3.2 Анализ морфологии поверхности поперечного сечения модифицированного слоя

В ходе данной работы проводились исследования зависимости изменений внутренней структуры образцов от режимов облучения СЭП. Для этого были изготовлены торцевые шлифы контрольного и облучённых образцов. С помощью электронного микроскопа были сделаны снимки приповерхностных слоёв образцов, а также при помощи энерго-дисперсионного метода была исследована зависимость содержания циркония от расстояния до поверхности образца.

При рассмотрении торцевых шлифов модифицированных образцов можно заметить формирование многослойной структуры, условно разделённой на зону полного проплавления, зону частичного оплавления зёрен карбидов и зону без структурных изменений. В таблицах 3.2.1 и 3.2.2 представлены зависимости глубины полного и частичного проплавления приповерхностного слоя образцов от режимов облучения СЭП.

Таблица 3.2.1 Зависимость средней глубины полного проплавления от режимов облучения СЭП

ППЭ/Время импульса	100 мкс	150 мкс	200 мкс
40 Дж/см2	8,5 мкм	6,5 мкм	6 мкм
60 Дж/см2	16 мкм	16 мкм	11 мкм
80 Дж/см2	---	---	12 мкм

Таблица 3.2.2 Зависимость средней глубины частичного проплавления от режимов облучения СЭП

ППЭ/Время импульса	100 мкс	150 мкс	200 мкс
40 Дж/см2	13,5 мкм	12 мкм	11 мкм
60 Дж/см2	24 мкм	22 мкм	18 мкм
80 Дж/см2	---	---	21,5 мкм

Основываясь на данных элементного анализа по линиям на торцевых шлифах образцов можно составить зависимость средней глубины модификации цирконием от режимов облучения СЭП.

Таблица 3.2.3 Зависимость средней глубины модификации цирконием от режимов облучения СЭП

ППЭ/Время импульса	100 мкс	150 мкс	200 мкс
40 Дж/см2	5,5 мкм	7,5 мкм	6,5 мкм
60 Дж/см2	18,5 мкм	19,0 мкм	4,0 мкм
80 Дж/см2	---	---	(н/о)

Рассмотрим изменения глубины модификации образцов в зависимости от режима обработки более подробно.

Зафиксируем плотность энергии поверхностной обработки 40 Дж/см² и проследим изменения в зависимости от длины импульса.

Длина импульса, мкс

Рисунок 3.2.1 — Зависимость глубины модификации образца от длины импульса СЭП при энергии обработки 40 Дж/см²

Зафиксируем плотность энергии поверхностной обработки 60 Дж/см² и проследим изменения в зависимости от длины импульса.

Длина импульса, мкс

Рисунок 3.2.2 — Зависимость глубины модификации образца от длины импульса СЭП при энергии обработки 60 Дж/см²

Зафиксируем длительность импульса СЭП 100 мкс и проследим изменения в зависимости от энергии облучения.

Рисунок 3.2.3 — Зависимость глубины модификации образца от энергии облучения СЭП при длительности импульса 100 мкс

Зафиксируем длительность импульса СЭП 150 мкс и проследим изменения в зависимости от энергии облучения.

Энергия, Дж/см²

Рисунок 3.2.4 — Зависимость глубины модификации образца от энергии облучения СЭП при длительности импульса 150 мкс

Зафиксируем длительность импульса СЭП 200 мкс и проследим изменения в зависимости от энергии облучения.

Рисунок 3.2.5 — Зависимость глубины модификации образца от энергии облучения СЭП при длительности импульса 200 мкс

Как видно на рисунках 3.2.1, 3.2.2, с увеличением длины импульса наблюдается уменьшение глубины модификации поверхностного слоя образцов. При постоянной длине импульса, увеличивая энергию облучения, наблюдается увеличение глубины модификации, за исключением модификации цирконием, для которого наблюдается обратная зависимость, вплоть до его полного исчезновения при энергии 80 Дж/см².

Рисунок 3.2.6— Снимок торцевого шлифа контрольного образца, твердосплавной пластины Т15К6, не подвергавшейся дополнительной обработке при увеличении 5000х

а) б) в)

г) д) е)

ж)

Рисунок 3.2.7— Снимки торцевых шлифов приповерхностных слоёв образцов, облучённых СЭП при 5000 кратном увеличении. Столбцы соответствуют длительностям импульсов 100, 150, 200 мкс соответственно, строки энергии облучения 40, 60 и 60 Дж/см²

Как видно на рисунках 3.2.6 - 3.2.8, зоны без структурных изменений полностью соответствует структуре контрольного образца. Зона частичного проплавления представляет собой незначительно изменённую исходную структуру с оплавленными зёрнами меньших размеров, границы между которыми заполнены вольфрамсодержащими фазами WC и W₂C. Зона полного проплавления представлена мелкодисперсными зёрнами титансодержащей фазы (Ti, W)C, границы между которыми заполнены вольфрамсодержащими фазами WC и W₂C. Структура этих зёрен зависит от режима обработки конкретного образца.

а) б) в)

г) д) е)

ж)

Рисунок 3.2.8— Снимки торцевых шлифов приповерхностных слоёв образцов, облучённых СЭП при 20000 кратном увеличении. Столбцы соответствуют длительностям импульсов 100, 150, 200 мкс соответственно, строки энергии облучения 40, 60 и 60 Дж/см²

На снимках, соответствующих образцам с режимами обработки 40 Дж/см² 100 мкс, 40 Дж/см² 150 мкс, 40 Дж/см² 200 мкс, наблюдается дендритная структура карбидов. Приповерхностный слой образцов, соответствующих режимам обработки 60 Дж/см²  100 мкс и 60 Дж/см² 150 мкс, наблюдается столбчатая структура карбидов. При обработке с длительностью импульса 200 мкс и энергиями 60 Дж/см²  и 80 Дж/см² происходит образование равноосной структуры карбидов.