Наноструктурирование металлических материалов интенсивными ионными пучками - Автореферат

При радиационном воздействии вещество оказывается 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. Ранее было обнаружено, что при воздействии на металлические материалы - сплавы систем Fe-Cr-Ni, Ni-Cr, Cu-Ni, Fe-Cr,V-Cr-Ti и чистые металлы Ti и Zr - ионных пучков высокой интенсивности в ускорителях или плазменных установках в некоторой области радиационных параметров - доз, температур мишени и плотностей ионного потока - формируется особое состояние вещества, обладающее необычными структурой и свойствами. Дальнейшие исследования позволили установить, что данное радиационно-индуцированное состояние имеет нанокластерную морфологию и характеризуется аномально большим изменением свойств материала. Формирование нанокластерной морфологии, как было установлено, сопровождается существенными изменениями формы рентгендифракционных линий, что может служить тестовым признаком появления кластерного композита и методически удобным способом регистрации области его существования на шкале радиационных параметров. Основная цель работы состоит в определении условий формирования радиационно-индуцированных нанокластерных состояний в различных металлических материалах - твердых растворах Ni-Cr, Fe-Cr-Ni, Fe-Cr и интерметаллидах (сплавах Гейслера), получение кинетических и энергетических характеристик эффекта наноструктурирования металлических материалов интенсивными ионными пучками.В первой главе, являющейся обзорной, описывается термодинамика и кинетика образования особых радиационно-индуцированных состояний, появляющихся в узком интервале радиационных параметров в металлических материалах при облучении интенсивными ионными пучками с применением различных типов ионов, как газовых, так и металлических. Наблюдается сходство получаемых состояний в различных металлических материалах, в частности, в сплавах с ГЦК структурой, ОЦК структурой, некоторых чистых металлах с ГПУ структурой. При облучении ионами разного типа температурный диапазон существования особого измененного состояния несколько сдвигался (400-4500С при облучении ионами Ar и Ni с энергией 40 КЭВ, 6250С при облучении ионами Ar с энергией 1 МЭВ). Второй процесс - это превращение, происходящее при более низких температурах - спинодальное расслоение твердого раствора и выделение при температурах 4500С-5500С когерентно связанной с решеткой ?`-фазы, при этом формируются области, обогащенные хромом до 82%. Имеются данные о том, что при облучении 12% - хромистых сталей, применяемых в радиационной технике, также может происходить выделение ?`-фазы, хотя область образования данной фазы на диаграмме состояния соответствует значительно более высоким концентрациям хрома.При интенсивном ионном облучении в ускорителях или плазменных установках в металлических материалах может образовываться особое структурное состояние, существенно отличающееся по свойствам от исходного материала. В соответствии с ранее разработанной моделью в окрестности радиационных точечных дефектов происходит локальная перестройка кристаллической решетки с образованием кластера, состоящего из собственных атомов и имеющего другую кристаллическую симметрию. Кластеры армируют матрицу, при этом возникает кластерный композит, что является причиной наблюдаемых изменений свойств материала. Показано, что образование кластерного композита является универсальным явлением для систем с различной симметрией кристаллической решетки - сплавов Ni-Cr, Fe-Cr-Ni, обладающих ГЦК решеткой, ОЦК сплава Fe-Cr и интерметаллидных фаз Гейслера со сложной элементарной ячейкой. В сплавах Ni-Cr при облучении ионами Ar с энергией 40 КЭВ до доз 1,5.1018 ион/см2 в интервале температур облучения 5500С - 6500С возникает кластерный композит, идентифицируемый по расщеплению дифракционных рентгеновских максимумов на угол, соответствующий изменению периода решетки на 0,02 A, и приводящий к увеличению микротвердости до значений, превышающих 10 ГПА.

Основное содержание работы