The results of an investigation of the process of laser-induced hardening of zirconium (E110 alloy) are reported. It has been established that the laser treatment in air results in the formation of a uniformly distributed microrelief characterized by the presence of microparticles with various configurations. Overlap of the laser beam trajectories leads to the formation of a layered structure. The composition of laser-modified surface depends on the regime of processing and mostly comprises a mixture of zirconium oxides and nitrides. In addition, the formation of diffuse transition zones between the bulk metal and modified surface layer is established. The dependence of the thickness of the hardened layer on the regime of pulsed laser action is determined.
The results of an experimental study of laser pulsed modification of the surface of stainless steel 12CR18NI10T in a layer of alloying compound made of graphite paste and nanodispersed titanium dioxide powder (anatase) and without coating are presented. A comparative analysis of the effect of the coating on the elemental and phase compositions, morphological characteristics and microhardness of the modified surface is carried out. It was found that as a result of the treatment, the processes of cementation and oxidation of the surface occur, which made it possible to obtain a mixture of iron carbide and high-strength oxides in the surface layer of steel. In the samples that underwent laser treatment in the coating layer, an increase in the intensity of the diffraction peaks of the graphite phase and the formation of iron oxides Fe3O4 and chromium Cr2O3 with the presence of titanium dioxide TiO2 were revealed, which created a mixed heterophase metal oxide structure with increased mechanical strength. An increase in the microhardness of the modified surface after laser pulsed scanning in the layer of the experimental alloying compound is established.
The results of studying the effect of air-thermal oxidation on the elemental and phase compositions, morphology and microhardness of the modified surface of the zirconium alloy E-110 are presented. It was established that during the processing of samples, coatings were formed on the surface, the elemental and phase compositions of which mainly depended on the temperature conditions of oxidation. The morphology and thickness were significantly affected by the temperature of the reaction medium and the duration of the treatment. It was found that the oxidation temperature of 400 ° C and 500 ° C with a duration of 1, 2 and 3 hours are the most appropriate modes for the formation of mechanically strong coatings.
Разработан комбинированный способ газотермического оксидирования и порошкового модифицирования поверхности металлов и сплавов медицинского назначения. Получены термооксидные покрытия на поверхности образцов из стали 12Х18Н9Т, циркония Э110, титана ВТ1-0 и установлены рациональные режимы процесса оксидирования при подаче в зону обработки ультрамелкодисперсного порошка оксида титана с кристаллической решеткой анатаза. Установлено, что возрастание продолжительности оксидирования приводит к увеличению параметров шероховатости с достижением их максимальных значений для поверхности стальных образцов Ra=1,7-3,3 мкм, Rz =4,3-7,5 мкм, Rmax =7,1-9,8 мкм, Sm =12,4-19,7 мкм; для поверхности циркониевых образцов Ra=2,8-4,5 мкм, Rz=5,7-8,6 мкм, Rmax=7,8-10,9 мкм, Sm=9,6-13,8 мкм; для поверхности титановых образцов Ra=3-4,8 мкм, Rz=5,5-9,2 мкм, Rmax=7,9-11,5 мкм, Sm=9,8-14,1 мкм. Возрастание степени шероховатости оксидированной поверхности в зависимости от повышения температуры и продолжительности обработки связано с ростом толщины создаваемых покрытий и образованием их более развитого и выраженного микрорельефа. При исследовании суммарной открытой пористости микрошероховатых оксидных структур установлено, что с ростом температуры и продолжительности оксидирования ее значения увеличиваются с 20% до 46% для стальных образцов, с 28% до 57% для циркониевых образцов, с 32% до 60% для титановых образцов. Рациональными режимами газотермического оксидирования стали 12Х18Н9Т являются t=450 °С и τ=1,5 ч, циркония Э110 – t=350 °С и τ=1,0 ч, титана ВТ1-0 – t=400 °С и τ=1,5 ч, позволяющие создавать морфологически гетерогенные оксидные структуры, обладающие способностью обеспечивать интеграцию с костной тканью. Разработана однокамерная электропечь сопротивления, оснащенная системами одновременной подачи кислорода и порошка биоинертного диоксида титана для создания структурно-неоднородных мелкодисперсных оксидных покрытий медицинского назначения.
Проведены экспериментальные исследования морфологических характеристик, элементного состава и микротвердости оксидированной поверхности титанового сплава ВТ6, диспергированной лазерными импульсами. Определены рациональные технологические условия лазерной модифицирующей обработки оксидных пленок для формирования морфологически гетерогенного ультрамелкодисперсного поверхностного слоя оксидов с повышенными показателями микротвердости. Установлено образование наночастиц на обработанной поверхности, средний размер которых находится в диапазоне 70-100 нм. Результаты растровой электронной микроскопии показали, что основными элементами лазерно модифицированного оксидного слоя являются азот (10.41-14.64 ат. ), кислород (35.15-40.01 ат. ) и титан (54.74-58.13 ат. ), а состав сформированного поверхностного слоя является преимущественно нитридооксидным. Выполнены измерения микротвердости обработанных поверхностей, которые показали, что при заданных в эксперименте технологических режимах воздушно-термического оксидирования и последующей лазерной импульсной обработки микротвердость достигает величины 21.80.1 ГПа. Исследовано изменение гранулометрического состава и структуры лазерно модифицированной поверхности оксидированных титановых образцов и показано, что среднее значение размера частиц и пор возрастает с увеличением температуры оксидирования. Пористость имеет повышенные значения (суммарно свыше 40) у поверхностей, полученных при температуре оксидирования 600 С и подвергнутых лазерной обработке, а наиболее низкие значения у поверхностей, сформированных воздушно-термическим оксидированием при температуре 500 С с последующей обработкой лазерными импульсами. Профилометрические исследования шероховатости модифицированных поверхностей показали существенное возрастание параметров микронеровностей при увеличении напряжения импульсов в процессе лазерного диспергирования оксидных пленок на титановом сплаве ВТ6.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.
customersupport@researchsolutions.com
10624 S. Eastern Ave., Ste. A-614
Henderson, NV 89052, USA
This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.
Copyright © 2024 scite LLC. All rights reserved.
Made with 💙 for researchers
Part of the Research Solutions Family.