Plasmas (PLASMA-2001), Warsaw, Poland, September 19-21, 2001; VI Всероссийской (международной) конференции «Физикохимия ультрадисперстных (нано-) систем», Москва, МИФИ, 2002; 6th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows, September 23-28, 2002, Tomsk, Russia.

Достоверность научных результатов и обоснованность выводов обеспечиваются корректностью постановки задачи, использованием современных методов исследования микроструктуры и свойств изучаемых материалов, анализом литературных данных и сопоставлением последних с результатами, полученными в ходе выполнения настоящей работы.

Содержание диссертационной работы.

Работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложена на 168 страницах, включает 50 рисунков, 11 таблиц, список литературы из 182 наименований.

Во введении представлена характеристика области исследования и обоснована актуальность темы работы. Приведен обзор достижений в области методов получения покрытий и модификации приповерхностных слоев подложки, сформулированы цель и задачи исследований. Излагается краткое содержание диссертационной работы и положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Вакуумно-дуговой синтез покрытий типа TiN и их модификация методами совмещенных технологий», являющейся обзорной, содержится анализ литературных данных о методах нанесения, структуре, механических, физико-химических и триботехнических свойствах покрытий. Рассматриваются физические основы и краткая характеристика параметров процесса испарения материалов в ваку-умно-дуговом разряде. Анализируется влияние параметров формирования ионно-плазменных конденсатов при бомбардировке высокоэнергетичными частицами и условия на границе сопряжения субстрат-покрытие. Делается вывод о том, что совмещение ионной бомбардировки с процессом осаждения представляет основу для уникального метода формирования соединений практически в любых системах с низкой активностью при обычных условиях и может использоваться для создания нанокри-сталлических покрытий. Показывается перспективность практического применения таких технологий для модифицирования поверхности металлов и сплавов в промышленных условиях.

Во второй главе «Постановка задачи. Материалы, экспериментальное оборудование и методы исследования» на основании проведенного анализа литературных данных обосновывается цель, задачи диссертационной работы и выбор объектов исследований. Содержатся сведения о материалах исследований (конструкционные нелегированные и слаболегированные стали ферритного класса и стали аустенитного класса), методиках эксперимента (методика диффузионного насыщение приповерхностных слоев стали ионами плазмы дугового разряда низкого давлении с накаленным катодом и методика плазменно-ассистированного нанесения износостойких покрытий в дуговых разрядах низкого давления), методах и методиках исследования (использовался комплексный подход с применением методов металлографии травленого шлифа, сканирующей и просвечивающей дифракционной электронной микроскопии, рентге-ноструктурного анализа, механических и триботехнических испытаний).

В третьей главе «Азотирование и алитирование конструкционной стали в несамостоятельном дуговом разряде низкого давления» обсуждаются результаты, полученные при исследовании механических свойств, дефектной субструктуры и фазового состава низколегированной конструкционной стали 40Х в сыром (феррито-перлитная структура) и закаленном на мартенсит состояниях, подвергнутой азотированию или алитированию в плазме дугового разряда низкого давления. В результате проведенных электронно-микроскопических дифракционных исследований показана принципиальная возможность низкотемпературного (-200 °С) азотирования предварительно закаленной стали 40Х. Увеличение времени азотирования сопровождается не только изменением толщины модифицированного слоя, но и закономерной эволюцией его состояния.

Представлен метод комбинированной ионно-плазменной обработки с кратным повышением твердости поверхностного слоя слаболегированных сталей, основанный на последовательном насыщении поверхности образцов алюминием, распыляемым с катода электродугового испарителя в аргоне, и азотировании в газовом дуговом разряде в едином технологическом цикле. Показано, что такая обработка приводит к формированию модифицированного слоя толщиной 15 мкм, обладающего высокой твердостью (~13 ГПа), и протяжённой (300 мкм) зоны диффузионного насыщения с повышенной твёрдостью. Обнаружено, что основной фазой модифицированного слоя является нитрид железа, в котором присутствуют наноразмерные частицы карбонит-рида алюминия и алюмокарбида железа, что обеспечило высокую микротвёрдость модифицированного слоя. Изложенные в главе результаты свидетельствуют о том, что разрабатываемый метод обработки поверхностных слоев может быть использован для повышения эксплуатационных свойств изделий из низколегированных и/или нелегированных сталей.

Четвертая глава «Плазменно-ассистированное нанесение износостойких TiN-покрытий в дуговых разрядах низкого давления» посвящена анализу физических принципов нанесения наноструктурированного покрытия на стальные изделия в плазме дуговых разрядов, а также исследованию структурно-фазового состояния приповерхностных слоев стали и формирующегося на ней TiN-покрытия в зависимости от режимов напыления. В результате проведенного анализа физических аспектов плазменно-ассистированного нанесения покрытий показано, что дуговой разряд с накаленным катодом может функционировать в широком диапазоне давлений и с высокими значениями разрядного тока. Сделан вывод о том, что метод плазменно-ассистированного нанесения покрытий наиболее приемлем для гибкого управления концентрацией ионов азота вблизи поверхности насыщения. При этом можно избежать перегрева поверхности конденсации обрабатываемых изделий. Кроме того, перед напылением такой разряд может быть применен для предварительной очистки изделий при использовании аргона.

Путем использования современных методов материаловедения проведены детальные исследования механических характеристик и структурно-фазового состояния TiN-покрытия и приповерхностных слоев стали. Показано, что при всех прочих равных параметрах покрытий (толщина, состав, условия осаждения и т.д.), но разных структурно-фазовых состояниях границы сопряжения наиболее стойкой оказалась композиция TiN-Fe4N. Проведен анализ и установлено влияние напряжения смещения на структурно-фазовое состояние покрытия. Проведены исследования методами оптической и растровой электронной микроскопии возможности плазменной фильтрации капельной фракции вакуумной дуги при плазменно-ассистированном напылении в дуговых разрядах низкого давления и выявлены условия снижения их содержания.

В заключении приводятся основные выводы, полученные в диссертации.

13

Заключение диссертации по теме «Металловедение и термическая обработка металлов», Гончаренко, Игорь Михайлович

Выводы к главе 4

1. В тонких (< 3 мкм) покрытиях TiN, синтезированных методом вакуумно-дугового распыления титана в атмосфере молекулярного азота, электронномикроско-пически обнаружено формирование высокодефектных субмикрокристаллических структурных состояний с высокой кривизной кристаллической решетки и дефектов кристаллического строения (дислокаций и дисклинаций) в объеме зерен и высокой эффективной плотностью этих дефектов в границах субмикрокристаллов. Указанная субструктура является источником локальных внутренних напряжений, приближающихся к теоретической прочности кристалла, и высоких градиентов этих напряжений. Её формирование связывается с низкой эффективностью в тугоплавких соединениях с сильной ковалентной связью процессов дислокационной и диффузионной релаксации напряжений, возникающих в высоко-неравновесных условиях синтеза этих соединений. Активизация этих процессов в результате комбинированного с напылением облучения низкоэнергетическими ионами азота приводит к резкому снижению плотности структурных дефектов и связанных с ними локальных внутренних напряжений.

2. При плазменно-ассистированном нанесении покрытия величина напряжения смещения, прикладываемое к образцу, играет определяющую роль в изменении структуры и фазового состояния в процессе формирования слоя. Как показали исследования, при малых напряжениях смещения формируется пластинчатая структура с высоким уровнем упругих полей напряжения. Увеличение смещения приводит к формированию в пластинах наноразмерной поликристалической структуры в результате разбиения на отдельные разориентированные кристаллиты. Оптимальным напряжением смещения оказывается £/см = -200 В. С увеличением смещения формируется структура аналогичная указанной для низких значений напряжения.

3. Синтез покрытий TiN в условиях вакуумно-дугового распыления титана, совмещенного с облучением растущего покрытия низкоэнергетическими ионами азота, позволяет минимизировать локальные внутренние напряжения, снизить температуру нанесения покрытий и реализовать оптимальные значения их твердости, пластичности и износостойкости. Предполагается, что модификация их структуры и свойств при облучении низкоэнергетическими ионами азота обусловлена развитием релаксационных процессов вследствие ионного миксинга, генерации точечных дефектов и повышения диффузионной подвижности адатомов на поверхности растущего покрытия.

4. Покрытие типа TiN, нанесенное на поверхность конструкционной стали с переходным Fe4N-MoeM, образованным в результате предварительного азотирования в плазме дугового разряда, обладает высокой износостойкостью. Увеличение износостойкости покрытия связано со снижением градиента твердости, так как переходный слой имеет промежуточную твердость, и покрытие на переходном слое обладает повышенной адгезией. Достоинством способа является то, что азотирование и нанесение покрытия осуществляется в едином технологическом цикле.

5. Напряжение смещения оказывает существенное влияние в условиях плазменного ассистирования ионами азота и на морфологию поверхности конденсата. В результате отражения микрокапель, отрицательно заряженных до плавающего потенциала в плазме дугового газового разряда, от образца, находящегося под отрицательным потенциалом, на поверхности резко уменьшается осаждение капельной фракции и значительно снижается шероховатость поверхности покрытия.

Заключение

В работе выполнен комплекс экспериментальных исследований по влиянию режимов обработки материалов в плазме дуговых разрядов низкого давления с целью создания новых эффективных совмещенных технологий вакуумной ионно-плазменной модификации поверхности. Проведены исследования по основным закономерностям формирования структуры микрокристаллических фаз внедрения в поверхностных слоях аустенитной (12Х18Н10Т) и конструкционной (40Х) сталях, синтезируемых ионно-плазменным азотированием в дуговом разряде низкого давления при широкой вариации потенциала смещения и времени азотирования. Исследовано поведение дефектной субструктуры и фазового состава закаленной на мартенсит конструкционной стали 40Х и механизмов формирования насыщенного азотом слоя, установление граничных режимов температурно-временного воздействия, в рамках которого сохраняется исходно заданная дефектная субструктура в условиях азотирования в плазме дугового разряда низкого давления. На примере соединения TiN исследовано влияние напряжения смещения при плазменно-ассистированном напылении покрытий в вакууме электродуговым методом на эволюцию структуры, морфологии поверхности и свойств конденсированной фазы. Исследованы адгезия и износостойкость покрытий TiN, полученных в едином технологическом цикле методом электродугового плазменно-ассистированного напыления после осаждения на стальные подложки, на поверхности которых был предварительно сформирован в плазме несамостоятельного дугового разряда низкого давления азотированный слой.

На основании изложенного в работе материала можно сделать следующие выводы.

1. На примере сталей 40Х и 12Х18Н10Т показана высокая эффективность процессов азотирования сталей с ОЦК- и ГЦК-решеткой с формированием поверхностного слоя высокой твердости в плазме дугового разряда низкого давления. Увеличение твердости связано с формированием поверхностного слоя нитрида (y'-Fe4N) в ферритно-перлитном состоянии стали 40Х и упрочнением этого слоя высокодисперсными нитридами Cr2N в аустенитной нержавеющей стали.

2. Обнаружено, что процессы азотирования исследуемых сталей в плазме дугового разряда при давлении -0,1 Па оказываются возможными при отрицательном смещении на модифицируемых материалах выше критического (>150 В). Предполагается, что при этом ускоренные в слое пространственного заряда вблизи обрабатываемой поверхности ионы азота распыляют поверхностную пленку окислов, препятствующих процессу азотирования. Последнее становится возможным в отсутствие водорода, необходимого при низкой энергии ионов для связывания кислорода, присутствующего в окружающей газовой среде.

3. Установлено, что в плазме дугового разряда низкого давления азотирование вследствие высокой энергии ионов, взаимодействующих с поверхностью, может эффективно осуществляться при пониженных температурах. Это открывает возможность проводить азотирование закаленных малолегированных сталей в мар-тенситном состоянии с низкой температурой отпуска.

4. В едином технологическом цикле осуществлен комплексный процесс поверхностного легирования алюминием и азотирования конструкционной стали 40Х в дуговом разряде низкого давления. Установлено, что увеличение твердости протяженного слоя нитрида железа Fe4N до ~13 ГПа связано с формированием в нем дисперсных нитридов алюминия (A1N) и алюмокарбидов железа (Fe, А1)зС. Это делает принципиально возможным широкое использование предложенной технологии для поверхностного упрочнения низколегированных сталей.

5. При вакуумно-дуговом плазменно-ассистированном нанесении TiN-покрытий напряжение смещения, прикладываемое к образцу, играет определяющую роль в изменении структуры и фазового состояния в процессе формирования покрытия. При малых напряжениях смещения формируется столбчатая (пластинчатая) структура с высоким уровнем (до 40+50 град/мкм) кривизны-кручения решетки и, соответственно, высокими локальными упругими полями напряжений. Увеличение напряжения смещения приводит к формированию в покрытиях наноразмер-ной поликристаллической структуры с экспериментально не обнаруживаемой кривизной-кручением и к повышению микротвердости.

6. Предварительное азотирование подложки (сталь 40Х) в плазме дугового разряда низкого давления с формированием в поверхностном слое нитрида (y'-Fe4N) и градиентным снижением твердости по глубине обуславливает повышение адгезии покрытия TiN и существенное повышение износостойкости полученной композиции. Представленная технология реализуется в едином технологическом цикле с использованием модифицированной установки вакуумно-дугового напыления ННВ 6.6-И 1. Выполненный цикл исследований, по существу, представляет собой материаловедческое обоснование высокой эффективности применения плазмогенератора «ПИНК» и в целом модернизированного в ИСЭ СО РАН технологического комплекса для поверхностной модификации материалов и покрытий. 7. Показано, что за счет создания дополнительной газоразрядной плазмы, имеющей относительно высокую электронную температуру (Те « 5-^7 эВ), вариацией напряжения смещения на модифицируемых объектах из проводящих материалов может быть существенно снижен объем капельной фракции в пленке (покрытии), синтезируемой на поверхности. Теоретически обосновано представление о том, что изменение доли капельной фракции связано с отклонением дозаряженных в плазме газового дугового разряда микрокапель от находящегося под отрицательным потенциалом образца.

В заключение считаю своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность научным руководителям доктору физико-математических наук Коротаеву А.Д. и доктору технических наук Ковалю Н.Н. за общее руководство и помощь в экспериментальной работе. Выражаю глубокую благодарность доктору физико-математических наук Щанину П.М. за внимание к выполняемой работе и плодотворные дискуссии. Я признателен сотрудникам Томского госуниверситета: профессору Тюменцеву А.Н., доценту Пинжину Ю.П., доценту Тухфатуллину А.А., с.н.с. Овчинникову С.В. и сотрудникам ИСЭ СО РАН: с.н.с. Иванову Ю.Ф., н.с. Григорьеву С.В. за поддержку данной работы, помощь в проведении экспериментов и постоянное обсуждение результатов.

147

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Гончаренко, Игорь Михайлович, 2004 год

1. Кесаев И.Г. Катодные процессы электрической дуги. М.: Наука, 1968. - 244 с.

2. Месяц Г.А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. М.: Наука, 2000.-424 с.

3. Раховский В.И., Ягудаев A.M. К вопросу о механизме разрушения электродов в импульсном разряде в вакууме // ЖТФ. 1969. - Т. 39, вып. 2. - С. 317-320.

4. Anders S., Juttner В., et. al. Investigations of the current density in the cathode spot of a vacuum arc // Contrib. Plasma Phys. 1985. - Vol. 25, No 5. - P. 467-473.

5. Hantzsche E. Estimation of the current density in cathode arc spots // Ibid. P. 459466.

6. Дородное A.M., Петросов B.A. О физических принципах и типах вакуумных технологических плазменных устройств // ЖТФ. 1981. - Т. 51, вып. 3. - С. 504524.

7. Аксёнов И.И., Коновалов И.И., Падалка В.Г., Сизоненко В.Л., Хороших

8. B.М. Неустойчивости в плазме вакуумной дуги при наличии газа в разрядном промежутке. I // Физика плазмы. 1985. - Т. 11, № 11. - С. 1373-1379.

9. Барабанов Б.Н., Блинов И.Г., Дородное A.M. и др. Аппаратура плазменной технологии высоких энергий «холодные» системы для генерации плазмы проводящих твердых веществ // ФХОМ. - 1978. - № 1. - С. 44-51.

10. Любимов Г.А., Раховский В.И. Катодное пятно вакуумной дуги // УФН. 1978. -Т. 125, вып. 4.-С. 665-706.

11. Дородное A.M. Технологические плазменные ускорители // ЖТФ- 1978. -Т. 48.-С. 1858-1870.

12. Гринченко В.Т., Ивановский Г.Ф., Зимин С.В. Источники и оборудование вакуумного плазменно-дугового нанесения покрытий // ВТТ. 1992. - Т. 2, № 4.1. C. 42-46.

13. Аксёнов И.И., Коновалов И.И., Кудрявцева Е.Е. и др. Исследование капельной фазы эрозии катода стационарной вакуумной дуги // ЖТФ. 1984. - Т. 54, № 8.-С. 1530-1533.

14. Аксёнов И.И., Коновалов И.И., Падалка В.Г., Хороших В.М. Исследование влияния давления газа в объеме на прикатодные процессы стационарной вакуумной дуги // Теплофизика высоких температур. 1984. - Т. 22, № 4. - С. 650654.

15. Лунёв В.М., Падалка В.Г., Хороших В.М. Применение однопольного масс-спектрометра для исследования ионного компонента плазменного потока, генерируемого вакуумной дугой // ПТЭ. 1976. - № 5. - С. 189-190.

16. Лунёв В.М., Овчаренко В.Д., Хороших В.М. Исследование некоторых характеристик плазмы вакуумной металлической дуги. I // ЖТФ. 1977. - Т. 47, вып. 7.-С. 1486-1490.

17. Лунёв В.М., Падалка В.Г., Хороших В.М. Исследование некоторых характеристик плазмы вакуумной металлической дуги. I.I // Там же. — С. 1491-1495.

18. Kimblin C.W. Erosion and ionisation in the cathode spot regions of vacuum arc // J. Appl. Phys. 1973. - Vol. 44, No 7. - P. 3074-3081.

19. Плютто А.А., Рыжков B.H., Капин A.T. Высокоскоростные потоки плазмы вакуумных дуг // ЖЭТФ. 1964. - Т. 47, вып. 8. - С. 494-507.

20. Саксаганский Г.Л. Электрофизические вакуумные насосы. М.: Энергоатом-издат, 1988.-276 с.

21. Саблев Л.П., Долотов Ю.И., Ступак Р.И., Осипов В.А. Электродуговой испаритель с магнитным удержанием катодного пятна // ПТЭ. 1976. - № 4. - С. 247249.

22. Барвинок В.А. Управление напряженным состоянием и свойства плазменных покрытий. М.: Машиностроение, 1990. - 384 с.

23. Аксёнов И.И., Падалка В.Г., Хороших В.М. Исследование плазменного потока, генерируемого стационарным эрозионным электродуговым ускорителем с магнитным удержанием катодного пятна // Физика плазмы. 1979. - Т. 5, вып. 3. -С. 607-612.

24. Саблев Л.П. Управление движением катодного пятна вакуумной дуги // ПТЭ. -1979.-№4.-С. 268-269.

25. Аксёнов И.И., Брень В.Г., Падалка В.Г., Хороших В.М. Об условиях протекания химических реакций при конденсации потоков металлической плазмы // ЖТФ. 1978. - Т. 48, вып. 6. - С. 1165-1169.

26. Аксёнов И.И., Брень В.Г., Кунченко В.В. и др. Покрытия на основе нитридов компонентов стали Х18Н10Т, полученные способом КИБ // ФХОМ. 1981. - № 5.-С. 100-104.

27. Смирнов Б.М. Атомные столкновения и элементарные процессы в плазме. М.: Атомиздат, 1968.

28. Демиденко И.И., Ломино Н.С., Овчаренко В.Д., Падалка В.Г., Полякова

29. Г.Н. О механизме ионизации реакционного газа в вакуумно-дуговом разряде // ЖТФ. 1984. - Т. 54, вып. 8. - С. 1534-1537.

30. Аксенов И.И., Антуфьев Ю.П., Брень В.Г. и др. Влияние замагниченности электронов плазмы вакуумной дуги на кинетику реакции синтеза нитридосодер-жащих покрытий // ЖТФ. 1981. - Т. 51, вып. 2. - С. 303-309.

31. Аксёнов И.И., Антуфьев Ю.П., Брень В.Г. и др. Влияние давления газа в реакционном объеме на процесс синтеза нитридов при конденсации плазмы металлов // Химия высоких энергий. 1986. - Т. 20, № 1. - С. 82-86.

32. Демиденко И.И., Ломино Н.С., Овчаренко В.Д., Падалка В.Г., Полякова Г.Н. Исследование состояния азота в плазме вакуумной дуги // Химия высоких энергий. 1986. - Т. 20, № 5. - С. 462-467.

33. Аксёнов И.И., Антуфьев Ю.П., Брень В.Г. и др. Об условиях синтеза нитридов при конденсации плазменных потоков // ФХОМ. 1981. - № 4. - С. 43-46.

34. Будилов В.В., Иванов В.Ю., Мухин B.C. Интегрированные вакуумные ионно-плазменные технологии обработки деталей газотурбинных двигателей. Физические основы, моделирование, проектирование. Уфа: Гилем, 2004. - 216 с.

35. Андриевский Р.А., Анисимова И.А., Анисимов В.П. Формирование структуры и микротвердость многослойных дуговых конденсатов на основе нитридов Ti, Zr, Nb и Cr // ФХОМ. 1992. - № 2. - С. 99-103.

36. Барвинок В.А., Богданович В.И., Митин Б.С., Бобров Г.В., Бунова Г.З. Закономерности формирования покрытий в вакууме // ФХОМ. 1986. - № 5. - С. 9297.

37. Артамонов С.С., Струнин В.И., Тихомиров В.В., Шкуркин В.В. Исследование режимов ионно-плазменной обработки материалов. // Тез. докл. 6 Конф. по физике газового разряда. Казань, 1992. - С. 133-134.

38. Вершина А.К., Бельчин И.А., Пителько А.А., Изотова С.Д. Затитно-де-коративные свойства электродуговых вакуумных Ti- и TiN- покрытий, осажденных в потоках плазмы // ФХОМ. 1990. - № 5. - С. 93-96.

39. Никитин И.М. Технология и оборудование вакуумного напыления. М.: Металлургия, 1992. - 112 с.

40. Бойко Ю.Ф., Белова Е.К., Алексеева О.А. Особенности субструктуры вакуум-но-плазменных конденсатов TiN // ФХОМ. 1986. - Ха 5. - С. 71-73.

41. Коган B.C., Серюгин A.JI. Влияние вакуумных условий в приборе и скорости конденсации на преимущественную ориентацию в пленках хрома // ФММ. -1969. Т. 28, вып. 4. - С. 622-628.

42. Ensinger W. Growth of thin films with preferential crystallographic orientation by ion bombardment during deposition // Surf. Coat. Technol. 1994. - Vol. 65. - P. 90-105.

43. Бедункевич B.B., Гордон М.Б., Миркин Л.И. Структура и толщина ионно-плазменных покрытий нитрида титана на быстрорежущей стали // ФХОМ. -1986. -№ 3. С.57-61.

44. Иванченко Л.А., Паскал В.В., Литовченко Н.А. и др. Исследование структуры и физико-химических свойств карбонитрида титана переменного состава // ФХОМ. 1992. - № 4. - С. 83-87.

45. Андреев А. А., Гаврил ко И.В., Кунченко В.В., Локошко В.В., Сопрыкин Л.И. Исследование некоторых свойств конденсатов Ti-N2, Zr-N2, полученных осаждением плазменных потоков в вакууме (способ КИБ) // ФХОМ. 1980. - № 3. - С. 64-67.

46. Еременко В.Н. Титан и его сплавы. Киев: Изд-во АН УССР, 1960. - 500 с.

47. Андриевский Р.А., Уманский Я.С. Фазы внедрения. М.: Наука, 1974. - 239 с.

48. Анциферов В.Н., Косогор С.П. Многослойные вакуумно-плазменные покрытия на основе карбидов титана и хрома, их структура и свойства // ФХОМ. ~ 1996. -№6.-С. 61-65.

49. Моисеев В.Ф., Лякишев В.А., Маштакова Г.С. Структура и свойства плазмен-но-вакуумных покрытий // Поверхностные методы упрочнения металлов и сплавов в машиностроении. М., 1983. - С. 69-73.

50. Ажажа В.М., Бердник А.П., Бондаренко В.Н. и др. Структура и сверхпроводимость ниобий-титановых пленок, полученных ионно-плазменным напылением в вакууме // ФХОМ. 1982. - № 4. - С. 52-56.

51. Вершина А.К., Изотова С.Д. Влияние шероховатости подложки и времени ионной очистки на защитные свойства ионно-плазменных покрытий // ФХОМ. -1992. -№3. -С. 69-72.

52. Андреев А.А., Брень В.Г., Калинин А.Т. и др. О плазменном нанесении покрытий на упрочняемую сталь с низкой температурой отпуска // Защита металлов. -1978. Т. 14, вып. 5. - С. 551-557.

53. Клебанов Ю.Д., Мусатов В.Н., Сумароков В.Н. О предельной температуре подложки при нанесении покрытий испарением и конденсацией в вакууме // ФХОМ. 1980. - № 3. - С. 60-63.

54. Воеводин А.А., Дунаев В.А., Любимов В.В., Ерохин АЛ. Прогнозирование и управление температурой осаждения многослойных покрытий, получаемых электродуговым испарением в вакууме // ФХОМ. 1992. - № 6. - С. 86-91.

55. Дубовицкая Н.В., Коленченко Л.Д. Массоперенос титана в стали 08Х18Н10Т при ионно-плазменном осаждении нитрида титана // Металлофизика. 1993. - Т. 15, №2.-С. 88-91.

56. Верещака А.С. Работоспособность режущего инструмента с износостойкими покрытиями. -М.: Машиностроение, 1993. 336 с.

57. Гринченко В.Т., Ивановский Г.Ф., Капралова Н.А. Вакуумная плазменно-дуговая металлизация // ВТТ. 1992. - Т. 2, № 4. - С. 47-52.

58. Хворостухин Л.А., Белых Л.И., Куксенова Л.И., Рыбакова Л.М., Болманен-ков А.Е. Исследование структурных изменений нитрида титана при алмазном выглаживании // ФХОМ. 1986. - № 5. - С. 111-114.

59. Аксёнов И.И., Андреев А.А., Брень В.Г. и др. Покрытия, полученные конденсацией плазменных потоков в вакууме (способ конденсации с ионной бомбардировкой) // УФЖ. 1979. - Т. 24, № 4. - С. 515-525.

60. Волин Э.М. Ионно-плазменные методы получения износостойких покрытий // Технология легких сплавов. 1984. - № 10. - С. 55-74.

61. Кальнер В.Д., Ковригин В.А., Ярембаш И.Е. Структура и свойства нитридных покрытий на инструментальных сталях // МиТОМ. 1980. - № 9. - С. 56-58.

62. Барвинок В.А., Богданович В.И. Расчет остаточных напряжений в плазменных покрытиях с учетом процесса наращивания // ФХОМ. 1981. - № 4. - С. 95-100.

63. Никитин М.Д., Кулик А.Я., Захаров Н.И., Шалай А.Н., Пресман Ю.Н. Напряженное состояние плазменных покрытий // ФХОМ. 1978. - № 2. - С. 131136.

64. Воеводин А.А., Ерохин A.JL, Спасский С.Е. Расчет напряжений в ионно-плазменных покрытиях // Электрохимические и электрофизические методы обработки материалов. Тула, 1990. - С. 122-127.

65. Вирник A.M., Морозов И.А., Подзей А.В. К оценке остаточных напряжений в покрытиях, нанесенных плазменным напылением // ФХОМ. 1970. - №4. - С. 53-58.

66. Барвинок В.А., Богданович В.И. Нестационарная задача теплопроводности с произвольно движущейся границей // Изв. АН СССР, сер. Энергетика и транспорт. 1982. - № 6. - С. 128-135.

67. Моисеев В.Ф., Фукс-Рабинович Г.С., Досбаева Г.К., Шаурова Н.К., Ковалев А.И. Влияние азота на структуру и свойства упрочняющих поверхностных покрытий на основе титана // ФХОМ. 1991. - № 2. - С. 118-121.

68. Тарасенко Ю.П., Романов И.Г., Чмыхов А.А. и др. Влияние предварительной обработки на состояние поверхности титанового сплава перед нанесением покрытий нитрида титана // ФХОМ. 1998. - № 4. - С. 49-52.

69. Sanchette F., Damond Е., Buvron М., et al. Single cycle plasma nitriding and hard coating deposition in a cathodic arc evaporation device // Surf. Coat. Technol. 1997. -Vol. 94/95.-P. 261-267.

70. Кусков B.H., Парфенов В.Д., Ковенский И.М. Формирование и износостойкость нитридных ионно-плазменных покрытий на твердосплавных режущих пластинах // ФХОМ. 1992. - № 6. - С. 76-81.

71. Гаврикова И.С., Додонов А.И., Мокрый В.В., Николаев B.C. Влияние температуры на формирование ионно-плазменных покрытий // ФХОМ. 1989. - № 1. -С. 140-141.

72. Ягодкин Ю.Д. Ионно-лучевая обработка металлов и сплавов // Итоги науки и техн. ВИНИТИ. Сер. Металловедение и термическая обработка. 1990. - Т. 24. -С. 167-221.

73. Smidt Г.А., Hubler G.K. Recent advances in ion beam modification of metals // Nucl. Inst, and Methods in Phys. Res. B. 1993. - Vol. 80/81. - P. 207-216.

74. Ensinger W., Schroder A., Wolf G.K. A comparison of IBAD films for wear and• corrosion protection other PVD coatings // Ibid. P. 445-454.

75. Arnault J.C., Delafond J., Templier C., Chaumont J., Enea O. First stages study of energy ion beam assisted deposition // Ibid. P. 1384-1387.

76. Kiuchi M., Fujii K., Tanaka Т., Satou M., Fujimoto F. Microstructure of TiN films produced by the dynamic mixing method // Nucl. Inst, and Methods in Phys. Res. B. -1988.-Vol. 33.-P. 649-652.

77. Fukushima M., Haginoya M., Nakashima S. et al. Surface modification of structural materials by dynamic ion mixing process // J. Metal Finish Soc. Jap. 1988. - Vol. 39,1. No 10.-P. 618-622.

78. Baba K., Nagata S., Hatada R., Daikoku Т., Hasake M. The effect of Ti implantation on corrosion and adhesion of TiN // Nucl. Inst, and Methods in Phys. Res. B.1993.-Vol. 80/81.-P. 297-300.

79. Ensinger W., Rauschenbach B. Microstructure investigations in titanium nitride films formed by medium energy ion beam assisted deposition // Ibid. P. 1409-1414.

80. Yang Genqing, Wang Dashi, Lice Xianghuai, Wang Xi, Zou Shie Hang. Formation of nanocrystalline TiN film by ion-beam-enhanced deposition // Surf. Coat. Technol.1994.-Vol. 65.-P. 214-219.

81. Kant R.A., Sartwell B.D. Ion beam modification TiN films during vapor deposition // Mater. Sci. And Eng. 1987. - No 90. - P. 357-365.

82. Bolster R.N., Singer I.L., Kant R.A. et al. Tribological behaviour of TiN films deposited by high energy ion-beam-assisted deposition // Surff. and Coat. Technol. -1988.-Vol. 36.-P. 781-790.

83. Wolf G.K. Modification of chemical properties of materials by ion beam mixing and ion beam assisted deposition // J. Vac. Sci. Technol. A. 1992. - Vol. 10, No 4. - P. 1757-1764.

84. Wolf G.K., Barth M., Ensinger W. Ion beam assisted deposition for metal finishing // Nucl. Instrum. and Meth. Phys. Res. B. 1989. - Vol. 37/38. - P. 682-687.

85. Shimomura J., Kimura Т., Veda S. et al. Formation of TiN films on high carbon-high chromium steel by ion beam implanted vapor deposition (IVD) and its wear resistance // J. Metal Finish. Soc. Jap. 1988. - Vol. 39, No 10. - P. 630-635.

86. Ensinger W., Kiuchi M. The formation of chromium/nitrogen phases by nitrogen ion implantation during chromium deposition as a function of ion-to-atom arrival ratio // Surf. Coat. Technol. 1997. - Vol. 94/95. - P. 433-436.

87. Yang Genqing, Wang Dashi, Lice Xianghuai, Wang Xi, Zou Shie Hang. Formation of nanocrystalline TiN film by ion-beam-enhanced deposition // Surf. Coat. Technol. -1994.-Vol. 65.-P. 214-219.

88. Kiratani N., Imai O., Ebe A., Nishigama S., Ogata K. Internal stress in thin film prepared by ion beam and vapor deposition // Surf. Coat. Technol. 1994. - Vol. 66. -P. 310-312.

89. Corts Т., Traverse A., Boise W. Ion beam mixing of ceramic/metals interfaces // Nucl. Inst, and Methods in Phys. Res. B. 1993. - Vol. 80/81. - P. 167-171.

90. Brighton D.R., Hubler G.K. Binary collision cascade prediction of critical ion-to-atom arrival ratio in the production of thin films with reduced intrinsic stress // Nucl. Inst, and Methods in Phys. Res. B. 1987. - Vol. 28. - P. 527-533.

91. Bradley R.M., Harper J.M.E., Smith D.A. Summary abstract: Theory of thin film orientation by ion bombardment during deposition // J. Vac. Sci. Technol. A. 1987 -Vol. 5, No 4.-P. 1792-1793.

92. Kantand R.A., Sartwell B.D. The influence of ion bombardment on reactions between Ti and gaseous N2 //. Vac. Sci. Technol. A. 1990. - Vol. 8, No 2. - P. 861867.

93. Kant R.A., Sartwell B.D., Singer I.L., Vardiman R.G. Adherent TiN film produced by ion beam enhanced deposition at room temperature // Nucl. Inst, and Methods in Phys. Res. B. 1985. - Vol. 7/8. - P. 915-919.

94. Dobrev D. Ion-beam-induced texture formation in vacuum-condensed thin metal films //Thin Solid Films. 1982.-Vol. 92.-P. 41-53.

95. Ogata K., Yamaguchi K., Kiyama S. et al. Synthesis of aluminum oxide thin films by ion beam and vapor deposition technology // Nucl. Inst, and Methods in Phys. Res. В.- 1993.-Vol. 80/81.-P. 1423-1426.

96. Ogata K., Andoh ¥., Fujimoto F. Role of ion beam energy for crystalline growth of thin films // Ibid. P. 1427-1430.

97. Nishiyama S., Kuratani N., Ebe A., Ogata K. The synthesis and properties of BN films prepared by ion irradiation and vapor deposition // Ibid. P. 1485-1488.

98. Yu L.S., Harper J.M.E., Cuomo J.J., Smith D.A. Control of thin film orientation by glancing angle ion bombardment during growth // J. Vac. Sci. Technol. A. 1986. -Vol. 5, No 4.-P. 446-447.

99. Nakagawa Y., Ohtani S., Nakata Т., Mikoda M., Takagi T. Titanium nitride film formation by the dynamic ion beam mixing method // Nucl. Inst, and Methods in Phys. Res. В. 1993.-Vol. 80/81.-P. 1402-1405.

100. Nagasaka H., Tsuchiya N., Kiuchi M. et al. The properties of titanium nitride prepared by dynamic ion mixing // Ibid. P. 1380-1383.

101. Kiuchi M. Advantages of dynamic ion beam mixing // Ibid. P. 1343-1348.

102. Kay E., Parmigiani F., Parrish W. Microstructure of sputtered metal films grown in high- and low-pressure discharges // J. Vac. Sci. Technol. A. 1988. - Vol. 6, No 6. -P. 3074-3081.

103. Petrov I., Hultman L., Helmersson U., Sundgren J.-E., Greene J.E. Microstructure modification of TiN by ion bombardment during reactive sputter deposition // Thin Solid Films. 1989. - Vol. 169. - P. 299-314.

104. Sundgren J.-E., Johansson B.-O., Hentzell T.G., Karlsson S.-E. Mechanisms of reactive sputtering of titanium nitride and titanium carbide. Ill: Influence of substrate bias on composition and structure // Thin Solid Films. 1983. - Vol. 105. - P. 385393

105. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Азотирование стали. -М.: Машиностроение, 1976. -256 с.

106. Арзамасов Б.Н., Братухин А.Г., Елисеев Ю.С., Панайоти Т.А. Ионная химико-термическая обработка сплавов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999400 с.

107. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлах. М.: Металлургия, 1990. - 216 с.

108. Риссел X., Руге И. Ионная имплантация. М.: Наука, 1983. - 359 с.

109. Модифицирование, легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками / Под ред. Дж. М.Поут, Г. Фоти, Д.К. Джекобсон. М.: Машиностроение, 1987.- 424 с.

110. Шиллер 3., Гайзиг У., Танцер 3. Электронно-лучевая технология. М.: Энергия, 1980. - 527 с.

111. Грибков В.А., Григорьев Ф.И., Калин Б.А., Якушин B.JI. Перспективные ра-диационно-пучковые технологии обработки материалов. М.: Изд. дом «Круглый год», 2001. - 520 с.

112. Анисимов С.И., Имос Я.А., Романов Г.С., и др. Действие излучения большой мощности на металлы. М.: Наука, 1970. - 272 с.

113. Барвинок В.А., Богданович В.И. Физические основы и математическое моделирование процессов вакуумного ионно-плазменного напыления. М.: Машиностроение, 1999. - 309 с.

114. Vaz F., Rebouta L., Goudeau Ph. et al. Residual stress states in sputtered Ti.xSixNy films // Thin Solid Films. 2002. - Vol. 402. - P. 195-202.

115. Totch L.E. Transition metal carbides and nitrides. New York: Academic Press, 1971.

116. Таблицы физических величин. Справочник. / Под ред. Кикоина И.И. М., 1976.

117. Dorfel J., Osterle W., Urban J., Bouzy E. Microstructural characterization of binary and ternary hard coating systems for wear protection. Part I: PVD coatings // Surf. Coat. Technol. 1999. - Vol. 111. - P. 199-209.

118. Ensinger W. Low energy ion assist during deposition an effective tool for controlling thin films microstructure // Nucl. Inst, and Methods in Phys. Res., B. - 1997. -Vol. 127/128.-P. 796-808.

119. Volz К., Kiuchi M., Ensinger W. Structural investigations of chromium nitride films formed by ion beam-assisted deposition // Surf. Coat. Technol. 1998. - Vol. 108-109.-P. 303-307.

120. Zhitomirsky V. N., Grimberg I., Rapoport L. et al. Bias voltage and incidence angle effects on the structure and properties of vacuum arc deposited TiN coatings. // Surf. Coat. Technol. 2000. - Vol. 133-134. - P. 114-120.

121. Mayrhofer P.H., Kunc F., Musil J., Mitterer C. A comparative study on reactive and non-reactive unbalanced magnetron sputter deposition of TiN coatings. // Thin Solid Films. 2002. - Vol. 415. - P. 151-159.

122. Anders A., Anders S., Brown I.G. Transport of vacuum arc plasmas through magnetic macroparticle filters. // Plasma Sources Sci. Technol. 1995 - No 4 - P. 1-12.

123. Рябчиков А.И., Дегтярев C.B., Степанов И.Б. Источники «Радуга» и методы импульсно-периодической ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов. // Изв. вузов. Физика. 1998 - № 4 (Тематический сборник) - С. 193-207.

124. Keidar М., Bellis I.I., Boxman R.L. Nonstationary macroparticle charging in an arc plasma jet. // IEEE Trans. Plasma Sci. 1995 - Vol. 23, No 6. - P. 902-908.

125. Иванов Ю.Ф., Козлов Э.В. Многоступенчатая схема мартенситного превращения низко- и среднеуглеродистых малолегированных сталей // Материаловедение. 2000,-№ 11 .- С.33-37.

126. Иванов Ю.Ф., Козлов Э.В. Объемная и поверхностная закалка конструкционной стали морфологический анализ структуры // Изв. вузов. Физика. - 2002. -Т. 45, №3,-С. 5-23.

127. Бецофен С.Я., Петров JI.M., Лазарев Э.М., Короткое Н.А. Структура и свойства ионно-плазменных покрытий TiN. // Металлы. 1990. - № 3. - С. 158-165.

128. Борисов Д.П., Коваль Н.Н., Щанин П.М. Генерация объемной плазмы дуговым разрядом с накаленным катодом. // Изв. вузов. Физика. 1994. - Т. 37, № 3. -С. 115-120.

129. Щанин П.М., Коваль Н.Н., Гончаренко И.М., Григорьев С.В. Азотирование конструкционных сталей в газовых разрядах низкого давления // ФХОМ. 2001. -№ 3. - С. 16-19.

130. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев Л.Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1982. -631 с.

131. Контроль качества термической обработки стальных полуфабрикатов и деталей: Справочник М.: Машиностроение, 1984. -380 с.

132. Практические методы в электронной микроскопии / Под ред. О.М. Глоэра: Пер. с англ. Л.: Машиностроение, 1980. - 375 с.

133. Эндрюс К., Дайсон Д., Киоун С. Электронограммы и их интерпретация. М.: Мир, 1971.-256 с.

134. Хирш П., Хови А., Николсон Р. и др. Электронная микроскопия тонких кристаллов. М.: Мир, 1968. - 574 с.

135. Черепин В.Т. Ионный зонд. Киев: Наук, думка, 1981. - 328 с.

136. Нефедов В.И., Черепин В.Т. Физические методы исследования поверхности твердых тел. М.: Наука, 1983. - 296 с.

137. Valli J. A review of adhesion test methods for hard coatings. // J. Vac. Sci. Technol. A. 1986. - Vol. 4, No 6. - P. 3007-3014.

138. Костржицкий А.И., Карпов В.Ф. и др. Справочник оператора установок по нанесению покрытий в вакууме. М.: Машиностроение, 1991. - 176 с.

139. Истомин Н.П. Машина для испытания на трение и изнашивание втулок и образцов из пластмасс // Заводская лаборатория. 1967. - № 8. - С. 1021-1022.

140. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д., Шпис Г.-И., Бемер 3. Теория и технология азотирования. М.: Металлургия, 1991. - 320 с.

141. Лахтин Ю.М. Физические основы процесса азотирования. М.: Машгиз, 1948.- 144 с.

142. Лахтин Ю.М., Арзамасов Б.Н. Химико-термическая обработка металлов. М.: Металлургия, 1985. - 256 с.

143. Борисенок Г.В., Васильев Л.А., Ворошнин Л.Г. и др. Химико-термическая обработка металлов и сплавов: Справочник. М.: Металлургия, 1981. - 424 с.

144. Гусева М.И., Гордеева Г.М., Мартыненко Ю.В. и др. Имплантационно-плазменная обработка мартенситной стали и титанового сплава // ФХОМ. -1999,-№2.-С. 11-16.

145. Банных О.А., Будберг П.Б., Алисова С.П. и др. Диаграммы состояния двойных и многокомпонентных систем на основе железа: Справоч. изд. М.: Металлургия, 1986. - 440 с.

146. Матюшенко Н.Н. Кристаллические структуры двойных соединений. М.: Металлургия, 1969. - 304 с.

147. Parascandola S., Kruse О., Moller W. The interplay of sputtering and oxidation during plasma diffusion treatment // J. Appl. Phys. Lett. 1999. - Vol. 75, No. 13. -P. 1851-1853.

148. Альвен Г., Фельтхаммар К.-Г. Космическая электродинамика. М.: Мир, 1967.- 260 с.

149. Фромм Е., Гебхард Е. Газы и углерод в металлах. М.: Металлургия, 1980. -712 с.

150. Лариков Л.Н., Исаичев В.И. Структура и свойства металлов и сплавов. Киев: Наукова думка, 1987. - 511 с.

151. Leutenecker R., Wagner G., Lowis Т. et al. Phase transformation of a nitrogen-implanted austenitic stainless steel // Mater. Sci. Engrs. A. 1989. - Vol. 115. -P. 229-244.

152. Гольдшмидт X. Дж. Сплавы внедрения. М.: Мир, 1971. - 424 с.

153. Самсонов Г.М., Виницкий И.М. Тугоплавкие соединения. М.: Металлургия, 1976.-558 с.

154. Самсонов Г.М. Физико-химические свойства окислов: Справочник. М.: Металлургия, 1978. - 472 с.

155. Goncharenko I.M, Grigoriev S.V., Lopatin I.V. et al. Surface modification of steels by complex diffusion saturation in low pressure arc discharge // Surface and Coatings Technology.-2003.-Vol. 169-170C.-P. 419-423.

156. Бабичев А.П., Бабушкина H.A., Братковский A.M. и др. Физические величины: Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатом-издат, 1991.- 1232 с.

157. Martin P.J., Bendavid A., Netterferfield R.P., Kinder T.J., Jahan F., Smith D.

158. Plasma deposition of tribological and optical thin film materials with a filtered ca-thodic arc source // Surf. Coat. Technol. 1999. - Vol. 112. - P. 257-260.

159. Meunier J.-L. Pressure limit for the vacuum arc deposition. // IEEE Trans. Plasma Science. 1990.-Vol. 18, No 6.-P. 904-910.

160. Tanaka Y., Gur T.M., Kelly M. et al. Properties of (Tii.xAlx)N coatings for cutting tools prepared by the cathodic arc ion plating method // J. Vac. Sci. Technol. A. -1992. Vol. 10, No 4. - P. 1749-1754.

161. Томас Г., Гориндж М.Дж. Просвечивающая электронная микроскопия материалов. М.: Наука, 1983. - 320 с.

162. Иванов Ю.Ф., Пауль А.В., Козлов Э.В., Игнатенко JI.H. Электронно-микроскопический дифракционный анализ ультрадисперсных материалов // Заводская лаборатория. 1992. - № 12. - С. 38-40.

163. Утевский JI. М. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. -М.: Металлургия, 1973. 584 с.

164. Тюменцев А.Н., Коротаев А.Д., Пинжин Ю.П. и др. Влияние низкоэнергетического ионного облучения на микроструктуру покрытий нитрида титана // Поверхность. 1998. - № 10. - С. 92-100.

165. Конева Н.А., Козлов Э.А. Природа субструктурного упрочнения // Изв. вузов. Физика. 1982. - № 8. - С. 3-14.

166. Rie К.-Т. Recent advances in plasma diffusion processes // Surf. Coat. Technol. -1999.-Vol. 112.-P. 56-62.

167. A.c. № 2131480, кл. 6 С 23 С 14/06, 14/48. Способ формирования износостойкого покрытия на поверхности изделий из конструкционной стали / П.М. Щанин, Н.Н. Коваль, Д.П. Борисов, И.М. Гончаренко / Заявлено 15.07.1998 // БИ. -1999.-№ 16.

168. Borisov D.P., Goncharenko I.M., Koval N.N., Schanin P.M. Plasma-assisted deposition of a three-layer structure by vacuum and gas arcs // IEEE Trans. Plasma Sci. -1998.-Vol. 26, No 6.-P. 1680-1684.

169. Аксёнов И.И. Белоус В.А., Падалка В.Г., Хороших В.М. Устройство для очистки плазмы вакуумной дуги от макрочастиц // Приборы и техника эксперимента. 1978. - № 5. - С. 236-248.

170. Anders S. et al. S-shaped magnetic macroparticle filter for catodic arc deposition // Proc. Int. Symp. on Discharge & Electr. Insul. in Vacuum, Berkeley, USA, 1996.

171. Aksenov I.I. et al. Transformation of vacuum-arc plasma flows into radial streams and their use in coating deposition processes // Proc. XVIIIth Int. Symp. on Discharge & Electr. Insul. in Vacuum, Einhoven, The Netherland, 1998.

172. Keunel К. et al. Modified pulse arc deposition for reducing of groplet emission // Proc. XVIIP Int. Symp.on Discharge & Electr. Insul. in Vacuum, Einhoven, The1. Netherland, 1998.

173. Ragozin A.F., Fontana R.P. Reactive gas-controlled arc process // IEEE Trans. Plasma Sci. 1997. - Vol. 25. - P. 680-684.

174. Schanin P.M., Koval N.N., Kozyrev A.V., Goncharenko I.M. et al. Interaction of the droplet fraction of a vacuum arc with the plasma of a gas discharge // J. Techn. Physics.-2000.-Vol. 41, No 2.-P. 177-184.

175. Walch В., Horanyi M., Robertson S. Measurement of the charging of individual dust grains in a plasma // IEEE Trans. Plasma Sci. 1994. - Vol. 22, No 2. - P. 97-102.