Исследование процессов массопереноса в металлических системах при облучении пучками электронов

• Автор: Постников, Денис Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Усть-Каменогорск
• Количество страниц: 136 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1 Диффузионные процессы е твердых телах при радиационном воздействии (обзор)

1.1 Образование и диффузия неравновесных точечных дефектов при облучении пучками заряженных частиц
1.1.1 Ионизационные потери и потери на излучение при прохождении электронов через вещество
1.1.2 Процессы смещения атомов при взаимодействии с высокоэнергетичными электронами

1.1.3 Влияние облучения на дефектную структуру кристалла

1.1.4 Коэффициенты радиационно-стимулированной диффузии

точечных дефектов

1.2 Сегрегация примеси в условиях облучения пучком электронов

1.2.1 Сегрегация примеси на дефектах кристаллической решетки
1.2.2 Сегрегация примеси на поверхности образца
1.3 Коэффициенты радиационно-стимулированной диффузии
1.4 Структурно-фазовые изменения в материалах при облучении заряженными частицами
1.5 Применение пучков заряженных частиц для модификации поверхности материалов
1.6 Перераспределение элементов в сплавах при облучении пучком электронов средних энергий
1.6.1 Массоперенос в гомогенных системах при облучении пучком электронов
1.6.2 Массоперенос в гетерогенных системах при электронном облучении
1.6.1 Экспериментальное изучение перераспределения компонентов
на границах зерен
1.6.2 Экспериментальное изучение массопереноса в многофазных системах
2 Пространственное распределение температуры при облучении пучком электронов
2.1 Профиль температурного поля в условиях облучения пучком электронов
2.1.1 Метод расчета пространственного распределения температуры
в условиях облучения пучком электронов
2.1.2 Распределение температуры в материалах при облучении пучками электронов
3 Концентрационные профили точечных дефектов в условиях облучения пучком электронов
3.1 Концентрация точечных дефектов в условиях облучения
3.2 Распределение вакансий по глубине образца
4 Массоперенос в металлических системах на основе твердых растворов при облучении пучком электронов средних энергий
4.1 Кинетическая теория диффузии в бинарных системах в поле градиентов температуры и точечных дефектов
4.2 Численный метод решения кинетического уравнения диффузии. Принцип расщепления
4.3 Пространственное распределение элементов в твердых растворах при облучении пучком электронов
4.3.1 Гомогенная система
4.3.2 Гетерогенная система
4.3.3 Массоперенос в многокомпонентных системах
4.4 Диффузия внутри зерен при облучении пучком электронов
4.4.1 Распределение вакансий в зерне прямоугольной формы
5 Массоперенос в многофазных системах при облучении пучком электронов
5.1 Модель массопереноса в многофазных сплавах
5.2 Образование и рост зародышей новой фазы при облучении пучками электронов
5.3 Массоперенос малоразмерных примесей при облучении пучком электронов
5.3.1 Кинетическое уравнение диффузии межузельных атомов
5.3.2 Расчеты концентрации малоразмерных примесей
РЕЗУЛЬ ТА ТЫ РАБОТЫ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы.
Во многих случаях повышение долговечности и надежности различных деталей и инструмента может быть достигнуто путем изменения химического состава и структуры поверхностного слоя. На современном этапе развития техники для модификации поверхности широко применяется радиационная обработка материалов, которая, как показывает большой экспериментальный опыт, прекрасно себя зарекомендовала.
Облучение поверхности высокоэнергетичными пучками электронов и ионов позволяет значительно повысить твердость, износостойкость, усталостную и коррозионную прочность конструкционных и инструментальных материалов, а в ряде случаев применять углеродистые стали вместо дорогостоящих легированных сталей.
Фундаментальные исследования фазовых превращений и процессов мас-сопереноса при облучении являются одним из основных этапов разработки радиационных технологий, кроме того, понимание процессов, происходящих в материалах в поле облучения, позволяет прогнозировать их эксплуатационный ресурс.
В последнее время для ученых и практиков, занимающихся проблемами физики твердого тела и радиационной физики, представляют интерес эффекты массопереноса и структурно-фазовых изменений в материалах под воздействием электронных пучков. Известны достоинства методов модификации приповерхностных слоев материалов электронными пучками, которые позволяют конкурировать в ряде случаев с традиционными методами (термическая диффузия, ионная имплантация, ионно-плазменное нанесение покрытий и др.).
Экспериментальные результаты показывают, что при облучении пучком электронов (1-10 МэВ) можно получать покрытия или модифицировать готовые изделия на значительную глубину (до нескольких мм), при этом параметры электронного пучка легче контролировать и изменять, чем ионного,

ния приближается к равновесному значению от исходного большего или меньшего. Равновесный радиус определяется балансом скорости образования выделений из обогащенной примесью матрицы и скорости ухода растворенных примесных атомов из выделений в результате радиационного разупоря-дочения. Зависимость стабильности выделения от его размера противоположна по характеру обычной зависимости; мелкие выделения оказываются стабильнее крупных [64]. Этот обратный эффект Оствальда является примером использования облучения для изменения пути эволюции системы, по сравнению с термическими условиями. Согласно существующим оценкам, стабильный размер выделений (порядка 100 А) в целом соответствует результатам исследований относительной стабильности тонкой микроструктуры облученных сплавов [65].
Радиационно-стимулированное выделение является результатом облучения как электронами, так и ионами или нейтронами. Следовательно, появление радиационно-стимулированных выделений не зависит от каскадов смещений, а определяется поведением изолированных точечных дефектов.
Образование радиационно-стимулированных выделений наблюдают в очень широкой области потоков облучения (например, в облученном электронами N1-81 потоки соответствовали скоростям образования смещений от 5,5-10"9 до 1,5-10'3 с“1), при этом для появления радиационно-
стимулированных выделений в данном случае необходимо выполнение следующего условия: температура облучения должна быть ниже некоторого температурного порога, зависящего от скорости введения дефектов и состава сплава [66].
1.5 Применение пучков заряженных частиц для модификации поверхности материалов
Использование технологий радиационной обработки материалов в промышленности обеспечивает существенный экономический эффект, и с каждым годом сфера применения электронных и ионных пучков для обработки