ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Ионная имплантация из "Кислородная коррозия оборудования химических производств " Метод ионной имплантации (ионного легирования) заключается во введении легирующих элементов в поверхностные слои металлов путем использования ионных пучков. Легированный слой формируется при бомбардировке поверхности металлов ионами легирующих элементов, приобретающих высокие скорости в электрическом поле. Толщина этого слоя зависит в основном от природы и энергии ионов, а также от природы металла, на который наносится слой. [c.129] Метод имеет ряд преимуществ. Он обеспечивает возможность введения любой легирующей добавки в любой металл, точного регулирования толщины легированного слоя, строгой дозировки добавки и контроля ее чистоты, использования унифицированного оборудования для создания ионных пучков и автоматизации процесса имплантации. К достоинствам относится низкая рабочая температура процесса. К недостаткам метода следует отнести сложность и высокую стоимость оборудования для проведения ионной имплантации, а также сравнительно малую толщину легированного слоя, не превышающую 1 мкм. Однако преимущества метода в большинстве случаев искупают недостатки, и метод ионной имплантации все чаще используется для модификации поверхностных слоев металла для улучшения их физико-химических свойств, в частности для повышения коррозионной стойкости. [c.129] Одной из областей применения метода является обеспечение противокоррозионной защиты металла. С помощью ионной имплантации легко создавать в поверхностных слоях металла коррозионно-стойкие сплавы, которые никакими другими способами получить нельзя из-за нерастворимости компонентов друг в друге. Эта возможность объясняется механизмом ионной имплантации. [c.130] В процессе бомбардировки металлической мишенн — легируемого изделия — ускоренные ионы проникают в глубь металла. В металле ионы тормозятся при столкновениях с атомами металла и нейтрализуются свободными электронами. В результате ионы встраиваются в кристаллическую решетку металла, занимая положение замещения, либо внедряются в междуузлие 72, 73]. При этом образуется метастабильный однофазный твердый раствор. Поэтому ограничения, обусловленные нерастворимостью одного элемента в другом, в этом случае отсутствуют. Поскольку ионы многих элементов могут быть относительно легко получены, метод ионной имплантации позволяет получать большой ассортимент как совершенно новых, так и обычных сплавов на поверхности металлических изделий. Таким образом, благодаря правильному выбору легирующего элемента методом ионной имплантации можно существенно повысить коррозионную стойкость металлических изделий. [c.130] Удаление многозарядных и загрязняющих ионов происходит в электромагнитном сепараторе, в котором по массам разделяются ионы. С помощью-системы фокусировки и сканирования обеспечивается равномерность облучения поверхности металла и большая площадь защитного слоя. Фокусировка пучка ионов осуществляется электростатическими и квадрупольными электростатическими линзами, а для ионов больших энергий — магнитными квадрупольными линзами. Ква-друпольные линзы служат для линейной фокусировки. [c.130] Сфокусированный ионный пучок сканируется в двух взаимно перпендикулярных направлениях с помощью магнитного поля, либо электростатически. Высота сфокусированного ионного пучка составляет порядка нескольких десятков, а ширина — нескольких миллиметров. Сила тока, обусловленная ионным пучком, лежит в пределах от нескольких микроампер до нескольких миллиампер. [c.130] Приемное устройство предназначено для ориентации, закрепления, нагревания, охлаждения обрабатываемых изделий, конструкция его обеспечивает удобную замену их в процессе имплантации. [c.130] Сплавы 2-Ре, 6% Сг 3 —Ре 5% Сг I-Pe. [c.131] РЬ и др.). Традиционное металлургическое легирование — дорогостоящая операция, так как при легировании зачастую используются редкие элементы высокой стоимости. Ионная имплантация позволяет избежать излишних затрат, так как легируется только поверхностный слой. [c.131] Коррозионное и электрохимическое поведение металлургических легированных и ионно легированных металлов мало различаются. Примером может служить анодное поведение обычного сплава Ре — 5% Сг и сплава Ре — 6% Сг, полученного методом ионного легирования (рис. 6.10). С увеличением дозы легирующей добавки хрома до 10% стойкость к общей коррозии повышается благодаря отсутствию области активно-пассивного состояния. В слое на глубине 10 нм от поверхности металла содержание хрома составляет 10%, а на поверхности слоя концентрация хрома значительно ниже. [c.131] В отсутствие хлорид-анионов при ионном легировании железа хромом получается легированный металл, для которого плотность критического тока пассивации в 30 раз меньше, плотность тока в пассивном состоянии примерно в 10 раз меньше, чем для нелегированного железа, что, естественно, ведет к увеличению стойкости первого к общей коррозии. Аналогичное действие на железо и сталь оказывает имплантация фосфора. [c.131] Железо с дозой легирующих ионов хрома 5-10 моль/см соответствует по электрохимическому поведению сплаву, содержащему 4,9% Сг, а с дозой 2-10 моль/см — сплаву, содержащему более 13% Сг. [c.131] Ионное легирование железа никелем с увеличением его коп-центрации значительно уменьшает плотность критического тока пассивации металла и плотность тока в его пассивном состоянии, а также смещает потенциал пробоя в область положительных значений. При обеспечении 25 /о-ной концентрации никеля в железе область активного растворения практически отсутствует. [c.131] Ионное легирование железа алюминием более эффективно чем хромом и никелем при равных концентрациях легирующих компонентов. При ионной имплантации алюминием образуется поверхностный сплав Fe, 6,6% А1, склонный к самопассивации и более стойкий к локальным формам коррозии, чем сплавы Fe, 6,6% Сг и Fe, 6,6% Ni, полученные также методом ионной имплантации. [c.132] Введение ионов алюминия в железо (99 95%) при дозах облучения 1-10 —1,5-10 моль/см в кислородсодержащей атмосфере при температурах 720—1020 °С приводит к изменению-вида кинетических кривых окисления в сравнении с окислением чистого железа начальная стадия окисления легированного, железа описывается, как и для чистого железа, параболическим законом, но с меньшей константой скорости процесса. Однако по истечении некоторого промежутка времени, определяемого температурой и дозой облучения, скорость окисления (коррозии) резко уменьшается. Ощутимый защитный эффект от введения алюминия достигается при дозе около 5-10 моль/см . Замедление окисления в этом случае объясняется образованием стабильной шпинели FeAl204. [c.132] Ионное легирование железа и стали медью практически не-влияет на коррозионную стойкость металла. [c.132] Методом ионной имплантации можно получать поверхностные сплавы железа с танталом и свинцом. Ионное легирование-танталом при дозах 5-10 моль/см значительно снижает плотность критического тока пассивации железа и плотность тока в его пассивном состоянии. Коррозионное поведение такого сплава подобно поведению сплава Fe, 4,9% Сг. [c.132] Поверхностное легирование железа ионами бора (с энергией 5 кэВ) и ионами азота (с энергией 30 кэВ) дает возможность получать металл, стойкий в кислой среде благодаря высокой защитной способности поверхностного слоя. [c.132] Вернуться к основной статье