Проведены экспериментальные исследования сильного локального взаимодействия импульсных микроплазменных разрядов с образцами из стали-45 при возбуждении в разрядах импульсных электрических токов с амплитудами от 100 А до 650 А. В результате микроплазменной обработки на поверхности образцов формируется сплошной переплавленный слой на глубину до 20 мкм с развитым микрорельефом, который характеризуется сильно измененными физическими, микрогеометрическими и триботехническими свойствами металла. Созданный в результате воздействия микроплазменных разрядов на поверхности образцов микрорельеф обладает прочностными свойствами, существенно превосходящими соответствующие свойства стальных образцов, подвергнутых стандартной термической объёмной закалке.
Strong local interaction of pulsed microplasma discharges with samples of steel-45, in a case of an excitation in the discharges pulsed electric currents with amplitudes from 100 A to 650 A, have been studied experimentally. As a result of microplasma processing of the samples, a solid remelted layer to a depth of 20 m is formed on its surfaces. The layer has a developed microrelief which is characterized by strongly altered physical, tribological, and microgeometrical properties of the metal. The layer has strength properties which are significantly superior to the corresponding properties of steel samples treated by a process of standard quenching of metals.
Идентификаторы и классификаторы
Исследован универсальный микроплазменный метод обработки металлов и сплавов, основанный на новых принципах возбуждения импульсных микроплазменных разрядов, способных упрочнять металлические изделия со сложной формой поверхности.
Метод микроплазменной обработки использовался для эффективной модификации поверхности образцов из стали-45, имеющей широкие области применения в машиностроении.
Установлено, что в вакууме при взаимодействии импульсного потока плотной плазмы с металлическими образцами с нанесенными диэлектрическими пленками на их поверхности возбуждаются микроплазменные разряды. В местах локализации этих разрядов происходит плавление приповерхностного слоя металла. В процессе движения микроплазменных разрядов по поверхности образцов в результате многократного повторения процессов локального плавления и остывания приповерхностного слоя металла на поверхности образцов формируется сплошной переплавленный слой, имеющий развитую структуру микрорельефа (шероховатость) с высотой микровыступов в интервале значений 11—18 мкм.
Исследование шероховатости оксидных пленок при отжиге в течение 60 мин и температуре Тотж = 400 оС показало, что отжиг приводит к возрастанию шероховатости поверхности от 2 до 6 раз при сохранении исходной волнистости. Отжиг приводит к снижению микротвердости на 7 %, но при этом увеличивает предельно допустимое давление стали-45 по сравнению с ее исходным состоянием после предварительной механической обработки (фрезерование, шлифование, полирование) в 3 раза.
Исследование влияния величины тока МПР в пределах 100—650 А на характер микрорельефа, микротвердость и износостойкость показало, что лучшие триботехнические характеристики обработанного приповерхностного слоя образцов получены после МПО с током разрядов i = 400 А. В этом случае пара трения проработала с малыми интенсивностями изнашивания до давления р = = 25 МПа. Это давление в 25 раза больше давления, до которого проработала сталь-45 в исходном состоянии, приблизительно в 8 раз больше давления, до которого проработала сталь-45 после плазменной обработки при МПР с i = 100 А, и не менее, чем в 2 раза больше давления, до которого проработала сталь-45 после стандартной объемной термической закалки до твердости 45 HRC (по данным, полученным нами ранее [4, 26]).
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
Список литературы
1. Атаманов М. В., Васильев В. И., Зайцев В. В. и др. // Автомобильный транспорт. 1995. № 7. С. 31.
2. Иванов В. А. // Прикладная физика. 2001. № 2. С. 5
3. Иванов В. А., Куксенова Л. И., Лаптева В. Г. и др. // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2008. № 3. С. 84.
4. Иванов В. А., Коныжев М. Е., Сатунин С. И. и др. // Прикладная физика, 2008. № 6. С. 62.
5. Месяц Г. А. Эктоны в вакуумном разряде: пробой, искра, дуга. — М.: Наука, 2000.
6. Ivanov V. A., Sakharov A. S., and Konyzhev M. E. // Plasma Physics Reports, 2008. V. 34. No. 2. P. 150.
7. Иванов В. А., Коныжев М. Е., Сахаров А. С. // Прикладная физика, 2006. № 6. С. 114.
8. Иванов В. А., Сахаров А. С., Коныжев М. Е. // Физика плазмы. 2008. Т. 34. № 2. С. 171.
9. Ivanov V. A., Juttner B., Pursch H., et al. // Adw DDR Beitrage aus der Plasma Physyk B. 23. H. 6. 1983. P. 551.
10. Ivanov V. A., Sakharov A. S., and Konyzhev M. E. // Proceedings of the XXIII-rd International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (Bucharest, Romania, September 15—19, 2008) V. 2. C. 575.
11. Ivanov V. A., Jutner B., Pursch H. // Pub. Nuclear and Plasma Sciences Society USA. IEEE Plasma Science V. PS-13. 1985. No. 5. P. 334.
12. Зимpот П., Иванов В. А. / В сб. Плазменные генеpатоpы и пpоцессы. Матеpиалы III совещ. междунаpодной pабочей гpуппы “Физика низкотемпеpатуpной плазмы”. Пpоблемная комиссия многостоpонего сотpудничества социалистических стpан. — Минск: ИТМО АН БССP. 1988.
С. 43.
13. Ivanov V. A., Juttner B., and Zimin A. M. / In book: Proceedings of the XX-th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. Tiurs(France) — July1-5, 2002. Ed. SFV 2002. P. 135—138. IEEE Catalogu Number 02CH37331. ISBN 0-7803-7394-4. ISSN 1093-2941.
14. Ivanov V. A., Juttner B., and Zimin A. M. // Plasma Devices and Operations. 2002. V. 10. P. 109.
15. Иванов В. А., Коныжев М. Е., Спирин А. М. и др. // Прикладная физика. 2006. № 6. С. 97.
16. Иванов В. А., Коныжев М. Е., Спирин А. М. и др. // Прикладная физика. 2007. № 6. С. 60.
17. Иванов В. А., Куксенова Л. И., Лаптева В. и др. //. Проблемы машиностроения и надежности машин. 2007. № 6. С. 81.
18. Иванов В. А., Куксенова Л. И., Лаптева В. Г. и др. //. Проблемы машиностроения и надежности машин. 2008. № 1. С. 74.
19. Иванов В. А., Коныжев М. Е., Куксенова Л. И. и др. // Трение и износ. 2009. Т. 30. № 4. С. 396.
20. Куксенова Л. И., Лаптева В. Г., Иванов В. А. и др. // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2009. № 5. С. 10.
21. Иванов В. А., Коныжев М. Е., Куксенова Л. И. и др. // Прикладная физика. 2010. № 6. С. 57.
22. Ivanov V. A., Konyzhev M. E., Kuksenova L. I.,et al. // Plasma Physics Reports. 2010. V. 36. No. 13. P. 1241.
23. Куксенова Л. И., Лаптева В. Г., Герасимов С. А. Методы исследования поверхностных слоев при трении: учебное пособие. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2010. .
24. Методы испытаний на трение и износ / Справ. изд. Л. И. Куксенова, В. Г.Лаптева, А. Г. Колмаков, Л. М. Рыбакова. — М.: Интермет Инжиниринг, 2001.
25. Иванов В. А., Коныжев М. Е., Куксенова Л. И. и др. // Прикладная физика. 2011. № 6. С. 59.
26. Куксенова Л. И., Герасимов С. А., Лаптева В. Г. Износостойкость конструкционных материалов: учеб. пособие. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана. 2011. .
1. M. V. Atamanov, V. I. Vasil’ev, V. V. Zaitsev, et al., Avtomobil. Transp., No. 7, 31 (1995).
2. V. A. Ivanov, Prikladnaya Fizika, No. 2, 5 (2001).
3. V. A. Ivanov, L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, et al., Probl. Mashinostr. Nadezhn. Mashin, No. 3, 84 (2008).
4. V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, S. I. Satunin, et al., Prikladnaya Fizika, No. 6, 62 (2008).
5. G. A. Mesyats, Ectons in the Vacuum Discharge (Nauka, Moscow, 2000) [in Russian].
6. V. A. Ivanov, A. S. Sakharov, and M. E. Konyzhev, Plasma Physics Reports 34, 150 (2008).
7. V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, and A. S. Sakharov, Prikladnaya Fizika, No. 6, 114 (2006).
8. V. A. Ivanov, A. S. Sakharov, and M. E. Konyzhev, Fizika Plasmy 34, 171 (2008).
9. V. A. Ivanov, B. Juttner, H. Pursch, et al., Adw DDR Beitrage aus der Plasma Physyk B. 23, 551 (1983).
10. V. A. Ivanov, A. S. Sakharov, and M. E. Konyzhev, in Proceedings of the XXIII-rd International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum (Bucharest, Romania, September 15—19, 2008) V. 2. P. 575.
11. V. A. Ivanov, B. Juttner, and H. Pursch, Pub. Nuclear and Plasma Sciences Society USA. IEEE Plasma Science V. PS-13, 334 (1985).
12. P. Zimrot and V. A. Ivanov, in Book: Plasma Generators and Processes (Minsk, ITMO, 1988). P. 43.
13. V. A. Ivanov, B. Juttner, and A. M. Zimin, in Book: Proceedings of the XX-th International Symposium on Discharges and Electrical Insulation in Vacuum. (Tiurs, France, July1-5, 2002). Ed. SFV 2002. P. 135—138. IEEE Catalogu Number 02CH37331. ISBN 0-7803-7394-4. ISSN 1093-2941.
14. V. A. Ivanov, B. Juttner, and A. M. Zimin, Plasma Devices and Operations 10, 109 (2002).
15. V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, M. E. Spirin, et al., Prikladnaya Fizika, No. 6, 97 (2006).
16. V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, M. E. Spirin, et al., Prikladnaya Fizika, No. 6, 60 (2007).
17. V. A. Ivanov, L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, et al., Probl. Mashinostr. Nadezhn. Mashin, No. 6, 81 (2007).
18. V. A. Ivanov, L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, et al., Probl. Mashinostr. Nadezhn. Mashin, No. 1, 44 (2008).
19. V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, L. I. Kuksenova, et al., Trenie Iznos 30, 396 (2009).
20. L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, V. A. Ivanov, et al., Trenie Smazka, No. 5, 10 (2009).
21. V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, L. I. Kuksenova, et al., Prikladnaya Fizika, No. 6, 57 (2010).
22. V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, L. I. Kuksenova, et al., Plasma Physics Reports 36, 1241 (2010).
23. L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, and S. A. Gerasimov, Methods of Investigation of Surface Layers (Bauman MGTU, Moscow, 2010) [in Russian].
24. L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, et al., Methods of Tests on Friction and Attrition, Handbook. (Intermet, Moscow, 2001) [in Russian].
25. V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, L. I. Kuksenova, et al., Prikladnaya Fizika, No. 6, 59 (2011).
26. L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, and S. A. Gerasimov, Wear Resistance of Constructional Materials (Bauman MGTU, Moscow, 2011) [in Russian].
Выпуск
С О Д Е Р Ж А Н И Е
ОБЩАЯ ФИЗИКА
Наумов Н. Д. Ракурсное рассеяние радиоволн плазменным цилиндром 5
Крылов В. И., Хомяков В. В. К вопросу о расчете сечений тормозного излучения электронов, проходящих через упорядоченную структуру кулоновых центров, в процессе ускорения внешним однородным электрическим полем 8
Охрем В. Г. Анизотропный термоэлектрический охладитель на основе поперечного эффектa Пельтье 16
ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ МЕТОДЫ
Шахатов В. А., Лебедев Ю. А. Диагностика возбужденных частиц в водородной плазме (обзор). Часть II*. Распределение энергии по внешним и внутренним степеням свободы молекулы водорода 21
Майоров С. А., Голятина Р. И., Коданова С. К., Рамазанов Т. С., Бастыкова Н. Х. Плазменно-пылевые структуры в He–Ar-высокочастотном разряде 39
Иванов В. А., Коныжев М. Е., Камолова Т. И., Дорофеюк А. А., Куксенова Л. И., Лаптева В. Г., Хренникова И. А., Алексеева М. С. Упрочнение приповерхностного слоя конструкционной стали при взаимодействии с импульсными микроплазменными разрядами 47
ФОТОЭЛЕКТРОНИКА
Кузнецов П. А., Мощев И. С. Сравнительный анализ БИС считывания с цифровым режимом временной задержки накопления для ФПУ ИК-диапазона 71
Филачёв А. М., Таубкин И. И., Тришенков М. А. Области применения изделий твёрдотельной фотоэлектроники (обзор) 77
ФИЗИЧЕСКАЯ АППАРАТУРА И ЕЁ ЭЛЕМЕНТЫ
Чистохин И. Б., Журавлев К. С. СВЧ-фотодетекторы для аналоговой оптоволоконной связи 85
ИНФОРМАЦИЯ
Резолюция Всероссийского форума технологического лидерства России “ТЕХНОДОКТРИНАТМ-2014” 95
Сводные данные по журналу за 2013 г. 97
Правила для авторов 114
Бланк для подписки 116
C O N T E N T S
GENERAL PHYSICS
N. D. Naumov Specular scattering of radio waves from cylindrical plasma 5
V. I. Krylov and V. V. Khomyakov On the question of the calculation of bremsstrahlung cross sections passing through the ordered structure of Coulomb centers electrons and accelerated by a homogeneous electric field 8
V. G. Okhrem Anisotropic thermoelectric cooler based on the transverse Peltier effeсt 16
PLASMA PHYSICS AND PLASMA METHODS
V. А. Shakhatov and Yu. А. Lebedev Diagnostics of the excited particles in hydrogen plasma. Part II. The energy distribution of hydrogen molecules on internal and external degrees of freedom 21
S. A. Maiorov, R. I. Golyatina, S. K. Kodanova, T. S. Ramazanov, and N. Kh. Bastykova Plasma–dust structures in He–Ar RF discharge 39
V. A. Ivanov, M. E. Konyzhev, T. I. Kamolova, A. A. Dorofeyuk, L. I. Kuksenova, V. G. Lapteva, I. A. Khrennikova, and M. S. Alekseeva Strengthening the near-surface layer of constructional steel at interaction with pulse microplasma discharges 47
PHOTOELECTRONICS
P. A. Kuznetsov and I. S. Moshchev ROICs for scanning IR FPA with digital TDI mode 71
A. M. Filachov, I. I. Taubkin, and M. A. Trishenkov A review on applications of the devices of the solid-state photoelectronics 77
PHYSICAL EQUIPMENT AND ITS ELEMENTS
I. B. Chistokhin and K. S. Zhuravlev Microwave photodetectors for analog fiber optic communications 85
INFORMATION
Resolution of All-Russian Forum on Technological Leadership of Russia – TECHNODOCTRINATM-2014 95
Summary data on the journal during 2013 97
Rules for authors 114
Subscription to the Journal 116
Другие статьи выпуска
Представлены физические принципы работы сверхвысокочастотных (СВЧ) p–i–n-фотодиодов на основе полупроводниковых соединений А3B5, а также проведен анализ физических явлений, ограничивающих их характеристики. Рассмотрены конструкции СВЧ-фотодетекторов, разрабатываемых для линий аналоговой оптоволоконной связи и систем радиофотоники для радиолокации.
Рассмотрены основные области применения изделий твёрдотельной фотоэлектроники: системы дневного, ночного и теплового видения, системы дистанционного зондирования Земли, лазерные системы и устройства на оптронных парах, в том числе волоконнооптические и открытые оптические линии передачи информации. Среди гражданских применений выделены медицина, промышленность, энергетика. Без фотоэлектроники нельзя представить и современное вооружение. Рассмотрены тепловые, корреляционные, ультрафиолетовые головки самонаведения, системы астроориентации и астрокоррекции. Важнейшими средствами обнаружения стали системы оптической пассивной и активной локации, их стремительное развитие обусловлено прогрессом инфракрасных матриц. Фактически фотоэлектроника проникла во все сферы деятельности человека
Анализируются варианты построения БИС считывания для сканирующих ИК ФПУ с цифровым режимом ВЗН. Накопление и обработка фотосигнала в цифровом виде позволяют существенно повысить количество каскадов ВЗН и, соответственно, улучшить отношение сигнал-шум на выходе БИС считывания. Рассмотрены две основные архитектуры БИС считывания с цифровым режимом ВЗН: шинно-адресная и конвейерная. Приведены варианты построения однобитных АЦП: преобразователь «фототокчастота», преобразователь «фототок-временной интервал». Отмечены преимущества конвейерной архитектуры: меньшая занимаемая площадь в сочетании с пониженной потребляемой мощностью.
Разряд в смеси газов обладает рядом особенностей, которые могут проявляться в экспериментах с пылевой плазмой. Например, при большом отличии атомных весов ионов и атомов, имеет место сильная анизотропия функции распределения ионов по скоростям, что в свою очередь может вызывать значительное изменение свойств пылевых структур. В работе выполнен анализ экспериментов по исследованию пылевых образований в газовом разряде смеси легкого и тяжелого газов — гелия и аргона, и представлены результаты численного моделирования дрейфа ионов и электронов в смеси этих газов, а также процессов зарядки пылевых частиц.
Представлена вторая часть обзора по спектральной диагностике возбужденных частиц в водородной низкотемпературной плазме (первая часть опубликована в журнале «Успехи прикладной физики» в 2014 г., Т. 2, № 6). Описаны результаты определения поступательной температуры и функций распределения по колебательным и вращательным уровням молекулы водорода в основном и возбужденных состояниях методами лазерной, эмиссионной и абсорбционной спектроскопии в газовых разрядах в водороде. На основе обзора создана база данных по поступательным температурам, функциям распределения молекул водорода по вращательным и колебательным уровням в основном и возбужденных состояниях.
На основе двумерной температурной модели анизотропного термоэлектрического холодильника, работающего на основе поперечного эффекта Пельтье, создана теория, с помощью которой при наличии соответствующей компьютерной программы, можно оптимизировать максимальное снижение температуры. В работе приведена иллюстрация схемы этих расчетов.
В первом борновском приближении найдены и проанализированы сечения тормозного излучения электронов, проходящих через упорядоченную структуру кулоновых центров и ускоряемых однородным электрическим полем в широком интервале его значений. Определены условия применимости сечений, полученных аналитически ранее в литературе. Показано, что ранее полученные сечения, соответствующие частоте фотона 10-2, совпадают с результатами настоящей работы при напряжении поля более 10-4 (атомных единиц).
На основе принципа Гюйгенса получено аналитическое выражение для ЭПР неоднородного плазменного цилиндра в случае ракурсного рассеяния радиоволн. Проанализировано влияние длины цилиндра и азимутального угла приемника на интенсивность рассеянного радиосигнала.
Издательство
- Издательство
- АО "НПО "ОРИОН"
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- Юр. адрес
- 111538, г Москва, р-н Вешняки, ул Косинская, д 9
- ФИО
- Старцев Вадим Валерьевич (ГЕНЕРАЛЬНЫЙ ДИРЕКТОР)
- E-mail адрес
- orion@orion-ir.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 3749400