Кратерообразование и массоперенос в металлах и сплавах при облучении сильноточным пучком электронов микросекундной длительности

• Автор: Гулькин, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Курчатов
• Количество страниц: 124 с. : ил.

1 Радиационная обработка как метод модификации металлических материалов (обзор)
1.1 Электронно-лучевая обработка поверхности металлов
1.2 Радиационный нагрев металлов при обработке пучками заряженных частиц
1.3 Радиационно-стимулированные диффузионные процессы при облучении пучками заряженных частиц
1.4 Образование кратеров при радиационной обработке
1.5 При менение радиационной обработки для модификации материалов
2 Методика и оборудование эксперимента
2.1 Импульсный ускоритель электронов как инструмент в модификации поверхности металлических материалов
2.2 Система измерения импульсных напряжений и токов на ускорителе ГСЭП
3. Модификация поверхности металлов при облучении микросекундным СЭП
3.1 Экспериментальное изучение кратерообразования на поверхности металлов при облучении импульсным пучком электронов
3.2 Формирование поверхностных структур под влиянием неравномерного распределения плотности электронного пучка
3.3 Моделирование температурных полей в кратере
4. Массоперенос в металлах при облучении пучками заряженных
частиц
4.1 Моделирование температурных полей в металлах при облучении микросекундным СЭП
4.2 Массоперенос на поверхности металлов при облучении микросекундным СЭП
4.3 Кинетическая модель диффузии в поле градиентов температуры, точечных дефектов и внутренних напряжений
4.4 Пр именение разработанной модели для исследования массопереноса на поверхности металлов при облучении
микросекундным СЭП
Заключение
Список литературы

Актуальность работы. Радиационное облучение поверхности металлов применяется в промышленности, как этап финишной обработки. Несомненным преимуществом такой обработки является возможность формирования уникальных поверхностных свойств, которые невозможно создать при других видах обработки. Воздействие концентрированных потоков энергии позволяет значительно улучшить эксплуатационные свойства металлов и сплавов.
В последнее время для ученых и практиков, занимающихся проблемами физики твердого тела и радиационной физики, представляют интерес эффекты перераспределения элементов и морфологические изменения на поверхности материалов под воздействием электронных пучков.
Экспериментальные результаты показывают, что при облучении импульсным пучком электронов с энергией 300-500 кэВ можно получать покрытия или модифицировать готовые изделия на глубину до 50-100 мкм. При электронно-лучевой обработке параметры электронного пучка легче контролировать и изменять, чем ионного. Для обработки поверхностных слоев (более 1 мкм) наиболее приемлемым, а иногда и единственно возможным, является воздействие электронным пучком.
Одним из основных процессов, приводящих к модификации поверхностных свойств материала при данном виде радиационной обработки, является процесс массопереноса компонентов сплава. Распределение элементов, возникающее в материале в ходе облучения, может существенно отличаться от равновесного распределения в обычных условиях. Облучение импульсными электронными пучками с энергией 300-500 кэВ приводит к изменению структуры твердых тел. Образованные в результате воздействия пучков электронов дефекты стимулируют процессы

обработка. Анализ различных способов радиационной обработки материалов показывает, что электронные пучки в ряде случаев имеют существенные преимущества по сравнению с другими видами обработки. К преимуществам, прежде всего, следует отнести большую глубину модифицированного слоя, относительную простоту генерации пучка и управление его параметрами. Развитие технологий финишной обработки пучком электронов замедляется отсутствием теоретических моделей, которые бы позволили с достаточной степенью достоверности провести расчеты процессов, происходящих при облучении импульсным электронным пучком с плотностью энергии 10-20 Дж/см2.
На основе анализа литературных данных сформулирована следующая постановка задачи:
Постановка задачи
1. Выявление причин кратерообразования на поверхности металлов и сплавов при облучении сильноточными импульсными пучками электронов микросекундной длительности с плотностью энергии 10-20 Дж/см. Выявление причин образования кратеров при облучении.
2. Проведение расчетов распределения поглощённой энергии и распределения температуры, в металлах при облучении сильноточными импульсными пучками электронов микросекундной длительности с плотностью энергии 10-20 Дж/см2.
3. Разработка модели массопереноса в бинарных системах в поле градиентов температуры, концентрации точечных дефектов и напряжений внутри образца. Сверка результатов расчёта перераспределения элементов по разработанной модели с экспериментальными данными. Сравнение с экспериментальными результатами расчётных значений распределения элементов в кратере с использованием разработанной модели.