ИМПУЛЬСНЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСКОРИТЕЛИ ДЛЯ МОДИФИКАЦИИ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ
Во многих странах разрабатываются и внедряются в промышленное производство пучковые технологии модификации материалов. Этими технологиями достигается повышение износостойкости, коррозионной стойкости, динамической прочности изделий, полировка поверхности, уменьшение коэффициента трения, удаление отработанных покрытий. Интерес к этим технологиям обусловлен тем, что их применение в промышленности вместо традиционных методов (термообработка в печах, закалка в кислотных и солевых растворах, гальваническое нанесение покрытий) позволяет экономить электроэнергию, повысить эффективность производства, уменьшить или исключить экологически вредные последствия производства. В ряде случаев пучковые технологии позволяют получать такие структурно-фазовые состояния материалов, которые не реализуются другими способами.
В НИИЭФА им Д.В.Ефремова в течение многих лет разрабатываются, создаются и внедряются электронно-пучковые установки, которые могут использоваться для модификации свойств материалов с целью улучшения эксплуатационных характеристик различных изделий. /Патент РФ №2395866 «Источник импульсных электронных пучков (варианты)», патент Германии DE 19541510 C2 «Gepulste Elektronenstrahlquelle und deren Verwendung»/.
Для разработки и реализации технологий модификации поверхностных свойств материалов разработаны и изготовлены ускорители серии ГЕЗА:
| Параметры | Геза-1 | Геза-2 | Геза-4 | Геза-5 |
| Энергия электронов, кэВ | 50-150 | 200-500 | 100-120 | 100-120 |
| Максимальный ток пучка в импульсе, А | 1000 | 500 | 1000 | 700 |
| Максимальная площадь пучка на образце, см2 | 80 | 50 | 100 | 80 |
| Длительность импульса, мкс | 5-50 | 5-250 | 5-50 | 5-40 |
| Максимальная плотность энергии в импульсе, Дж/cм2 | 100 | 500 | 50 | 50 |
Опытный образец электронно-лучевой установки для модификации поверхности лопаток газотурбинных двигателей (ГЕЗА-5).
Модификация поверхностных свойств материалов осуществляется двумя способами:
- непосредственным воздействием электронного пучка на поверхность материала (прямая модификация),
При воздействии мощных импульсных электронных пучков на материал его слой толщиной порядка длины пробега электронов в данном материале (от 10 до 100 мкм) очень быстро нагревается до температуры фазовых переходов.
По окончании импульса пучка нагретый слой быстро охлаждается процессом теплопроводности в глубину материала. В результате изменяются свойства поверхностного слоя:
• изменяется микроструктура - размер зерна уменьшается от сотен микрон до долей микрона, возможен переход в аморфное состояние и формирование наноструктур;
• изменяется фазовый состав, при этом возможно появление метастабильных фаз и соединений, которые при обычных методах термообработки образоваться не могут;
• гомогенизируется фазовый состав, например, измельчаются и однородно распределяются карбиды в сталях.
Привлекательными для практики следствием таких изменений является повышение твёрдости, коррозионной стойкости и износостойкости поверхности материалов, уменьшение коэффициента трения, повышение динамической прочности изделий.
 |
 |
| Исследовательская установка Геза-1 | Исследовательская установка Геза-2 |
Модификация поверхностных свойств материалов осуществляется двумя способами:
