Modyfikacja struktury i właściwości warstw wierzchnich stali węglowych intensywnymi impulsami plazmy argonowej i azotowej

• Autorzy: Sartowska B. , Waliś L. , Piekoszowski J. , Nowicki L. , Ratajczak R. , Senatorski J.

Warianty tytułu

EN

Modification of the structure and properties of the surface layers of unalloyed steels using intense argon and nitrogen plasma pulses

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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 gammaN (gammaC) 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 gammaN 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 gammaC 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.

EN

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, gammaN (gammac) 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 gammaC 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.

Słowa kluczowe

PL

austenit o zwiększonym parametrze sieci; intensywne impulsy plazmowe; stale węglowe; właściwości tribologiczne; modyfikacja powierzchni

EN

expanded austenite; intense plasma pulses; carbon steels; tribological properties; surface modification

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2008
• Tom: nr 3
• Strony: 35--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Sartowska B.

autor

Waliś L.

autor

Piekoszowski J.

autor

Nowicki L.

autor

Ratajczak R.

autor

Senatorski J.

• Instytut Chemii i Techniki Jądrowej, Warszawa

Bibliografia

• [1] Major B.: Ablacja i osadzanie laserem impulsowym, Wydawnictwo Naukowe Akapit, Kraków, 2002.
• [2] Yan S, Le X.Y, Zhao W.J, Xue J.M, Wang Y.G.: A possible thermodynamic mechanism of craters formation on metal surfaces caused by intense pulsed ion beams, Surface and Coatings Technology, 193, 2005, 69.
• [3] Piekoszewski J., Langner J., Waliś L, Werner Z., Pochrybniak C., Czaus K., Ciurapiński A, Białoskórski J.: Surface modification of materials by pulsed ion beams, Nukleonika, 39, 3, 1994, 3.
• [4] Langner J., Piekoszewski J., Werner Z., Tereshin V.I., Chebotarev V.V., Garkusha I., Waliś L, Sartowska B., Starosta W., Szymczyk W., Kopcewicz M., Grabias A: Surface modification of constructional steels by irradiation with high intensity pulsed nitrogen plasma beams, Surface and Coatings Technology, 128-129,2000,105.
• [5] Dobrzański L.A: Metalowe materiały inżynierskie, WNT, Warszawa, 2004.
• [6] Gavriljuk V.G., Berns H.: High Nitrogen steels. Structure, Properties, Manufacture, Applications, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1999.
• [7] Burakowski T., Wierzcheń T.: Inżynieria Powierzchni Metali, WNT, Warszawa, 1995.
• [8] Menthe E., Rie K.T, Schurze J.W., Simson S.: Structure and properties of plasma-nitrided stainless steel, Surface and Coatings Technology, 74-75, 1995,412.
• [9] Fossati A., Borgioli F., Galvanetto E., Bacci T.: Glow-discharge nitriding of AISI 316L austenitic stainless steel: influence of treatment time, Surface and Coatings technology, 2006, 3511.
• [10] Blawert C., Mordike B.L, Jiraskova Y., Schneeweiss O.: Structure and composition of expanded austenite produced by nitrogen plasma immersion ion implantation of stainless steels X6CrNiTi1810 and X2CrNiMoN2253, Surface and Coatings Technology, 116-119, 1999, 189.
• [11] Blawert C., Kalvelage H., Mordike B.L, Collins G.A, Short K.T, Jiraskova Y., Schneeweiss O.: Nitrogen and carbon expanded austenite produced by Pl3, Surface and Coatings Technology, 136, 2001, 181.
• [12] Williamson D.L, Ozturk O., Glick S., Wei R., Wilbur P.J.: Microstructure of ultrahigh dose nitrogen-implanted iron and stainless steel, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B, 59/60, 1991,737.
• [13] Williamson D.L., Ozturk O., Wei R., Wilbur P.J.: Metastable phase formation and enhanced diffusion in f.c.c. alloys under high dose, high flux nitrogen implantation at high and law ion energies, Surface and Coatings Technology, 65,1994,15.
• [14] Williamson D.L., Wang L., Wei R., Wilbur P.J.: Solid solution strengthening of stainless steel surface layers by rapid, high-dose, elevated temperature nitrogen ion implantation, Materials Letters, 9, 9, 1990, 302.
• [15] Gryziński M.: A new device for creating a strongly focused hot plasma jet - rod plasma injector (RPI), Nukleonika XIV, 7-8, 1969, 679.
• [16] Szymczyk W., Piekoszewski J., Werner Z., Szyszko W.: Thermal evolution of solid targets irradiated by pulsedm plasma beams, Nukleonika, 47, 2, 2002, 163.
• [17] Sartowska B., Piekoszewski J., Waliś L, Kopcewicz M., Werner Z., Stanisławski J., Kalinowska J., Prokert F.: Phase changes in steels irradiated with intense pulsed plasma beams, Vacuum, 70, 2003, 285.
• [18] Blawert C., Mordike B.L., Collins GA, Short K.T., Jiraskova Y., Schneeweiss O., Perina V.: Characterization of duplex layer structures produced by simultaneous implantation of nitrogen and carbon into austenitic stainless steel X5CrNi189, Surface and Coatings Technology, 128-129, 2000, 219.