Nitridace titanových materiálů je perspektivní technika zvyšování užitných vlastností jejich povrchu. Konvenční, difuzní nitridace představuje časově náročnou metodu. Kromě toho vysoké procesní teploty bývají limitní pro materiály s teplotně citlivou strukturou, jakými jsou např. beta titanové slitiny. Implantace dusíkových iontů představuje pokročilou kinetickou formu nitridace, která umožňuje časové zefektivnění a dopování povrchu dusíkem při nízkých teplotách. Tato práce je zaměřena na implantaci dusíkových iontů do vybraných titanových materiálů reprezentujících α-, β- a α+β-Ti struktury. Detailně je studován vliv fluence dusíkových iontů, teploty a typu žíhání (při implantaci nebo po implantaci) na hloubkovou distribuci dusíku a na mikrostrukturální vývoj ve vztahu k vybraným užitným vlastnostem (tvrdost, korozní odolnost). Mechanizmy strukturních změn vedoucí k modifikovaným užitným vlastnostem jsou zkoumány ve vztahu ke sledovaným parametrům implantace. Jsou řešeny také dopady kontaminace povrchu uhlíkem na distribuci energií dusíkových iontů a jejich hloubkovou distribuci. Výzkum se věnuje také předúpravám povrchu. Předúpravy generují zbytkové pnutí, které zkresluje identifikaci/kvantifikaci intersticiálního dusíku ve struktuře, důležitého mechanizmu vytvrzení citlivého na teplotu. Součástí práce je představení pokročilého využití rentgenové difrakční analýzy pro nedestruktivní stanovení kumulované distribuce fází a zdokonalení kvantifikačního schéma standardního modelu GDS pro zpřesnění měření mělkých hloubkových profilů metodou GD-OES. Práce přináší také poznatky o schopnosti iontové implantace dosahovat extrémní míry přesycení povrchu dopantem.
Nitrogen ion beam modification of titanium materials
cze
dc.type
habilitační práce
dc.type
habilitation thesis
theses.degree.grantor
České vysoké učení technické v Praze. Fakulta strojní.
dc.description.abstract-translated
Nitriding of titanium materials is a promising technique for modification of the surface properties. Conventional, diffusion nitriding is a time-consuming method. In addition, high process temperatures tend to be limiting for materials with a temperature-sensitive structure, such as beta titanium alloys. Nitrogen ion implantation is an advanced kinetic form of nitriding. This method allows time efficiency and nitrogen enrichment of the surface at low temperatures. Presented work is focused on nitrogen ion implantation into selected titanium materials representing the α-, β- and α+β-Ti structures. The influence of fluence of nitrogen ions, temperature and type of annealing (during implantation or after implantation) on the nitrogen depth distribution and on the microstructural evolution in relation to the selected application properties (hardness, corrosion resistance) is studied in detail. The mechanisms of structural changes leading to modified application properties are investigated in relation to the studied implantation parameters. The effect of carbon surface contamination on the ion energy distribution and depth distribution of nitrogen ions is also studied. Moreover, the presented research deals with surface pre-treatments. Pre-treatments generate residual stresses that distort the identification/quantification of interstitial nitrogen in the structure, an important temperature-sensitive hardening mechanism. The advanced use of X-ray diffraction analysis for non-destructive determination of cumulative phase distribution and improvement of the quantification scheme of the standard GDS model for more accurate measurements of shallow depth profiles by the GD-OES method are introduced. The ability of ion implantation to achieve extreme levels of nitrogen supersaturation is shown.
