Плазменное алитирование стали фольгой при температуре ниже температуры плавления алюминия

В работе исследуется алитирование стали $\rm AISI~4340$, когда образец покрывался алюминиевой фольгой $(\rm Al$–$1.6$ мас. $\%~\rm Si)$ толщиной $50$ мкм и помещался на место катода генератора тлеющего разряда. Образец нагревался при повышении силы тока и постепенном повышении давления и напряжения. Установка рассчитана на обработку образца при $600^{\circ}$С (температура плавления алюминия). Для сравнения проведен эксперимент при $750^{\circ}$С. Алюминирование проводилось в течение примерно $5$ мин при рабочей температуре. Характеристики покрытия исследованы с помощью автоэмиссионной сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектроскопии и рентгеновской дифракции. Покрытие состояло из двойного слоя толщиной $90$ мкм из богатых алюминием фаз $\rm FeAl_3$ и $\rm Fe_2\rm Al_3$ под алюминием в процессе обработки при $600^{\circ}$C. Сделан вывод о том, что воздействие плазмы заключалось не только в нагреве образца, но и в обеспечении диффузионной пары $\rm Al$–сталь и усилении взаимной диффузии элементов железа и алюминия в алюминидах железа с высоким содержанием алюминия. Плазменное алитирование фольгой при $750^{\circ}$С привело к формированию многослойного покрытия, состоящего из фаз алюминида железа $(\rm Fe_2\rm Al_5$ и $\rm FeAl)$ толщиной $\sim140$ мкм. Сравнение толщины покрытия, полученного в данном исследовании, с толщиной покрытия, полученного при горячем алитировании погружением, показало, что бомбардировка ионами поверхности образца во время плазменного процесса увеличивает толщину покрытия за счет активации поверхности и усиления взаимной диффузии железа и алюминия в алюминидах.