Distribution of the concentration of injected impurity under surface treatment by consecutive pulses
Surface treatment by particle flux is widely used for improving the operating properties of materials. At the instant of interaction between particles and target surface, various processes occur such as heating, phase formation, mixing, generation of the elastic waves of mechanical disturbances, etc. Experimental study of these processes separately is difficult. However, mathematical modeling allows one to study in detail the treatment process at any stage and to analyze the role of each occurring phenomenon separately. The paper presents a coupled mathematical model of the initial stage of particles' penetration into a metal surface under non-isothermal conditions. It is assumed that the injected particles possess sufficient energy to generate mechanical disturbances on the target surface at the instant of interaction. The model takes into account the finiteness of relaxation time for heat and mass fluxes and the interaction of the waves of different physical nature - distribution of mechanical disturbances and diffusion of injected material. The developed numerical algorithm is based on the implicit difference scheme. The examples of coupled problem solution are given for the cases of treatment by one and two pulses. The differences between resulting distributions are revealed. The work also demonstrates the distortions in the waves of deformation and temperature which represent the consequences of the interaction of studied processes.
Keywords
математическое моделирование,
неизотермическая связанная модель,
диффузия,
напряжения,
деформации,
время релаксации,
поток частиц,
последовательные импульсы,
mathematical modeling,
non-isothermal coupled model,
diffusion,
stress,
deformation,
relaxation time,
particle flux,
consecutive pulsesAuthors
| Parfenova Elena S. | Institute of Strength Physics and Materials Science of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences | linasergg@mail.ru |
Всего: 1
References
Cherenda N.N., Uglov V.V., Anishchik V.M., et al. Modification of high-speed steels by nitrogen compression plasma flow: structure, element composition, tribological properties // Surf. Coat. Technol. 2006. V. 200. No. 18-19. P. 5334-5342. DOI: 10.1016/j.surfcoat. 2005.06.007.
Углов В.В., Кулешов А.К., Ремнев Г.Е., Салтымаков М.С., Асташинский В.М. Модификация твердого сплава Т15К6 мощными импульсными ионными пучками и компрессионными плазменными потоками // Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2011. № 3. С. 63-68.
Панин А. В., Казаченок М.С., Перевалова О. Б., Синякова Е. А., Круковский К. В., Мартынов С.А. Многоуровневые механизмы деформационного поведения технического титана и сплава Ti-6Al-4V, подвергнутых обработке высокочастотными электронными пучками // Физ. мезомех. 2018. Т. 21. № 4. С. 45-56. DOI 10.24411/1683-805X-2018-14005.
Асташинский В.М., Лейви А.Я., Углов В.В., Черенда Н.Н., Яловец А.П. Формирование рельефа поверхности металлической мишени при воздействии компрессионных плазменных потоков // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2014. № 6. С. 12-17. DOI: 10.7868/S0207352814060055.
Боровицкая И. В., Никулин В. Я., Бондаренко Г. Г., Михайлова А. Б., Силин П. В., Гайдар А.И., Парамонова В.В., Перегудова Е.Н. Воздействие импульсных потоков азотной плазмы и ионов азота на структуру и механические свойства ванадия // Металлы. 2018. № 2. С. 54-64.
Жукешов А.М., Габдуллина А.Т. Влияние режимов обработки импульсными потоками плазмы поверхности стали на ее структуру и микротвердость // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2009. № 11. С. 95-101. DOI: 10.7868/S0207352814060055.
Шанин С.А., Князева А.Г. Связанная модель формирования покрытия на подложке цилиндрической формы // ПМТФ. 2014. Т. 55. № 3. С. 192-204.
Оджаев В. Б., Плебанович В.И., Тарасик М.И., Челядинский А.Р. О влиянии упругих напряжений на диффузию бора в кремнии // Журнал БГУ. Физика. 2017. № 3. С. 88-94.
Fu Zhen Xuan, Shan-Shan Shao, Zhendong Wang, Shan-Tung Tu Coupling effects on chemical stresses and external mechanical stresses on diffusion // J. Phys. D: Appl. Physics. 2009. V.42. P. 1-8.
Демидов В.Н., Князева А.Г., Ильина Е.С. Особенности моделирования диффузионных процессов в упругом теле при его поверхностной модификации частицами // Вестник ПНИПУ. Механика, Сборник «Математическое моделирование систем и процессов». 2012. № 3. С. 25-49.
Парфенова Е.С., Князева А.Г. Начальная стадия формирования переходного слоя между пленкой и подложкой при нагреве сильноточным электронным пучком // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2018. № 54. C. 103-117. DOI: 10.17223/ 19988621/54/9.
Парфенова Е.С., Князева А.Г. Неизотермическая механодиффузионная модель начальной стадии процесса внедрения потока частиц в поверхность мишени // Вычисл. мех. сплош. сред. 2019. Т. 12. № 1. С. 36-47. DOI:10.7242/1999-6691/2019.12.1.4
Sherief H.H., Haдаza F., Saleh H. The Theory of Generalized Thermoelastic Diffusion // Int. J. Eng. Sci. 2004. V. 42. P. 591-608.
Aouadi M. Generalized Theory of Thermoelastic Diffusion for Anisotropic Media // J. Thermal Stresses. 2008. V. 31. P. 1-16.
Князева А. Г. Диффузия и реология в локально-равновесной термодинамике // Вестник ПНИПУ. Механика. Сборник «Математическое моделирование систем и процессов». 2005. № 13. С. 45-60.
Князева А.Г. Нелинейные модели деформируемых сред с диффузией // Физ. мезомех. 2011. Т.14. № 6. С. 35-51.
