INŻYNIERIA POWIERZCHNI NR 3 – 2008

BOŻENA SARTOWSKA¹, LECH WALIŚ¹, JERZY PIEKOSZEWSKI², LECH NOWICKI², RENATA RATAJCZAK², JAN SENATORSKI³

MODYFIKACJA STRUKTURY I WŁAŚCIWOŚCI WARSTW WIERZCHNICH STALI WĘGLOWYCH INTENSYWNYMI IMPULSAMI PLAZMY ARGONOWEJ I AZOTOWEJ 

MODIFICATION OF THE STRUCTURE
AND PROPERTIES OF THE SURFACE LAYERS OF UNALLOYED STEELS USING INTENSE ARGON AND NITROGEN PLASMA PULSES

STRESZCZENIE

W stali poddanej oddziaływaniu azotu mogą powstać - w zależności od warunków prowadzenia procesu - fazy z układów równowagi faz żelazo – azot - dodatki stopowe. Szczególne zainteresowanie budzi faza określana jako gN (gC) tzw. austenit azotowy (węglowy) o zwiększonym parametrze sieci. Przy  obecności tej fazy w stalach nierdzewnych zachowana jest dobra odporność korozyjna przy jednoczesnym wzroście odporności na zużycie przez tarcie. Faza gN może powstać również w stalach węglowych, a nawet w żelazie Armco, jeśli zostaje przetopiona warstwa wierzchnia materiału krótkimi (skala mikrosekund) intensywnymi (skala MWcm-2) impulsami plazmy azotowej. W przypadku fazy gC może wystarczyć przetapiający powierzchnię stali impuls energii dostarczonej np. przez wiązkę jonów lub plazmy nie zawierającej pierwiastka reaktywnego. Przeprowadzono procesy modyfikacji powierzchni stali węglowych intensywnymi impulsami plazmy argonowej lub azotowej, które spowodowały przetopienie warstwy wierzchniej materiału. Warstwy te charakteryzowano metodami NRA, SEM, CEMS, GXRD oraz przeprowadzono testy tribologiczne. Wytworzone zmodyfikowane warstwy wierzchnie ze znaczną zawartością faz austenitycznych, w tym austenitu o zwiększonym parametrze sieci posiadają lepsze niż materiał wyjściowy właściwości użytkowe.

Słowa kluczowe

Austenit o zwiększonym parametrze sieci, intensywne impulsy plazmowe, stale węglowe, właściwości tribologiczne, modyfikacja powierzchni.

SUMMARY

Phase transformations into austenite can occur in the surface layers of steels irradiated with intense pulses of laser, ion or plasma beams. Due to the presence of phase, named nitrogen (carbon) expanded austenite, gN (gC)  good corrosion resistance is maintained while the wear resistance is increased in stainless steel. Unalloyed steels with various content of carbon have been treated using high intensity, short argon and nitrogen plasma pulses and the near surface layer has been melted. In the case of gC  phase the pulses can induce only heat effects but with intense pulses implemented the nitrogen atoms generate the formation of phases with nitrogen. NRA, SEM, CEMS, GXRD measurements and tribological tests have been used to examine the modified samples. This paper presents results of investigations of modification effects in the near surface layer of  carbon steels after irradiation with intense argon or nitrogen plasma pulses.

Key words

Expanded austenite, intense plasma pulses,  carbon steels, tribological properties, surface modification.

 

 

¹ Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Warszawa
² Instytut Problemów Jądrowych im. A. Sołtana, Świerk-Otwock
³ Instytut Mechaniki Precyzyjnej, Warszawa