Моделирование массопереноса в металлических материалах при облучении ионными пучками

• Автор: Вахний, Татьяна Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 143 с. : ил.

1, Эволюция дефектной структуры и особенности диффузионных процессов при энергетических воздействиях на металлические материалы (литературный обзор)
1.1. Изменение структурного состояния и элементного состава металлических материалов при радиационных воздействиях
1.2. Основные модели и предполагаемые механизмы усиления переноса атомов в металлах и сплавах при ионной имплантации
1.3. Процессы массопереноса при облучении металлических материалов мощными импульсными пучками заряженных частиц
1.4. Влияние скорости пластической деформации на диффузионную подвижность атомов
1.5. Особенности переноса вещества в металлах и сплавах при многократных импульсных нагружениях
1.6. Диффузионные процессы при нагревании твердых тел с различной плотностью протяженных дефектов структуры
1.7. Постановка задач исследования
2. Усиленный массоперенос при облучении металлических материалов в режиме ионной имплантации
2.1. Массоперенос в структурно-неоднородных материалах
2.1.1. Радиационно-стимулированная диффузия
2.1.2. Перенос вещества в поликристаллических материалах
2.1.3. Учет взаимодействия примеси с протяженным структурным дефектом
2.2. Потенциал взаимодействия примесных атомов с полигональной стенкой краевых дислокаций
2.3. Математическая модель зернограничной диффузии

2.4. Моделирование переноса вещества в результате межзеренной диффузии и анализ полученных результатов
2.5. Математическая модель диффузии примесных атомов по мигрирующим границам зерен
2.6. Результаты моделирования концентрационных профилей имплантированной примеси и сопоставление с экспериментом
2.7. Выводы
3. Перераспределение атомов при мощных импульсных воздействиях
ионными пучками на металлические системы
3.1. Основные факторы, влияющие на микроструктуру металлических материалов при мощных импульсных воздействиях пучками заряженных частиц
3.2. Уравнение диффузии, учитывающее термо- и бародиффузионные потоки
3.3. Расчет генерируемых облучением пространственно-временных полей температуры и напряжения
3.4. Результаты моделирования концентрационных профилей и их анализ
3.5. Вклад диффузии по мигрирующим протяженным дефектам в формирование концентрационного профиля
3.6. Результаты моделирования перераспределения атомов в процессе облучения и сравнение с экспериментом
3.7. Перенос вещества в металлических материалах при многократных импульсных воздействиях мощным ионным пучком
3.8. Моделирование диффузионных процессов в металлах при высокоскоросных импульсных механических воздействиях
3.9. Массоперенос в поле ударных волн
3.10. Выводы
Заключение
Список литературы
Приложение

Получение материалов с улучшенными физико-механическими свойствами является важной проблемой машиностроения, энергетики, химической промышленности и ряда областей современной техники. Во многих случаях повышение долговечности и надежности различных деталей и инструмента может быть достигнуто путем изменения химического состава и структуры лишь поверхностного слоя. Для модификации поверхности в настоящее время широко применяется радиационная обработка материалов. Хорошо себя зарекомендовала ионная имплантация, позволяющая внедрить в приповерхностную область мишени практически любой элемент в контролируемых дозах. Также наряду с непрерывным облучением материалов ионными пучками (имплантацией) (плотность тока у =0,5-50 мкА/см2) используются импульсные пучки, с помощью которых можно проводить высокоинтенсивное облучение (в интервале ~ 10" - 10 мкА/см , а в случае
о <у
мощных ионных пучков до 2-10 мкА/см ). Принципиальной, по сравнению с ионной имплантацией, особенностью воздействия мощных импульсных ионных пучков является наличие порождаемых высокими градиентами температур термоупругих напряжений, а в случае высокоинтенсивных - еще и ударных волн, генерируемых импульсом отдачи при разлете паров испаряющегося слоя.
Несмотря на накопленный к настоящему времени достаточно обширный экспериментальный и теоретический материал, возможности радиационной обработки в полной мере еще не исчерпаны, что связано, в частности, с недостаточным пониманием процессов, протекающих в твердом теле в условиях облучения. К числу наименее понятных явлений, наблюдаемых при воздействии на поверхность металлов и сплавов ионными пучками, относится явление аномально глубоких (по сравнению с длиной пробега внедряемых » частиц) модификаций физико-химических и механических свойств облучаемых материалов, сопровождающихся значительными структурными изменениями и

особенностей определяется, по-видимому, образованием, взаимодействием и перераспределением различного рода дефектов кристаллического строения металлов и сплавов в процессе скоростной пластической деформации в условиях импульсных нагружений. Тем не менее увеличение диффузионной подвижности атомов при импульсном деформировании не нашло пока еще окончательного теоретического обоснования.
1.6. Диффузионные процессы при нагревании твердых тел с различной плотностью протяженных дефектов структуры
При нагреве металлов, предварительно упрочненных пластической деформацией, происходит залечивание дефектов. Т.е. совокупность процессов миграции, перераспределения, частичной или полной аннигиляции различного рода несовершенств в кристаллах [104]. Указанные процессы происходят спонтанно, поскольку сопровождаются уменьшением свободной энергии системы. Для протекания большинства из них необходима термическая активация, и скорость таких процессов оказывается либо непосредственно связанной с термической подвижностью отдельных атомов, либо с консервативным последовательным смещением ансамблей атомов на малые, по сравнению с межатомным, расстояния.
В работе [4] исследовалась диффузия в монокристаллической системе Рс1/Ац при невысокой плотности дефектов решетки, когда происходит смена механизмов диффузии от объемной к диффузии по дефектам решетки. На пленки серебра толщиной 10 мкм с различной плотностью дислокаций в вакууме напылялись пленки палладия толщиной примерно 1 мкм. Полученные образцы отжигались при Т = 773 К в вакуумной печи и измерялся эффективный коэффициент диффузии. По данным металлографии и рентгеновского анализа в серебряных и палладиевых пленках отсутствовали большеугловые границы зерен, структура палладиевой пленки повторяла структуру серебряной подложки (ее ориентацию и плотность дислокаций) и незначительно