Восстановление пластичности алюминиевых сплавов с использованием динамических эффектов дальнодействия при ионной бомбардировке

• Автор: Махинько, Фёдор Фёдорович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1. Имплантация ускоренных ионов в вещество

1.2. Краткий обзор экспериментальных данных об изменении структуры и свойств материалов при ионной бомбардировке на глубине, многократно превышающей проективные

пробеги ионов

1.3. Радиационно-динамические эффекты при корпускулярном облучении

1.4. Ретроспективный обзор данных по влиянию ионного облучения

на структуру и свойства алюминия и его сплавов

1.5. Ионно-лучевая модификация свойств промышленных алюминиевых

сплавов с использованием радиационно-динамических эффектов

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1. Исследованные материалы
2.2. Методика проведения ионно-лучевой обработки
2.2.1. Общее описание и технические характеристики ионного
имплантера
2.2.2. Предварительный анализ скорости разогрева плоских мишеней
и мониторинг их температуры в ходе облучения
2.2.3. Дополнительное оборудование и методика определения спектральной плотности энергетической светимости металлов
в ходе ионной бомбардировки
2.2.4. Некоторые методические аспекты экспериментов по воздействию пучков ускоренных ионов на сплавы ВД1 иД
2.2.5. Условия модификации структуры и свойств сплава 1
2.3. Методы изучения структуры, фазового состава и механических свойств
сплавов
3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВЕЧЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ЧИСТЫХ МЕТАЛЛОВ
И СПЛАВА 1424 В ХОДЕ ОБЛУЧЕНИЯ ИОНАМИ Аг+
Выводы
4. ИЗУЧЕНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОННО-ЛУЧЕВОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ХОЛОДНОДЕФОРМИРОВАННЫХ

СПЛАВОВ ВД1 И Діб СИСТЕМЫ А1-СЫ^ (С ДОБАВКАМИ Мп)
4.1. Результаты исследования воздействия ионно-лучевой обработки
на структуру и свойства холоднодеформированного сплава ВД
4.2. Исследование воздействия ионно-лучевой обработки на структуру
и свойства холоднодеформированного сплава Д
4.2.1. Испытания механических свойств холоднодеформированных, термообработанных и
облученных полос сплава Д
4.2.2. Результаты металлографического и рентгеноструктурного анализа сплава Діб после различных обработок
4.2.3. Результаты электронно-микроскопического исследования микроструктуры сплава Діб
Выводы
5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА 1424 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПЕРАЦИЙ РАДИАЦИОННОГО ОТЖИГА
5.1. Результаты механических испытаний после холодной прокатки, термического отжига и различных режимов облучения
5.2. Результаты металлографического анализа структуры сплава

5.3. Электронно-микроскопическое исследование
5.4. Сравнение характера влияния ионного облучения и нагрева (идентичного нагреву при облучении) на структуру
холоднодеформированного сплава 1424
5.5. Реализация холодной прокатки полос сплава 1424 с использованием ионно-лучевой обработки
Выводы
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. Использование пучков ускоренных ионов с энергиями в диапазоне от нескольких единиц до нескольких сотен кэВ послужило основой для создания ряда прорывных технологий, внедряемых в настоящее время в практику обработки конструкционных материалов, с целью обеспечения повышенного уровня свойств, не достижимого с применением традиционных методов обработки.
К сожалению, пробеги ионов вышеуказанных энергий в веществе измеряются в лучшем случае всего лишь несколькими десятками или сотнями нанометров. Модифицируемая зона такой глубины явно недостаточна для большинства технологических применений. На практике при облучении непрерывными пучками ионов вышеуказанных энергий обычно наблюдаются две ситуации. Первая - это, когда глубина воздействия недостаточна для обеспечения необходимых свойств. Вторая - когда есть положительный эффект, и глубина воздействия значительно превосходит глубину проникновения ионов, но нет полной ясности в том, чем обусловлен такой эффект.
В связи с этим актуально дальнейшее исследование природы эффектов дальнодействия при ионном облучении и целенаправленное применение приобретаемых знаний для модификации не только поверхностных, но и объемных свойств материалов пучками ускоренных ионов.
Увеличить протяженность модифицируемой зоны до нескольких десятков микрометров удается с использованием мощных непрерывных низкоэнергетических пучков ионов малого радиуса и мощных наносекундных импульсных пучков ионов [1]. Результатов, сравнимых по глубине воздействия, удается достичь также с использованием высокодозной имплантации [2], благодаря генерации дислокаций в статических полях напряжений от внедряемых примесей, перемещаемых вглубь материала.
Совмещение ионной имплантации с другими методами {Ion Mixing и Ion Assisted Deposition и т.п.), также как и привлечение высокоэнергетической ионной имплантации [3] связано с существенным усложнением и удорожанием процесса, при сопоставимой глубине модифицируемого слоя.
Однако для многих технических применений было бы желательно увеличить глубину влияния ускоренных ионов на структуру и свойства материалов еще как минимум на 1-2 порядка, что позволило бы модифицировать субмиллиметровые и миллиметровые слои материалов при их поверхностном облучении.
Из расчетов с использованием методов Монте-Карло и молекулярной динамики [4, 5] следует, что нанообласти плотных каскадов атомных смещений являются зонами

Изменение электросопротивления И ТКС В железо-никелевом сплаве Реб9№з1 [114] (рис. 1.12) также может быть обусловлено перераспределением атомов в твердом растворе, а именно, формированием в нем ближнего атомного порядка при аномально низких температурах.
Зависимость степени завершенности инициируемых корпускулярным облучением фазовых превращений от флюенса может быть обусловлена эффектами фокусировки энергии колебаний решетки [109]. Последнее может приводить к трансформации исходно сферической послекаскадной волны во фрагменты плоских волн (рис. 1.6, 1.7). Другой причиной такого рода фактов может быть то, что каждая отдельная послекаскадная волна обусловливает лишь частичное увеличение степени превращения [18, 114].
Изменение магнитных свойств сплавов. Многочисленными исследованиями установлено существенное влияние радиационной обработки на магнитные свойства модельного сплава РебчГмз! [23, 41, 42], а также на атомную [40], магнитную [20, 121, 122] структуру и электротехнические свойства пермаллоя, трансформаторных сталей, аморфных и нанокристаллических магнитомягких материалов (файнметов).
Влияние сопутствующего нагрева этих материалов мощными пучками ионов исключалось за счет использования импульсно-периодического (с низкой частотой), а также прерывистого облучения.
Авторами работ [23, 42, 44] установлено существенное влияние облучения ускоренньми ионами 14+ и Аг+ в непрерывном и импульсно-периодическом режиме (различное для разных режимов облучения) на магнитную сверхтонкую структуру мессбауэровских спектров сплава Г'евд1Нзь что связывается с инициируемыми облучением процессами перераспределения атомов в твердом растворе и формированием ближнего атомного порядка в объеме фольг толщиной 30 мкм при ионном облучении. Температура фольг не превышала 200°С. Подобное изменение магнитных сверхтонких полей на ядрах атомов в этом сплаве наблюдалось ранее лишь при наложении сверхвысоких давлений. Обычный нагрев до 200° С не изменяет вида спектра.
В работе [19] наблюдали обратный фазовый а —> у-переход при облучении ионами Аг+ во всем объеме образцов сплава ТебдМз; толщиной 400 мкм в тех случаях, когда на поверхность облучаемых образцов предварительно напыляли слои Си или Р1 толщиной 0,5 - 1 мкм, многократно превышающей длину пробега ионов.
В работе [20] на основе учета повреждающего (образование дефектов в поверхностном слое толщиной несколько десятков нм) и радиационно-динамического воздействия ускоренных ионов, были оптимизированы режимы облучения анизотропной трансформаторной стали 3424 (состава: Бе-З мас.%81). Целью исследования являлось