Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для азотирования титана тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.02, кандидат технических наук Ахмадеев, Юрий Халяфович

• Ахмадеев, Юрий Халяфович
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Ахмадеев, Юрий Халяфович

Оглавление.

Введение.

Глава 1 Методы азотирования титана.

1.1. Газовое азотирование.

1.2. Азотирование в плазме тлеющего разряда.

1.3. Ионная имплантация.

1.4. Лазерное азотирование.

1.5. Азотирование в плазме дугового разряда.

1.6. Выводы.

Глава 2 Генераторы низкотемпературной плазмы на основе разряда низкого давления с полым катодом.

2.1. Описание установки и ее основных узлов.

2.2. Генератор плазмы на основе дугового разряда с полым катодом.

2.2.1. Параметры плазмы в полом аноде.

2.2.2. Поступление материала катода в анодную полость.

2.3. Генератор плазмы с составным катодом.

2.4. Генератор плазмы на основе несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом.

2.5. Выводы.

Глава 3 Азотирование титана.

3.1. Азотирование технического титана в плазме несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом.

3.2. Влияние состава смеси рабочего газа на процесс азотирования титана в несамостоятельном тлеющем разряде низкого давления.

3.3. Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для азотирования титана»

Актуальность проблемы

На сегодняшний день хорошо известна определяющая роль свойств поверхностного слоя толщиной от десятков нанометров до нескольких сотен микрометров в обеспечении надежности, долговечности и заданного ресурса деталей, узлов и агрегатов машин и механизмов. Поэтому в настоящее время уделяется так много внимания созданию, развитию и совершенствованию различных методов и реализующих их устройств, предназначенных для придания поверхностному слою материалов и изделий улучшенных эксплуатационных свойств, выражающихся, например, в высоком сопротивлении образованию микротрещин, уменьшении износа, повышении коррозионной стойкости.

Долгое время повышенные эксплуатационные свойства поверхностного слоя деталей и изделий достигались исключительно за счет изменения их объемных свойств путем создания новых материалов и использования различных видов термообработки. В настоящее время появились принципиально новые методы упрочняющей обработки, в частности, методы, связанные с использованием ионно-плазменных процессов, протекающих в плазме, приповерхностном слое и на поверхности материалов и изделий, объединенные в понятие "методы вакуумной ионно-плазменной технологии".

Газоразрядная плазма широко используется в процессах поверхностной модификации материалов: при азотировании сталей и сплавов [1-8], иммерсионной ионной имплантации [9-11], формировании нанокристалических и аморфных соединений [12-14], ионно-плазменном нанесении упрочняющих и защитных покрытий [15-17]. Выбор типа разряда определяется, с одной стороны, соответствием параметров плазмы, которые при ее взаимодействии с твердым телом наиболее полно обеспечивают требуемую модификацию поверхности, а с другой, требованием организации технологического процесса с высокой производительностью и энергетической эффективностью.

Низкое напряжение горения, высокие значения разрядных токов и широкий диапазон давлений, при которых стабильно зажигается и горит дуговой разряд, стимулировали проведение исследований и разработку различных плазменных технологических устройств с использованием дуги. Однако, наличие в плазменном потоке дуговых плазмогенераторов большого количества микрокапель материала распыляемого катода [18-20] накладывают ограничения на использование их в процессах модификации поверхности, поэтому разработаны различные, иногда достаточно сложные, методы фильтрации плазмы от микрокапель [21-24].

Дуговые разряды с накаленным катодом [25-26] позволяют получать относительно чистую (без наличия в ней микрокапель материала распыляемого катода) газоразрядную плазму, однако имеют ограниченный срок службы при больших разрядных токах, не превышающий нескольких десятков часов в атмосфере инертных газов (Аг, Не), и нескольких десятков минут в атмосфере химически активных газов (О2, СН4 и др.), вследствие окисления вольфрамового катода и его распыления при бомбардировке ионами, поступающими из разрядного промежутка. Более высоким ресурсом обладают разрядные системы с холодным полым катодом [27], в которых катодное пятно формируется на внутренней поверхности диафрагмированного полого катода, что затрудняет попадание микрокапель в рабочий объем.

В настоящее время источники газоразрядной плазмы низкого давления с относительно высокой пе=109-1010см"3 концентрацией плазмы [28-29] применяются как в научных исследованиях, так и в различных технологических процессах. Причем эффективность использования источников зависит во многом не только от параметров создаваемой ими плазмы, но и от общей проработанности их конструкций, схем электропитания и управления, определяющих надежность и долговечность оборудования.

Применение дугового разряда с холодным полым катодом, помещенным в аксиальное магнитное поле [27, 30], в котором катодное пятно функционирует внутри полого катода на его боковой поверхности, позволяет значительно уменьшить поступление микрокапель в полый анод, роль которого играют стенки рабочей вакуумной камеры. Однако, нерешенные проблемы с проникновением плазмы в зазор между полым катодом и дугогасителем, приводящие к термическому повреждению поверхности органического диэлектрика, изолирующего катод от полого анода, предопределяют необходимость дальнейшей модернизации электродной системы плазмогенератора. Кроме того, наличие отверстия в дугогасителе, соединяющем катодную и анодную области разряда, хотя и не позволяет полностью исключить проникновение капельной фракции в рабочую вакуумную камеру, стимулирует поиск конструктивных решений, позволяющих существенно уменьшить это проникновение.

Применение газоразрядной плазмы в процессах поверхностной модификации твердых тел, например при азотировании титана и его сплавов применяемых в медицине при изготовлении имплантатов, является актуальной задачей, т.к. позволяет увеличить скорость азотирования [31-32] по сравнению с традиционными технологиями азотирования. В США ежегодно на операции с использованием искусственных имплантатов расходуется более 2 млрд. долларов, а количество граждан этой страны, имеющих, по крайней мере, один имплантат составило около 11 млн. человек [33]. В России, где проблема не менее актуальна, в настоящее время основными металлическими биоматериалами являются титан и его сплавы (в основном Ti-6A1-4V), сплавы Со-Сг-Мо и медицинская нержавеющая сталь. Причем значительная часть металлических искусственных имплантатов поставляется в Россию из-за рубежа. Однако использование традиционных медицинских материалов не в полной мере удовлетворяет современным требованиям по биосовместимости и сроку службы имплантантов.

С целью повышения коррозионной стойкости и износостойкости титана, а также создания барьера для выхода токсичных элементов (таких как ванадий) из сплава Ti-6A1-4V используются различные методы поверхностной модификации и нанесения покрытий. К числу этих методов относятся: ультрапассивация, имплантация ионов азота, осаждение тонких пленок нитрида титана и алмазоподобного углерода стандартными PVD (Physical Vapor Deposition) и CVD (Chemical Vapor Deposition) методами. Недостатком ультрапассивации является быстрое разрушение тонкой пассивной пленки ТЮг при фреттинг-износе. Недостатком ионной имплантации является малая толщина имплантированного слоя (<0.5 мкм). Общим недостатком традиционных PVD и CVD методов является наличие границы раздела пленка-подложка и опасность отслоения покрытия. Таким образом традиционные методы модификации поверхности титановых медицинских сплавов не решают проблему длительной стабильности металлических хирургических имплантатов.

Не менее актуальна проблема поверхностной обработки титана с целью улучшения его эксплуатационных свойств для авиа-космической промышленности.

В настоящее время для увеличения поверхностной твердости, износостойкости и коррозионной стойкости титановых сплавов используется метод диффузионного насыщения их поверхности азотом в плазме газовых разрядов [34-38]. В большинстве случаев азотирование осуществляется при высоких температурах 800-900°С, давлениях порядка 10-100 Па и длительностях процесса порядка нескольких часов. При этом процесс азотирования интенсифицируется при повышении концентрации и температуры компонентов плазмы [35].

Однако при температурах, превышающих температуру а—полиморфного превращения 885-900°С, азотирование технического титана ВТ1-0, не содержащего в своем составе легирующих присадок (Cr, V и др.), наряду с упрочнением поверхности, как правило, приводит к изменению микроструктуры, росту зерна [39], и, как следствие, к объемному разупрочнению образцов и изделий.

В настоящее время нет единой точки зрения на механизм диффузионного насыщения металлов азотом, однако ряд авторов [34-35, 38-42] считают, что в процессе азотирования, особенно при низких температурах, участвуют как атомарный азот, так и ионы азота.

Предлагаемый нами подход к решению вышеперечисленных проблем состоит в следующем. В качестве основного материала исследований используется технический титан, как один из наиболее распространенных биосовместимых металлов. На первом этапе обработки с использованием электродугового плазмогенератора производится финишная очистка и активация поверхности титана в низкотемпературной плазме тяжелых инертных газов, как правило, аргона. При этом происходит удаление оксидной пленки ТЮ2 вследствие ионного травления и подготовка поверхности к следующему этапу обработки.

На втором этапе обработки в плазме несамостоятельного тлеющего разряда, инициируемого и поддерживаемого дугой низкого давления, производится низкотемпературное (<600°С) азотирование поверхности изделий при низком ~1-5 Па давлении. При этом на поверхности изделий формируется тонкий <1 мкм слой нитрида титана, имеющий хорошую коррозионную и износостойкость, а также более протяженный слой упрочненного титана за счет создания зоны твердого раствора азота в титане.

Особо следует отметить, что все вышеперечисленные электрофизические процессы осуществляются последовательно в едином вакуумном цикле (нет необходимости извлекать обрабатываемые детали из камеры для смены режимов обработки и тем самым исключается окисление поверхности нагретых деталей), что улучшает качество обработки и повышает ее производительность. Сам технологический цикл поддается полной автоматизации и является экологически чистым.

Кроме медицинской отрасли разрабатываемая технология может найти применение во многих других отраслях промышленности (авиационной, атомной, нефтегазодобывающей, энергетической), где требуется существенное повышение ресурса изделий, выполненных из титана.

Цель исследований.

Разработка оборудования и определение режимов низкотемпературного азотирования технического титана при низких давлениях в тлеющем разряде с полым катодом, функционирование которого инициируется и поддерживается дуговым разрядом с полым катодом.

Основные задачи исследований:

1.С целью оптимизации режимов генерации однородной низкотемпературной плазмы в больших (~0.2 м3) объемах, пригодной для технологических циклов обработки титана, провести исследование газоразрядного плазмогенератора на основе дугового разряда с холодным полым катодом при горении дуги на различных материалах и при напуске в рабочую камеру различных газов.

2. Разработать меры, улучшающие фильтрацию от микрокапель анодной плазмы, создаваемой газоразрядным плазмогенератором на основе дугового разряда с холодным полым катодом для исключения загрязнения плазмы тлеющего разряда продуктами эрозии катода дугового плазмогенератора.

3. Определить режимы, позволяющие проводить низкотемпературное (<600 °С) азотирование технического титана при низких давлениях.

Научная новизна

1. Проведено исследование генератора плазмы с холодным полым катодом на основе дугового разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях при горении дуги на таких материалах как нержавеющая сталь, медь, дюралюминий, графит. Показано, что для всех используемых материалов катода характерна слабая зависимость тока разряда от напряжения его горения и высокая степень устойчивости горения дуги.

2. Показано, что для исследованного генератора плазмы с холодным полым катодом на основе дугового разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях, увеличение напряжения горения дуги и снижение тока разряда при увеличении аксиального магнитного поля, связано с падением проводимости плазмы в прикатодной области разряда. Эти нежелательные эффекты можно компенсировать за счет увеличения частоты столкновений электронов, посредством повышения давления газа в полом катоде.

3. Разработана оригинальная электродная система, состоящая из набора дополнительных конструктивных элементов катода для плазмогенератора на основе дугового разряда с холодным полым катодом, позволяющая сократить проникновение капельной фракции материала из полого катода в разрядную камеру без использования дополнительных электрических и магнитных полей.

4. Впервые предложена, реализована и исследована разрядная система на основе несамостоятельного тлеющего разряда с полым катодом, инициируемого и поддерживаемого дугой низкого давления. Установлены особенности горения несамостоятельного тлеющего разряда при низких давлениях. Данная разрядная система позволяет получать при давлениях ~1-5 Па и плотностях тока до 5 мА/см2 плазму с концентрацией ~1010 см'3, что позволило провести низкотемпературное (<600 °С) азотирование технического титана.

5. Показано, что структура, микротвердость и трибологические свойства азотированного технического титана в несамостоятельном тлеющем разряде с полым катодом существенно зависят от состава рабочего газа. Так повышение твердости при азотировании титана по сравнению с азотированием в чистом азоте наблюдается при использовании смеси (в частности N2-He) с более высоким (на два порядка величины) сечением ионно-молекулярных реакций образования атомарного азота. Азотирование в смеси N2-He позволяет сократить время процесса более чем в 2 раза при сохранении тех же параметров азотированного слоя, что и при азотировании в чистом азоте. Данная структура приповерхностного слоя достигает толщины 60-70 мкм с твердостью до 14ГПа. Следует подчеркнуть, что слой TiN формируется за счет диффузионных процессов, а, следовательно, не имеет четкой границы раздела с подложкой и не подвержен отслаиванию.

Практическая ценность

Практическая ценность да нной ра боты со стоит в том, ч то на основании проведенных исследований разработана разрядная система на основе несамостоятельного тлеющего разряда, и предложены технологические режимы, позволяющие проводить эффективное низкотемпературное (<600 °С) азотирование технического титана и его сплавов. За счет выбора оптимальных смесей рабочего газа и режима азотирования можно сократить время процесса азотирования технического титана более чем в 3 раза при прочих одинаковых условиях. Кроме того, результаты работы могут быть использованы при низкотемпературном азотировании сталей.

Научные положения, выносимые на защиту

1.В электродуговом плазмогенераторе низкого давления рост напряжения горения разряда и снижение тока разряда при высоком магнитном поле, необходимом для стабилизации катодного пятна на фиксированной траектории внутри полого катода, можно компенсировать повышением давления газа пропускаемого через полый катод, т.е. за счет увеличения проводимости плазмы с ростом частоты столкновений электронов с молекулами газа.

2. В электродуговом плазмогенераторе низкого давления дополнительный изогнутый полый катод меньшего диаметра, геометрически экранирующий катодное пятно вакуумной дуги, позволяет практически устранить попадание микрокапель в анодную область разряда и на находящиеся в ней образцы и детали.

3. Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом, инициируемый и поддерживаемый плазмой газоразрядного плазмогенератора с холодным полым катодом на основе дугового разряда с катодным пятном, позволяет в стационарном режиме горения несамостоятельного тлеющего разряда провести низкотемпературное (<600 °С) азотирование технического титана при низких давлениях (~1-5 Па).

4. Микроструктура, твердость и трибологические свойства титана, подвергнутого азотированию в несамостоятельном тлеющем разряде с полым катодом, существенно зависят от состава рабочего газа. При горении разряда в смесях, содержащих неон или гелий, азотирование происходит более эффективно, чем в чистом азоте и аргон-азотной смеси за счет более высоких сечений ионно-молекулярных реакций образования атомарного азота. Азотирование в смеси N2-He позволяет сократить время процесса более чем в 3 раза, при сохранении тех же параметров азотированного слоя, что и при азотировании в чистом азоте.

Апробация работы

Основные результаты данной работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: 9~ Всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых учёных (Красноярск, 2003); 30м Международной конференции по плазме (Корея, Джеджу, 2003); 7— и 8 — Международной конференции по модификации материалов пучками заряженных частиц и потоками плазмы (Томск, 2004, 2006); 11— Международной научно-практической конференция студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск, 2005); 1— и 2—Всероссийских конференциях молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем» (Томск, 2005, 2006); 1~ Международной школе-семинаре молодых ученых «Актуальные проблемы физики, технологий и инновационного развития» (Томск, 2005); Международной школе-конференции молодых ученых «Физика и химия наноматериалов» (Томск, 2005); 3— Всероссийской конференции молодых ученых «Фундаментальные проблемы новых технологий в 3-м тысячелетии» (Томск, 2006).

Личный вклад автора

Автору принадлежит основная роль в получении результатов описанных в диссертации. Научному руководителю доктору технических наук Н.Н. Ковалю и главному научному сотруднику доктору физ.-мат. наук П.М. Щанину принадлежат определение цели и постановка задач исследований. Автор внес определяющий вклад в планирование и проведение экспериментов, и анализ полученных результатов. Соавторы, участвовавшие в исследованиях по отдельным направлениям, указаны в списке основных публикаций по теме диссертации. Обсуждение и анализ полученных результатов проводились соискателем совместно с научным руководителем и доктором физ.-мат. наук П.М. Щаниным. Все результаты, составляющие научную новизну диссертации и выносимые на защиту, получены автором лично.

По теме диссертации опубликовано 6 статей в отечественных и 1 статья в зарубежном научных журналах, 8 докладов в трудах отечественных и зарубежных научных конференций.

Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения с общим объемом 116 страниц, содержит 50 рисунков и 10 таблиц. Список цитируемой литературы включает 119 наименований.

Заключение диссертации по теме «Вакуумная и плазменная электроника», Ахмадеев, Юрий Халяфович

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. Проведены исследования дугового генератора газовой плазмы на основе разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях с холодным полым катодом, и показано, что при постоянном давлении и величине магнитного поля напряжение горения разряда лежит в диапазоне 20-50 В для всех исследованных материалов катода и слабо зависит от тока разряда при его изменении в широком (20-200 А) диапазоне.

2. Установлено, что повышение напряжения горения самостоятельной дуги с полым катодом и снижение ее тока при увеличении аксиального магнитного поля связано со снижением поперечной по отношению к магнитному полю проводимости плазмы вблизи катода. Увеличение частоты столкновений электронов, за счет изменения давления газа в полом катоде, позволяет компенсировать снижение проводимости плазмы.

3. На основании проведенных исследований разработана эффективная электродная система генератора плазмы практически исключающая проникновение капельной фракции в полый анод (рабочую область).

4. Установлено, что инициируемый и поддерживаемый генератором дуговой плазмы несамостоятельный тлеющий разряд с цилиндрическим полым катодом при низком давлении зажигается и стабильно горит в сильноточной форме (j=l-5 мА/см) в широком диапазоне давлений (р=0.1-4 Па). Ток разряда растет при увеличении напряжения и давления и уменьшается с увеличением площади выходного окна в результате ухода быстрых электронов из катодной полости.

5. Установлено, что при одинаковых давлениях (2-4 Па), температуре образцов (<600° С) и временах азотирования, за счет более высоких сечений (до 2-х порядков величины) ионно-молекулярных реакций образования атомарного азота типа при разряде в смесях, содержащих 50% неона или гелия, азотирование происходит более эффективно, чем в чистом азоте и аргон-азотной смеси. При азотировании в гелиево-азотной смеси в течение 2-х часов на поверхности получена твердость более чем в 2 раза выше, чем в чистом азоте и более чем в 1.5 раза выше, чем в аргон-азотной смеси. 6. Использование несамостоятельного тлеющего разряда, горящего как в атмосфере чистого азота, так и в смесях азота с такими газами как аргон, неон и гелий, для азотирования титана позволяет повышать его эксплуатационные характеристики, например, износостойкость. Так интенсивность износа титанового образца после его азотирования в плазме несамостоятельного тлеющего разряда уменьшилась от 2.5-10'2 до -1-10" мм/м-Н, что соответствует интенсивности износа покрытия из нитрида титана.

В заключение считаю своим приятным долгом выразить искреннюю благодарность научному руководителю доктору технических наук Ковалю Н.Н. за общее руководство и помощь в экспериментальной работе. Выражаю глубокую благодарность доктору физико-математических наук, профессору Щанину П.М. за руководство и помощь в экспериментах, и плодотворные дискуссии. Я признателен сотрудникам лаборатории плазменной эмиссионной электроники ИСЭ СО РАН: с.н.с. Иванову Ю.Ф., н.с. Гончаренко И.М., м.н.с. Лопатину И.В. за поддержку данной работы, помощь в проведении экспериментов и постоянное обсуждение результатов.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Ахмадеев, Юрий Халяфович, 2007 год

1. Sahu A., Nayak В.В., Panigrahi N. et al. DC extended arc plasma nitriding of stainless and high carbon steel // Journal of materials science. 2000. - №35. -P.71-77.

2. Pinedo C.E., Monteiro W.A. Surface hardening by plasma nitriding on high chromium alloy steel // Journal of materials science letters. 2001. - №20. -P. 147-149.

3. Straffelini G., Avi G., Pellizzari M. Effect of three nitriding treatments on tribological performance of 42CrAlMo7 steel in boundary lubrication // Wear. -2002.- №252 -P.870-879.

4. Camps E., Becerril F., Muhl S. et al. Microwave plasma characteristics in steel nitriding process // Thin Solid Films. 2000. - №373. - P.293-298.

5. Pessin M.A., Tier M.D., Strohaecker T.R. et al. The effects of plasma nitriding process parameters on the wear characteristics of AISI M2 tool steel // Tribology Letters. 2000. - №8. P.223-228.

6. Priest J.M., Baldwin M.J., Fewell M.P. et al. Low pressure r.f. nitriding of austenitic stainless steel in an industrial-style heat-treatment furnace // Thin Solid Films. 1999. - №345. - P.l 13-118.

7. Michalski J. D.C. glow discharge in a gas under lowered pressure in ion nitriding of Armco iron // Journal of materials science letters. 2000. - №19. -P.1411—1414.

8. Fossati A., Borgioli F., Galvanetto E., Bacci T. Glow-discharge nitriding of AISI 316L austenitic stainless steel: influence of treatment time // Surface & Coatings Technology. 2006. -№200. - P.3511-3517.

9. Ueda M., Gomes G.F., Berni L.A. et al. Plasma immersion ion implantation using a glow discharge source with controlled plasma potential // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2000. - №161-163. -P.1064-1068.

10. Berni L.A., Ueda M., Gomes G.F. et al. Experimental results of a dc glow discharge source with controlled plasma floating potential for plasma immersion ion implantation // J. Phys. D: Appl. Phys. 2000. - №33. - P.1592-1595.

11. Наноструктурные функциональные покрытия для промышленности». -Харьков. 2006. - С.221-225.

12. Cooke M.J., Hassall G. Low-pressure plasma sources for etching and deposition // Plasma Sources Sci. Technol. 2002. -№11.- P.74-79.

13. Avrekh M., Monteiro O.R., Brown I.G. Electrical resistivity of vacuum-arc-deposited platinum thin films // Applied Surface Science. 2000. - №158. -P.217-222.

14. Liu Y.F., Feng W.R., Zhang G.L. et al. TiN and WC coatings prepared by pulsed high energy density plasma // Proc. 7-th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, Russia, 2004. -P.70-73.

15. Удрис Я.Я. О разрушении материалов катодным пятном дуги // РиЭ. -1963. №6. - С.1057-1065.

16. Аксенов И.И., Коновалов И.И., Кудрявцева Е.Е., Кунченко В.В. Падалка В.Г., Хороших В.М. Исследование капельной фазы эрозии катода стационарной вакуумной дуги // ЖТФ. -1984. Т.54, №8. - С.1530-1533.

17. Вакуумные дуги / Под. ред. Лафферти Дж. М.: Мир, 1982. - 432 с.

18. Аксенов И.И., Белоус В.А., Падалка В.Г. и др. Устройство для очистки плазмы вакуумной дуги от макрочастиц // ПТЭ. 1978. - №5. - С.236-237.

19. Aksenov I.I., Zaleskij D.Yu. and Strelnitskij V.E. On the efficiency of systems for filtered cathodic arc deposition // Proc. 5-th Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. -Tomsk, Russia, 2000. -P.133-138.

20. 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. - С. 193-207.

21. Гаврилов Н.В., Крейндель Ю.Е., Месяц Г.А., Шведов Ф.Н. Использование импульсно-периодической дуги с катодным пятном для генерации электронных и ионных пучков с регулируемым средним током // Письма в ЖТФ. 1988. -Т.14, Вып. 10. - С.865-869.

22. Грановский В.JT. Электрический ток в газе. Установившийся ток // М.: Наука, 1971.-544 с.

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

24. Григорьев С.В., Коваль Н.Н., Щанин П.М. Дуговой генератор газоразрядной плазмы. Бюл. №12. Патент №2227962 - 17.06.2002. -27.04.2004.

25. Бугаев С.П., Крейндель Ю.Е., Щанин П.М. Электронные пучки большого сечения. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 112 с.

26. Метель А.С., Григорьев С.Н. Тлеющий разряд с электростатическим удержанием электронов. Монография. М.: «Янус-К», ИЦ ГОУ МГТУ «Станкин», 2005. - 296 с.

27. Щанин П.М., Коваль Н.Н., Ахмадеев Ю.Х., Григорьев С.В. Дуговой разряд с холодным полым катодом в скрещенных электрическом и магнитном полях // ЖТФ. -2004. Т.74. вып. 5. С. 24-29.

28. 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.

29. Meletis E.I. Intensified plasma-assisted processing: science and engineering // Surf, and Coatings Technology. 2002. - №149. - P.95-113.

30. Yarns L. New bioactive coating enables metal implants to bond with bone // http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive^one-implant-coating.html.

31. Rie K.-T., Lampe Th. Thermochemical surface treatment of titanium and titanium alloy Ti-6A1-4V by low energy nitrogen ion bombardment // Mater. Sci. Eng. 1985. -№69. - P. 437-481.

32. Панайоти Т.А. Создание максимальной насыщающей способности газовой среды при ионном азотировании сплавов // ФХОМ. 2003. - № 4. - С.70-78.

33. Smyslov A.M., Safin E.V. Influence of the combined modification on VT6 titanium-based alloy fatigue resistance // Proc. of 5th Conf. on Modif. of Mater, with Particle Beams and Plasma Flow. -Tomsk, Russia, 2000. -P.352-353.

34. Неровный B.M., Перемитько B.B. Азотирование поверхности титановых сплавов дуговой плазмой низкого давления // ФХОМ. 1995. - №3. -С.49-54.

35. Борисова Е.А., Бочвар Г.А., Брун М.Я. и др. Титановые сплавы. Металлография титановых сплавов. М.: Металлургия, 1980. - 464 с.

36. Гороховский В.И., Оторбаев Д.К. О роли атомарного азота при синтезе нитридтитановых покрытий в вакуумном дуговом разряде // ФХОМ. -1989. №2. - С.51-54.

37. Cao Z.X., Oechsner Н. Effect of concurrent N2+ and N4 ion bombardment on the plasma- assisted deposition of carbon nitride thin film // J. Vac. Sci. Technol. A. -2004. -Vol.22, № 2. -P.321-323.

38. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. и др. Теория и технология азотирования. М.: Металлургия, 1991. - 320 с.

39. Арзамасов Б.Н. и др. Ионная химико-термическая обработка сплавов. -М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. 400 с.

40. Лахтин Ю.М., Коган Я.Д. Структура и прочность азотированных сплавов. -М.: Металлургия, 1982. 192 с.

41. Вульф Б.К. Термическая обработка титановых сплавов. М.: Металлургия, 1969.-376 с.

42. Mizera J., Fillit R.Y., Wierzchon Т. Residual stresses in nitrided layers produced on titanium alloys under glow discharge conditions // Journal of materials science letters. 1998. -№17. -P.1291-1292.

43. Chen K.C., Jaung G.J. D.c. diode ion nitriding behavior of titanium and Ti-6A1-4V // Thin Solid Films. 1997. - №303. - P. 226-231.

44. Gicouel A., Laidani N., Saillard P., Amouroux J. Plasma and nitrides: application to the nitriding of titanium // Pure & Appl. Chem. 1990. - Vol.62, №9. -P.l 743-1750.

45. Bacci Т., Borgioli F., Galvanetto E., Galliano F., Tesi B. Wear resistance of Ti-6A1-4V alloy treated by means of glow-discharge and furnace treatments // Wear. 2000. - №240. - P. 199-206.

46. Kapczinski M.P., Kinast E.J. and dos Santos C.A. Near-surface composition and tribological behaviour of plasma nitrided titanium // J. Phys. D: Appl. Phys. -2003.-№36.-P. 1858-1863.

47. Galvanetto E., Galliano F.P., Fossati A., Borgioli F. Corrosion resistance properties of plasma nitrided Ti-6A1-4V alloy in hydrochloric acid solutions // Corrosion Science. 2002. -№44. P. 1593-1606.

48. Rossi S., Fedrizzi L., Bacci Т., Pradelli G. Corrosion behaviour of glow discharge nitrided titanium alloys // Corrosion Science. 2003. - №45. -P.511-529.

49. Kasukabe Y., Ootubo J., Takeda S. et. al. Epitaxy of titanium nitride thin films grown by nitrogen implantation // Thin Solid Films. 1996. - Vol.281-282. -P.32-35.

50. Soltani Farshi M., Baumann H., Ruck D., Bethge K. Hydrogen accumulation in titanium, zirconium and hafnium caused by nitrogen implantation // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 1997. - Vol. 127-128. -P.787-790.

51. Быковский Ю.А., Неволии B.H., Фоминский B.A. Ионная и лазерная имплантация металлических материалов. М.: Энергоатомиздат, 1991. -240 с.

52. Диденко А.Н., Шаркеев Ю.П., Козлов Э.В., Рябчиков А.И. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных металлических материалах. -Томск: Изд-во НТЛ, 2004. 328 с.

53. Wei R., Vajo J.J., Wilbur P.J. et. al. A comparative study of beam ion implantation and nitriding of AISI 304 stainless steel // Surface & Coatings Technology 1996. - Vol.83. - P.235-242.

54. 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.

55. Berberich F., Matz W., Richter E., Schell N. In situ study of phase transformation at elevated temperature and correlated mechanical degradation ofnitrogen implanted Ti-6A1-4V alloys // www, fz-rossendorf. de/ROBL/ Annual/JBOO con2.pdf.

56. Ни C., Xin H., Watson L.M., Baker T.N. Analysis of the phases developed by laser nitriding Ti-6A1-4V alloys // Acta mater. 1997. - Vol.45, №10. -P.4311-4322.

57. Laurens P., L'Enfant H., Sainte Catherine M.C., Blechet J.J., Amouroux J. Nitriding of titanium under CW C02 laser radiation // Thin Solid Films. 1997.- №293. P.220-226.

58. Fu Y., Batchelor A.W. Laser nitriding of pure titanium with Ni, Cr for improved wear performance // Wear. 1998. - №214. - P.83-90.

59. Xue L., Islam M., Koul A.K., Bibby M., Wallace W. Laser Gas Nitriding of Ti-6A1-4V Part 1: Optimization of the Process // Advanced Performance Materials.- 1997. №4. - P.25-47.

60. Xue L., Islam M., Koul A.K., Bibby M., Wallace W. Laser Gas Nitriding of Ti-6A1-4V Part 2: Characteristics of Nitrided Layers // Advanced Performance Materials. 1997. - №4. - P.389-408.

61. Tamaki M., Kuwahara H., Tomii Y., and Yamamoto N. An Investigation of Titanium Nitride Prepared by a DC Arc Plasma Jet // Journal of Materials Synthesis and Processing. 1998. - Vol.6, №.3. - P.215-219.

62. Винтизенко JI.Г., Григорьев С.В., Коваль Н.Н. и др. Дуговые разряды низкого давления с полым катодом и их применение в генераторах плазмы и источниках заряженных частиц // Изв. вузов. Физика. 2001. - № 9. -С.28-43.

63. Akhmadeev Yu.H., Grigoriev S.V., Koval N.N., Lopatin I.V., Schanin P.M., Vershinin D.S. Plasma source based on arc discharge with cold hollow cathode // 30th IEEE International Conference on Plasma Science. Jeju, Korea. 2003. -P.203.

64. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука, 1987. 592 с.

65. Akhmadeev Yu.H., Grigoriev S.V., Koval N.N., and Schanin P.M. Plasma sources based on a low-pressure arc discharge // Laser and Particle Beams. -2003. -№21. -P.249-254.

66. Френсис Г. Ионизационные явления в газах. М.: Атомиздат, 1964. -297 с.

67. Tuma D.T., Chen C.L., Davies D.K. Erosion products from the cathode spot region of a copper vacuum arc // J. Appl. Phys. 1978. - Vol. 49, №7- P.3821-3830.

68. Дороднов A.M. Технологические плазменные ускорители // ЖТФ. 1978. -Т.48, № 9-С.1858-1870.

69. Martin P.J., Bendavid A., Takikawa H. Ionized plasma vapor deposition and filtered arc deposition; processes, properties and applications // J. Vac. Sci. Technol. A 1999. - Vol. 17,№4-P.2351-2359.

70. Boxman R.L. Recent developments in vacuum arc deposition // IEEE transaction on plasma science 2001. - Vol. 29, № 5 - P.762-767.

71. Martin P.J., Bendavid A. Review of the filtered vacuum arc process and materials deposition // Thin Solid Films 2001. - №394 - P. 1-15.

72. Bilek M.M.M., Anders A. and Brown I.G. Magnetic system for producing uniform coatings using a filtered cathodic arc // Plasma Sources Sci. Technol. -2001. -№10-P.606-613.

73. Визирь A.B., Оке E.M. Шандриков M.B. Юшков Г.Ю. Генератор объемной плазмы на основе разряда с плазменным катодом // ПТЭ. 2003. - №3. -С.108-111.

74. Essiptchouk A.M. Working condition of a copper cathode with minimum erosion // Plasma Sources Sci. Technol. 2003.- №12. - P.501-507.

75. Жаринов А.В., Коваленко Ю.А. Роль быстрых электронов в разряде с полым катодом // Изв. вузов. Физика. 2001. - №9. - С.44-47.

76. Власов М.А. Факельная структура дрейфовой неустойчивости // Письма в ЖЭТФ. 1965. - Т. 2, №7- Р.297-300.

77. Аксенов И.И., Коновалов И.И., Кудрявцева Е.Е. и др. Исследование капельной фазы эрозии катода стационарной вакуумной дуги // ЖТФ. -1984. -Т.54, Вып.8. С.1530-1533.

78. Щанин П.М., Коваль H.H., Ахмадеев Ю.Х. Генерация газоразрядной плазмы в дуговом источнике с холодным полым катодом // ПТЭ. 2005. -№ 3. -С.62-66.

79. Коваленко А.Ю. Коваленко Ю.А. Учет ионизации и рассеяния при моделировании разряда в скрещенных полях // ЖТФ. 2003. - Т.73, Вып.11.-С.53-58.

80. Ахмадеев Ю.Х, Гончаренко И.М., Иванов Ю.Ф., Коваль Н.Н., Щанин П.М. Азотирование технически чистого титана в тлеющем разряде с полым катодом // Письма в ЖТФ. 2005. - Т. 31. - Вып. 13. - С.24-30.

81. Ахмадеев Ю.Х., Колубаева Ю.А., Крысина O.B. Азотирование титана в тлеющем разряде с полым катодом // Сб. материалов I Всероссийской конференции молодых ученых «Физика и химия высокоэнергетических систем». Томск. - 2005. - С.299-301.

82. Ахмадеев Ю.Х. Влияние газовой среды на процесс азотирования титана в несамостоятельном тлеющем разряде низкого давления // Сб. материалов Международной школы-конференции молодых ученых «Физика и химия наноматериалов». Томск. - 2005. - С.7-11.

83. Ахмадеев Ю.Х., Гончаренко И.М., Иванов Ю.Ф., Коваль Н.Н., Щанин П.М., Колубаева Ю.А., Крысина О.В. Азотирование титана в тлеющем разряде с полым катодом // Поверхность. 2006. - №. 8. - С. 63-69.

84. Akhmadeev Yu.H., Ivanov Yu. F., Koval N.N., Lopatin I.V., Schanin P.M. Nitriding of commercially pure VT1-0 titanium and VT6 alloy in low pressure discharges // Изв. вузов. Физика. 2006. -№ 8. Приложение. - С. 288-291.

85. Визирь А.В., Оке Е.М., Щанин П.М., Юшков Г.Ю. Несамостоятельный тлеющий разряд с полым катодом для широкоапертурных ионных источников // ЖТФ. 1997. - Т.67, №6. - С.27-31.

86. Москалев Б.И. Разряд с полым катодом. М.: Энергия, 1969. - 184 с.

87. Meletis E.I. Plasma nitriding intensified by thermionic emission source. US Patent and Trademark Office. 1994. - Patent №.5334264. - Aug. 22. - 1994.

88. Вирин Л.И., Джагапацпанян P.B., Караченцев Г.В., Потапов В.К, Тальрозе B.JI. Ионно-молекулярные реакции в газах. М.: Наука, 1979. - 548 с.

89. Голант В.Е., Жилинский А.П., Сахаров С.А. Основы физики плазмы. М.: Атомиздат, 1977. - 384 с.

90. Плешивцев Н.В., Бажин А.И. Физика воздействия ионных пучков. М.: Вузовская книга, 1998. - 398 с.

91. Oks. Е., Visir A., Yushkov G. High current ion source based on hollow cathodethglow with e-beam injection // Proc. 12 Inter. Conf. on High Power Particle Beams. Haifa, Israel, - 1998. - Vol.2. - P.955-958.

92. Vizir' A.V., Oks E.M., Schanin P.M., Yushkov G.Yu. Non-self-sustained hollow-cathode glow discharge for large-aperture ion sources // Tech. Phys. -1997. Vol. 42, №6.- P.611-614.

93. Oks E.M., Vizir A.V., Yushkov G.Yu. Low-pressure hollow-cathode glow discharge plasma for broad beam gaseous ion source // Review of Scientific Instruments. 1998. - Vol.69, №2.- P.853-855.

94. Vizir A.V., Yushkov G.Yu., Oks E.M. Further development of a gaseous ion source based on low-pressure hollow cathode glow // Review of Scientific Instruments. 2000. - Vol.71, №2- P.728-730.

95. Бурмакинский И.Ю., Рогов A.B. Влияние резонансной перезарядки ионов аргона на эффективную скорость распыления в магнетронном разряде // ЖТФ. -2004. -Т.74, Вып. 1. С. 120-122.

96. Никулин С.П. Влияние ионной эмиссии на характеристики тлеющего разряда с полым катодом // ЖТФ. 2000. - Т.70, №10. - С.122-124.

97. Никулин С.П. Влияние эмиссии заряженных частиц на характеристики тлеющих разрядов с осциллирующими электронами // Известия ВУЗов. Физика. 2001. - Т.44, №9. - С.63-68.

98. Бабичев А.П., Бабушкина Н.А., Братковский A.M. и др. Физические величины: Справочник. -М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

99. Смирнов Б.М. Химия плазмы. -М.: Атомиздат, 1974. -Вып.1. 304 с.

100. Liberman М.А. and Lichtenberg A. Principles of plasma discharges and materials processing. -New York John Willey& Sons Inc., 1994. 571 p.

101. Кирюханцев-Корнеев Ф.В., Штанский Д.В., Шевейко А.Н. и др. Структура и свойства Ti-Si-N покрытий, полученных магнетронным распылением СВС-мишеней // Физика металлов и металловедение. 2004. - Т.97, №3. -С.96-103.