Наноструктурирование металлических материалов интенсивными ионными пучками

• Автор: Богданов, Николай Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Обнинск
• Количество страниц: 102 с. : ил.

Содержание

Введение

Глава 1. Литературный обзор и постановка задачи исследования

1.1. Радиационно-индуцированные неравновесные состояния в металлических материалах. Образование «кластерного композита»

1.2. Превращения в системе Бе-Сг-М

1.3. Фазовые превращения в сплавах системы Бе-Сг

1.4. Структурные и фазовые превращения в системе №-Сг

1.5. Радиационно-индуцированные превращения в сплавах

Г ейслера
1.6. Эффект дальнодействия
1.7. Постановка задачи исследования
Глава 2. Образцы и методики эксперимента
Глава 3. Образование кластерного композита в сплавах
системы №-Сг-Мо
Глава 4. Радиационно-индуцированные состояния в сплавах
Гейслера
Глава 5. Энергия активации отжига дефектной структуры
облученных сплавов Ге-Сг-№ и Ге-Сг
Глава 6. Стационарная концентрация вакансий в области
кластерного композита
Заключение
Список использованной литературы

Введение
Актуальность работы
Облучение металлических материалов способно существенно изменять их структуру и свойства. При радиационном воздействии вещество может оказываться насыщенным дефектами, кроме того, в нем могут происходить фазовые превращения, ускоренные облучением или радиационно-индуцированные, т.е. такие, которые не могут быть реализованы при других видах воздействия на материал, в том числе, при термической обработке. При этом, как правило, существенно изменяются свойства вещества, относящиеся как к ионной, так и к электронной подсистемам металла.
В исследованиях [1], проведенных на ускорителях и плазменных установках, было обнаружено, что высокоинтенсивное ионное облучение металлических материалов систем Ре-Сг-№, №-Сг, Си-№, Ре-СцУ-Сг-П и чистых металлов П и Ъх - приводит к тому, что в некоторой области флюенсов и энергий ионов, температур мишени и плотностей ионного потока, формируется особое состояние вещества, обладающее необычными структурой и свойствами. Дальнейшие исследования [2] позволили установить, что данное радиационно-индуцированное состояние имеет нанокластерную морфологию и характеризуется аномально большим изменением свойств материала. В работе [3] была предложена модель, согласно которой наноразмерные кластеры образуются в окрестности радиационных точечных дефектов и состоят из собственных атомов, однако могут иметь кристаллографическую симметрию, отличающуюся от матрицы. Эти кластеры армируют матрицу и образуют кластерный композит. Формирование нанокластерной морфологии, как было установлено, сопровождается изменениями формы рентгендифракционных линий [4, 5],

что может служить тестовым признаком появления кластерного композита и методически удобным способом определения области его существования в пространстве радиационных параметров.
Понимание природы нанокластерного композита, причин его возникновения и механизмов формирования радиационно-индуцированных состояний такого типа может стать основой развития новых технологий радиационного модифицирования материалов. Это обстоятельство определяет актуальность работы.
Целью данной работы является выяснение условий и механизмов формирования радиационно-индуцированных нанокластерных состояний в различных металлических материалах - твердых растворах №-Сг, Ге-Сг-№, Ре-Сг и интерметаллидах (сплавах Гейслера), получение кинетических и энергетических характеристик процесса наноструктурирования металлических материалов под действием интенсивных ионных пучков.
Научная новизна полученных в работе результатов заключена в следующем:
- в сплавах системы №-Сг и фазах Гейслера определены области радиационных параметров возникновения кластерного композитов с существенным изменением механических и магнитных свойств;
- экспериментально определены энергетические параметры устойчивости радиационно-индуцированных кластерных композитов, необходимые для разработки модельных представлений формирования особых радиационно-индуцированных состояний;
- показано, что особые радиационно-индуцированные состояния возникают при достижении определенных значений стационарных концентраций радиационных дефектов, связанных с характерным масштабом нанокластерной структуры.

навесными термо- и крио- камерами. Также, использовался просвечивающий электронный микроскоп, оснащенный устройством, позволяющим нагревать и охлаждать образец. Кроме того, были измерены электросопротивление и магнитные свойства в широком диапазоне температур. Исходные образцы сплава ТМгОагэ (слиток) имели крупнозернистую структуру с размером зерна 500 рм. Исследования структуры при помощи оптической и электронной микроскопии показали, что спиннингованные ленты из сплава №54Мп21Са25 имеют мелкозернистую структуру с размером зерна около 0,5-1,0 рм, в зависимости от скорости движения охлаждаемой подложки при спиннинговании. После интенсивной пластической деформации, просвечивающая электронная микроскопия показала наличие аморфно -нано кристаллического состояния с размером зёрен около 10-20 нм. Рентгеновская дифракция и электронная дифракция показали, что при комнатной температуре сплав, подвергнутый спиннингованию и последующей ИПД, имеет тетрагональную мартенситную структуру. На основании данных, которые были получены при помощи просвечивающей электронной микроскопии, был проведён контролируемый отжиг прямо в колонне электронного микроскопа и, в результате, получена гомогенная нанокристаллическая структура. При дальнейшем отжиге происходило укрупнение зёрен. Известно, что крупнозернистый сплав №54Мп210а25 подвержен ступенчатому Ь21<-5М<-7М мартенситному превращению (5М -пятислойный модулированный мартенсит с тетраг ональной решеткой; 7М -семислойный модулированный мартенсит с орторомбической решеткой [51]). Авторы показали, что тем же мартенситным превращениям, лежащим в основе эффекта памяти формы, подвержены нанокристаллические и субмикрокристаллические сплавы но температура
мартенситного превращения в них снижается. В субмикрокристаллическом