Введение

- 4 -

Введение

Традиционные методы обработки металлических материалов с целью обеспечения заданных геометрических параметров деталей и изделий и необходимого уровня их эксплуатационных свойств не всегда являются оптимальными. В ряде случаев традиционными методами обработки вообще не удается достичь поставленных целей. В решении этих задач перспективны физико-химические методы воздействия на металл концентрированных потоков энергии, включающих лазерные, электронные, ионные или плазменные пучки. Эти методы обработки преобразуют прежде всего поверхностную структуру и фазовый состав поверхностных слоев, а именно они определяют многие эксплуатационные характеристики деталей и изделий: износостойкость, жаростойкость и жаропрочность и т.д.

К наиболее известным и распространенным способам обработки металлических материалов с использованием концентрированных источников энергии и ионов относится электронно-лучевая обработка и лазерная обработка. Энергия электронного пучка впервые в достаточно широком масштабе была применена в электронно-лучевой плавке и сварке еще в начале 1960-х годов. Однако лишь лет 25 назад нагрев электронным лучом был использован при термической обработке металлов.

Лазеры получили первое применение в технологии обработки металлов в конце 1960-х годов. Малые мощности излучения разработанных к тому времени лазеров позволяли их использовать лишь для резки, сварки и других видов обработки материалов малых толщин, в основном в приборостроении. Последующее развитие и создание лазеров с большими значениями средней мощности в непрерывном или импульсно-периодическом режиме генерации создали основу широких технологических возможностей применения лазеров для обработки конструкционных материалов в машиностроении.

Менее широкое применение получили ионная имплантация и ионно-лучевое перемешивание. Ионная имплантация как способ контролируемого легирования полупроводников была предложена в 1954 г. однако промышленная реализация этого способа была осуществлена лишь в середине 70-х годов. В настоящее время ионная имплантация рассматривается как уникальная технология изготовления полупроводниковых устройств. Первая публикация о возможности использования ионной имплантации с целью управления свойствами металлов относится к 1973 г., а первое промышленное внедрение этой технологии было осуществлено в 1985 г. для обработки ортопедических имплантатов из титанового сплава Ti-6Al-4V.

Описанные в пособии новые технологические процессы пока еще не нашли широкого применения в промышленности и в будущем вряд ли будут достаточно распространены, главным образом из-за высокой стоимости, что обусловлено необходимостью применения дорогостоящего уникального оборудования и привлечения специалистов очень высокой квалификации. Применение этих технологий оправдано лишь в том случае, когда другие традиционные технологии не дают должного эффекта, или когда эти новые технологические процессы обеспечивают необычно большое повышение эксплуатационной надежности и ресурса.

В настоящем учебном пособии рассматривается и ионное азотирование, так как этот прогрессивный метод ХТО также основан на бомбардировке поверхности металла потоками ионов азота высокой энергии. Тем не менее, ионное азотирование отличается от лазерной и электроннолучевой обработки тем, что ионы азота не создают высококонцентрированного энергетического пучка.