Электронная структура неупорядоченных систем на основе железа и никеля тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УРАЛЬСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ЛОМАЕВА Светлана Федоровна

УДК 537.531:539.21

ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА НЕУПОРЯДОЧЕННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА И НИКЕЛЯ

01.04.07 — физика твердого тела

А В ТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ижевск, 1993

Работа -выполнена в Физико-техническом институте УрО РАН и Удмуртском государственном университете.

Научный руководитель — доктор физико-математических наук Шабанова, И. Н.

Официальные оппоненты — доктор физико-математических наук, профессор Домашевская Э. П.; доктор химических наук, профессор Васильев В. Ю.

Ведущая организация — Уральский политехнический институт.

Защита диссертации состоится 2 июля 1993 г. в 14.00 часов на заседании специализированного совета Д003.58.01 в Физико-техническом институте УрО РАН по адресу: 426001, Ижевск, Кирова, 132.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФТИ УрО РАН.

Автореферат разослан ..- 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

-•■•;■:'". у: ■ - "

ОШЛЛ XAP/IKTERICTIIKA /ШУШ . .

Актуальность. Исследование агорой структуры неупорядоченных металлов сплавов является одной йз оскошгьк проблем современной, физики ковденсировдгаЬго йостойнйя [t - 3]. .Возможности йсследовйшгя амор|ных материалов трШтогшш методам реитгонэструктурпого анализа огрзтеиелы, особенно в отиошепии сплавов З^-метаялов, так. как вез atom этой группа практпче- • ски одинаково. рассвяваот; реитготвекоа излучегша [2|. Вместе с том, шогочислбишо нсследовянзя показываат, что структура атомного блиянёго порядна во шагом определяется типом химическая связей я оказнваз? опредмящео вшиив на ^орг.яроза-, йм ^ейгронйой. структураведэствз j » следовательно, многих

В сая'зи с эта! особуп актуальность приобретают работы по .юуч&яйвг ЪЫфоШзя ■■apsstrpotimtfo строения я типа, хшяческой , селзп о <5ляиш окруетешв в эдюрфнцх системах, ешол-иенннв о юшаыэ мотодоэ, чувсгвгталышх к локальному ежруяо-нто'атоШа^ахк которнм относит-

(РЭС). Среди методов ео-ттоМ РЭД лвдяетйя наиболее парспектнв-• да?*.йЦфрЙвцвю.ашйрЬйной структура,об

;йаязй'. йлбквнгов а Штш окружения йаяеко не исчерпаны, особенно .^гёйв^^/нвую^о^вшвк. оиотем, таких как ульт-аморфныё'еяйайи, типа цдрвходшй металл -

'Йв^Шй-ЙвТЙЛЯ.Л'

Pa6<3Ta synaaits:ta n ссотзэтстзла о аланом програта фуада'.гаи-таяьта «юаеяовшшЯ 0О2А АН СССР и постшгошгаттй ГКГГГ СССР

S 190 от 19.06.8?. '

Дэльо ^¿тгашвтшг язу^няе .народом рентгаяоэлектрош, 2 Шйтрошой.:Qtpf&yytyt, ЩШШ& в химической ■ ЬЩШя 'йдаяйш яо&рх^тя ахоях оиотеи

й.ГоОйой? |йлез'а.я^Щя-в завйойшиг от концентрации и дисперсности.

3 соответствен с поставленной цэлъп в работе решалясв слз-аувдйв задача; . .... >

' \ w. ©йрадаяейзе iia^swd^os.ps'KTrSiioweKtpOMJmx спектров, кал- .

более чувствительная к изменению ххмической связи и, следовательно, ближнего окружения атомов; "

- исследование влияния концентрации второго компонента в бинарных сплавах Ре - Сг :: ЛI' - /Ус/ па электронную структуру и тип химической связи в поверхностных слоях сплавов;

- исследование, ачляшя размера частиц ультрадпспорспо'-о порошка никеля на алектроннуа структуру,' толцгшу з температурную стабильность оксидных слоев;;;

- разработка мэтодию! определения толщаны окезднях слоев на ультрздисперешх частицах по даюшм рентгенозлектронной спектроскопии; ■ '''•,. .

- разработка методик элективной.: очистки поверхности о¡5-разцов в вакууме и исследования ммфоэшх границ покрытае-подлогка. - . '•'.: . '

Б качестве основных объектов асследованая шбраш спсте:.и Ге ~Сг , /IV -Ио ъ разлнчшм содернанпем второго компонента * • и порошки никеля с разный размером частиц. Эта систеш обла- -дают рядш.1 уникальных газико-химических свойств и кмеат боль- • шое прикладное значение. Так, для сплавов /ё -Сг к Л'.-Мо при определенных концентрациях: второго компонента наблвдаат-ся скачка коррозионной сто!;кос?:1. Метода порошковой метал- : ' ■ лургли позволяют создавать иатрряалы с новыми качествсмщга и прочностными характеркстакаш. Дяя целенаправленного использования указаниях материалов б науке, 'технике и технологии ■необходимы саше разносторонние данные о свойствах: этих веществ и в том числе, сведения об алектрозгаом строении. •

Научная новизна. В работе получешг следующш новые результаты: '

- экспериментальна исследовано вяаянив энергии возбуждающего излучения на аорму рштгеноэдектроншх спектров валентных полос ЗЛ-металлов а сплавов на их основе; Найдены параметры рентгенозлектроннше спектров, наиболее чувствительные . к изменению химической связи, что дает возможность использовать метод РЭС для исследования ближнего окруаеняя атомов , ■. I в сплавах на основе ¿члетагшов;

- методом РЭС изучена электронная структура поверхностных слоев бинарных сплавов Ре - Сг- , А'- Не с различной ко;ще-нтрацие?. второго компонента. Показано, что прл определенной

- о -•

концентрации хрома и молибдена распределение 3, -электронной плотности яелеза и шгкеля в сплавах* подобно ее распределению в С г и /1/с; _ в элементе, имеющем наполовину заполненную & -оболочку, т. е. имеет место перекрытие ¿¿-волновых функций и гибридизация с-1 -электронов компонентов, что характерно дая электронной структура систем в разупорядочегаюм состоянии;

" - разработан метод определения толщины оксидных слоев на • ультрздисперсных частицах по данным рентгеноэлектронной спектроскопии. Показано, что наблюдается уменьшение толщины оксидного стоя и его температурной стабильности с уменыаением размера частицы, если раз?лар частицы меньше 100 им. Изменение электронной структуры и типа химической связи для частиц с радиусом им связано с разупорядочением атогшрй структуры.

Основные-. научные положения, выносимые на защиту: .

1. Зависимость электронной структуры поверхностных слоев сплавов Ге-Сг и от содержания хрома и молибдена, связанная, с качественный изменением типа химической связи. Усиление мекатомного взаимодействия за счет.вовлечения в коватент-нуа связь' с[ -электронов железа и никеля при содержании хрома более 13 ат.|далибдеяа более Юат.% объясняет природу повыше-

■ нкя коррозионной стойкости ставов.

2. Зависимость.электронной структуры и толщины оксидных слоев в ультрацпсперсных порошках никеля от размера частицу, связанная с процессом разупорядочения.

3. Мётодаш исследования электронной структуры разупорядо-ченннх бинарных сплавов и ультрадисперсжсс частиц с применением1 щзиставок к" атедтронкому магнитному спектрометру с двойной фокусарозкоа.'

Научная! я практическая ценность. Расширена область применения метода ГЭС на исследование типа химической связи и ближнего окрззоягя атомов в бинарных сплавах на основе железа и шжеагаи ультрадпсперсшяс металлических средах.

Разработанные методики изучения электронной структуры и ззшчеойого состава повэрхкостннх слоев аморфных сплавов металл-металл и ультрадисперсшх частиц, а также полученные на основе проведенных исследований закономерности позволили использовать метод РЭС для решения ряда технологических задач: -

- результата исследования меяаазннх гран гад раздела износостойкое хромовое покрытие - стат. попользованы при выборе оптимальных способов и режимов нанесения покрытий;

- исследование состава и толщины оксидных слоев на порошках быстрорежущей стали PI8 использованы при отработке технологии производства и транспортировки порошков; -

- результаты исследования металлических уплотнителей позволили повысить степень герметичности разъемных соеданениГ: и обоснованно произвести изменение ГОСТов;

~ результаты исследования тонкопленочных структур использованы для отработки и усовершенствования технологий изготовления ряда изделий на я/о "Ижевский радиозавод", "Ижевский мотозавод", получен экономический эффект.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на:. ХП Всесоюзном совещании по рентгеновской и электронной спектроскопии (Львов, 1981), 1У Семинаре специалистов соц.стран по электронной спектроскопии (Москва, 1982), П Всесоюзном совещании "Оизика отказов'ЧСуздаль, 1984), I Всесоюзной конференции "Физические методы исследования и диагностики материалов и элементов вычислительной техники" (Шшннев, IS86), на'Республиканских кон? еретщ-ях молодых ученых и специалистов (Ижевск, 1983 и 1985), на I Всесоюзном семинаре "Низкотемпературное легирование полу-ироводников и многослойных структур микроэлектроники" (Устинов, 198?), IIXI Бсесойзнол конференции по эмиссионно"; элект-роннке (Ленинград,1991), Всесоюзном совещании "Ультрадисперсные и неупорядоченные системы. Свойства и структура"(Пермь, 1991), Всесоюзной -конференции "Проблемы исследования структуры шорйшх материалов" ("жевок, 1992).

Результаты исследований, соавтором которых являлась Ломае в& С.Ф., вошли в Отчеты M СССР "Важнейшие достижения в области естественных и общественных наук" за 1985-19СЬ гг.

Структура и объем диссертации. Диссертация состокт из вве Д8,-шя, четырех глав и обида выводов. Изложена па 159 страницах машинописного текста, содержит -13 рисунка, 6 таблиц и сш:сок литературы I6G наименован«:;.

СОДЕРШЖЕ РАБОТЫ

Во введении отмечается актуальность темы исследования, определяется цель работы, сформулирована задачи, решаемые в диссертации. Ввделены основные результаты, показана их новизна, научная я практическая ценность, приводятся основные защищаемые положения,

■ В первой главе кратко изложены физические принципы метода РХ я рассмотрены существующие типы спектрометров. Показано, что спектрометры с магнитными монохроматорами имеют ряд существенных преимуществ перед электростатическими. Обладая высокой точностью в измерении электронных спектров, постоянством светосилы и разрешения по всей энергетической области,они позволяют использовать в эксперименте практически любые технологические приспособления для дополнительного физико-химического и механического воздействия на образец, т.к. анализатор магнитного спектрометра конструктивно отделен от вакуумной камеры спектрометра. Электронные магнитные спектрометры коне- -трукции Ш! УрО, РАН по основным параметрам не уступают лучшим зарубежным спектрометрам (разрешение-1,0 эВ, светосила а по' оснащению т ехнологачесшжи прнставкаш значительно превосходят их. В Главе подробно рассмотрены приставки, созданию для очистки поверхности образцов от загрязнений и изучения мегфазных границ раздела - ионная пушка и приспособление для механического послойного снятия поверхностных слоев образца с скжощьв алмазной ленты.

Показано■преимущество механических методов очистки поверхности образцов в вакууме,-заключающееся в том, что они не из-, меняют, химические связи атомов в исследуемом слое, в отличие от широко распространенных способов очистки - кагрева я ионного травления;. .

'Приспособления, используемые л спектрометре, позволяют значительнораспирать круг задач, которые могут быть решены с использованием метода РЭС. Однако реализация многих возможностей наталкивается на трудности, связанные о конструктивные особенностями существующих магнитных спектрометров - отсутствие свободного'доступа к торовой камере. В работе продлогзна методика расчета анализатора электронного магнитного спектрометра в схеме с двумя парами электромагактных катушек со ст>о-

Йодной торовой камерой. ,

Зо второй глава дан обзор литературы ло исследованию электронной структуры бинарных сплавов на основе переходных металлов и рассмотрена возмонность использования метода РЭС дая исследования типа химической связи и ближнего окружения атомов в сплавах 3 d-мвталлов на основе изучения тонкой структуры спектров валентных полос, которая отражает, в основном распределение d-электронной плотности из-за малого сечения аото-ионпзации и низкой локализации S , р -электронов. Для нахозде-ния параметров рентгеноэлектрошшх спектров, наиболее чувствительных к изменению химической связи, а следовательно, и ближнего окружения атомов, было проведено исследование влияния энергии возбуждения на вероятность $отоионизации и ta^-co-стояний ci-электронов в меди, никеле, железе, хроме а сплавах на основе нелоза. Qq и Ьщ -состояния ci-электронов играют -различную роль в образовании химической связи - с^-составляю- . щая d-электронов ответственна sa образование габридизирован-ных связей с атоыаш ближайших соседей. Имеются теоретические предсказания зависимости вероятности фотоионизации вачентных d-электронов различной симметрии от энергии возбуждающего излучения [б].

В качестве возбуждающего излучения были использованы линии НеЕ,Мд(С^, Аб/Ся • TiK.^ . Па рис.1 приведены спект-

ры валентных полос никеля, полученные с различной энергией возбуждения, а также рассчитанные плотности состояний d-электронов и t2g симметрии [6^. Анализ формы спектров и положения основных максимумов показал, что с увелячениел! энергии возбуждения возрастает вероятность (Тотоионизацин е^ -составляющих d-электронов, ответственных за формирование гиб-ридизированных связей атомов с ближайшими соседями, поэтому для исследования ближнего окружения атомов по спектрам ваден-тных полос необходимо использовать излучение с более высокой энергией, при которой за счет увеличения вероятности возбуждения е,-составляющей d-электронов изменения, происходящие в химической связ!.', проягляатся в спектра}: более отчетливо."

Изучение спектров валентных полос ряда d-металлов показа- ' ло, что изменения ь Jopue спектров увеличиваются от Fe к Си- . Для хрома зависимости форкц спектра от энергии возбуждения не наблюдается, что является доказательством того, что ь d-обо-

ломке хрома отсутствует -Ц^-составляющая и заполнение сб-обо-лочкп у металлов до хрома происходит за счет е^-состоянии, а после хрома - за счет -состояний.

Изучение факторов, контролирующих склонность металлических систем к амортизации, является одной из ва&нейших задач в физике аморфного.состояния. В работе проведено изучение влияния содержания второго компонента в бинарных сплавах Ре - Сг и А/о-гМо на измените, химической связи атомов, т.к. для этих сплавов при. определенной концентрации хрома и молибдена наб-лвдается резкое улучсэшю защитных свойств.

Исследование бинарных сплавов переходных-металлов с достраивающейся или заполненной с1-оболочкой проведено достаточно полно [б]. Оно показало, что дая них характерно .преобладание металлического типа связи - в этих сплавах имеет место сильная пространственная локализация с1-электронов в окрестности данного атома, и валентная полоса имеет двухполосовую структуру. : . ' '

Исследование сплавов переходных металлов с наполовину или менее заполненной с(.-оболо"чкой ослокнялось те.ч, что эти сплавы легко окисляются и необходимы эффективные метода очистки поверхности образцов в вакууме. Использование разработанных приставок длямехаянчоской чистки поверхности образцов позволило решить, эту задачу.

: Исследовались сплавн Ге -Сг^(х= 5, 10, 14, 30 ат.$) и //¿-Мох(х З.в, 6, 13.8, 25 аг./О по спектрам валентных полос. На рис ¿2 приведены спектры сплавов Те-Сг, а также железа и х|Н>ма. Валентная полоса сплавов Ге-Сг образована перекрытием и гибридизацией волновых функций ЗсИгр-электротв железа иЯхрома, причем рентгеноэлектронные спектры валентных полос сплавов отрагажгт в основном распределение ¿-электронной плотности железа из-за большего его содерканце в сплаве и'более высокой плотности <1-состояний. В спектрах сплавов с содержание!.? хрома до 14% сохраняются особенности,свойственные структуре &-полссы железа, т.е. в этих сплавах сохраняется локализация ¿--состояний яелеза, что указывает на преобладание11 металлического типа химической связи. Связь Ре-О осуществляется гибридизацией 4 5 -электронов келеза и 3с14ф-эле- , ктронов хрома.

Форма спектров в сплавах с содержанаем хрома более 14$ из- .

' меняется, в ней появляются особенности, характерные дая валентной полосы хрома, отражающей распределение 3(¿-электронной плотности хрома. Это указывает на сильное перекрытие и смете- . иле й. -электронной плотности атомов железа и хрома, гибридизацию ¿--электронов в сплаве, что характеризует появление ковалснтной связи [7]. В связь вовлекаются 3 сС-электроны железа, т.е. происходит качественное изменение типа*химической связи - увеличение доли ковалентной составляющей, а следовательно, и ближнего окружения атомов. В ближнем окруяевии атомов железа -находятся только атомы хрома, что характерно для разупорядочепного состояния. Аналогичные э©?.екти наблюдались -для систем /VI- Мо с содержанием Мо более 105?.

Таким образом, когда наблюдается сильное пространственное ' перекрытие ' А, -волновых функций электронов и имеет место значительная гибридизация с£-состояний, распределение электрон-' ной плотности в сплаве подобно ее распределению в компоненте, имеющем наполовину или менее заполненную ¿-оболочку. При достиаешя! определенной концентрации легирующего компонента в поверхностных слоях бинарных сплавов наблюдаются изменения типа химической связи и ближнего окрукеншх атомов, характерные для разуяорядоченного состояния. Тот факт., что именно присутствие атомов хрома способствует увеличению доли ковалентной связи между компонентами сплава, находит свое подтверждение в увеличении электрического' сопротивления сплавов при введении в железо атомов хрома [8]. Изменение химической связи приводит к резкому улучшению ряда характеристик иссле- . дуемых сшсавов и, в первую очередь,коррозионной стойкости.

В третьей главе дан обзор литературы по исследованию структурных изменений в ультрадисперсных частицах и приведены результаты исследования влияния размеров чаотиц на электронную структуру, а также толщину и стабильность оксидных слоев. Для изучения структуры и свойств ультрадисперсных сред разработаны и применяются различные•современные физические методы. Но в то же время еще недостаточно изучены свойства поверхности ультрадиеперсных порошков и их электронная структура. Среди методов контроля .свойств поверхности таких, как толщина и состав окисных пленок на ультрадисперсных частицах, метод РЭЗ является одним из наиболее надежным, т. к.

позволяет провести качественный и количественный анализ, определить степень окисления элементов в тонком поверхностном слое порядка нескольких параметров решетки, исследовать электронную структуру. ' •

Предложена методика определения толщины окисных слоев на ультрадисперсных порошках металлов по отношению штенсивнос-тей рентгеноэлектронных линий от окисленного и неокисленного металла с учетом геометрии облучения и реальных процессов затухания потока электронов при вылете из образца.

Принимая во внимание случайный характер размещения частиц порошка в верхней слое процесс фотоэлектронной эмиссии анализировался только для одной частицы порошка (рис.3). Предполагалось, что частица имеет сферическую форму и слой окисла постоянной толщины V. что интенсивность рентгеновского, излучения в пределах слоя, из которого электроны могут выйти"без рассеяния, одинакова. В рамках указанных предположений искомая зависимость имеет вид

Где И„ =\ - г, = (И*-?2/2- аг- Ъ)г-?г)11г (2)

К* (3)

2,-2 = (Я,- 2- • (см.рис.3) (4)

12, Г1 - интенсивности рентгеноэлектронных линий металла и,

окисла соответственно; Д^, - длина свободного пробега электронов в металле и окислв; , Л/х -число атомов металла в единице объема металла и окисла. Уравнение (I) было решено численно с использованием ЭЕЯ. На рис.4 приведены результаты, полученные для порошков никеля разного размера, поверхность которых покрыта пленкой окисла №¿0 . Зная размер частицы п определяв из рентаеноэлектронно-го спектра интенсивность линии окисла, с помощью полученных кривых легко определить толщину окпсного слоя. Если размеры частиц менее 100 ш, то для каждой фракции имеется своя определенна.^ зависимость пятексзвкоста линии окисла от толщины

окисной 'пленки, но если размер частицы превышает 100 нм; то связь мезду- толщиной окисной пленки и интенсивностью линии окисла перестает зависеть от размера частицы. Эта предельная кривая характеризует массивный образец.

В работе были исследованы состав и температурная стабильность окислов на порошках никеля с различным размером частиц. На рис.5 приведены спектры внутренних уровней bliZp и 01 S для порошков с размером частиц И ¿ 3,'5 нм и Я ~ 160 нм.Для частиц с меньшим радиусом восстановление металла из окисла происходит при более низкой температуре. Чтобы выяснить,причину нестабильности оксидных слоев на частицах с /2-S 3,5'ш с использованием описанной выше методики, была определена толщина оксидных слоев. На частицах R < 3,5 нм толщина оксидной пленки 1ьй - 1,3 ни, на частицах с Я «160 нм - Kz= --2,3 км. Точность метода определяется точностью измерения интенсивности рентгеноэдектронной линии ~(10-15)£. Таким образом, с уменьшением размера частицы наблюдается уменьшение, толщины и температурной стабильности оксидных слоев. Для выяснения причины этого явления было проведено исследование электронноП структуры в зависимости от размера частицы. Были получены спектры валентных полос массивного образца,порошков с размера!,га частиц R. $ 3,5 ил и R с- 160 нм и расплава массивного образца (рис.6). Сравнение спектров показывает., что валентные полосы мелкого порошка и расплава идентичны: они более узкие и имеют четкую тонкую структуру. Это говорит о том, что структура ближнего порядка в ультрадксперсшх частицах подобна структуре расплава. По-видимому, это связано с тем, что процессы реконструкции и релаксации поверхности в ультрадисперсной-частице захватывают весь объем и это приводит к разупорядочению и сближению атомов. Уменьшение параметра решетки в улътрадасперсшх частицах никеля .наблюдалось методами неытроно- ц рентгеаоструктурного анализа [з]. Величину этого смещения иоано оценить,считая, что счлы поверхностного натяжения десГормирупт частицу с давлением

Р "6/R. (5)

где б" - коэффициент поверхностного иатякения, R -радиус частицы. Величина б начинает зависеть от радиуса частицы переходного металла, если R ^ 100 нм. Однако его величина .

изменяется не более, чем в 1,5-2 раза [ю] к в приводи/их оценках этой зависимостью-мозно пренебречь.

Уметаете параметра решетки под действием давления составляет

л а,/а ~ Ь'б~/Я (3)

где 2Г - сжимаемость. Для им, ¿а/а ~1,2']1Г3, а для

А ~ 100 нм аа/а.~1,2-Т£Г5. Из этчх оценок зудао, что для & ~ 1 им в частице возмокны значительна деСормацгп:, которые могут приводить к сблинешно атомов л перекрытию 3<з£-элок-тронных оболочек, в результате чего могут образоваться комплексы с ковалснтной связью и произойти амортизация чаот:зщ.

Изучение ачорсТ.ипацив мастеров никеля на основе комггыотер-ного моделирования методом молекулярной даиамлкп такзэ показало, что если размер частицы пордлда I ни, частпщ являются аморфными.

' Таким образом, проведенные исследования электронной структуры и химической связи в пависсмо.см! от концентрации легирующего элемента в сплаве и размера частиц позволили выявить следующие закономерности: дая процесса разунорядочения характерна гибридизация & -волновых функций электронов соседних атомов, в результате которой образуются комплексы с прочной когатент-ной связью. Гибридизация сб-электронов в система:: мо;ке? бкть достигнута: подбором концентрации легирующего элемента, имеющего наполовину заполненную ¿¿-оболочку, что обусловливает, во-первых, ее пространственную протегссенность и, Ео-зморнх.воз-иоаность нахождения в бх-имэм окружении разноименных атомов; уменьшением размера частиц до величины, прч которой процессы реконструкции и релаксации поверхности захватывают весь об'ье, частицы, что приводит к сблинешпэ атомов, иерекрцтщо ¿¿-волновых функций ц образованию комплексов с ковалектной связью.

В четвертой главе приведены результаты использования разра-боташдк приставок, методик и полученных закономерностей' для решения ряда технологических задач. Проведено исследование состава хромовых покрытий я грашщч раздела покрытие-основа в зависимое™ от технологгш получения износостойких покрытий. Показано преимущество методов нанесения покрытий в вакууме термическим и плазмо-нонным напылением, при которых атомы ис-ларяемого металла проннкгют в по,¡ройку, обеспечивая исокую

■прочность сцепления с основой.

Проведены исследования рада изделий электронной промышленности. Определен технологические условия, необходимые для повышения качества изготовления деталей, получен экономический эхь,ент. ,

Псследозанц поверхности металлических высоковакуумных уплотнителей п разъемных соединений изделий машпостроенЕЯ. Проведенные исследования состава и толщины оксадных слоев, процессов адсорбции и диффузии обеспечили повышение степени герметичности и позволили обоснованно произвести изменение ГОСТов.

Основные результаты и выводы.

1. Наедены параметра рентгеноэлектронных спектров, наиболее чувствительных к изменению химической связи и ближнего окружения, что позволяет использовать метод РЭС для исследования электронной структуры и ближнего окружения в тонких поверхностных слоях сплавов на основе cL -металлов.

2. Изучение электронной структуры поверхностных слоев бпнаршх сплавов Fe - Сг и М - МО с различной концентрацией второго компонента показало, что в случае, когда наблюдается пространственное перекрытие с£-волновых функций электронов и имеет место значительная габрвдизация c¿-состояний, распределение электронной плотности нелеза в сплаве с определенной концентрацией второго компонента подобно ее распределению в элеме:: св, имеющем наполовину заполненную d -оболочку, что связано с появлением коваленТной связи, характеризующей аморфное состояние.

3. Разработан метсд определения толщины оксидных слоев на ультрадосперсшх частицах до данным рентгеноэлектронной спектроскопии. Показано, что наблюдается уменьшение толщины оксидного слоя и его температурной стабильности с уменьшением размера частиц, если частица меньрю 100 нм.

4. Показано, что изменение электронной структуры и типа химической связи при переходе к частицам с радиусом " связано с разулорядочением атомной структуры, - ,

5. Разработав! г.® годики элективной очистки поверхности

образцов в вакуума и исследования мегфазных границ раздела тон-копленочннх покрытий и систем покрытие-подложка с использованием приставок и приспособлений для электронного магнитного спектрометра с двойной фокусировкой. В схеме с двумя парами элект-, ромагштных катушек найдена конструкция электронного магнитного спектрометра со свободной торовой камерой, использование которого позволит значительно расширить возможности метода рентгено-электронной спектроскопии.

6. На основе разработанных методик и закономерностей, получениих в результате проведенных в работе исследований проведены отработка и усовершенствование технологических процессов изготовления ряда изделий машиностроения и электронной промышленности.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

1. Кулябяна O.A., Ломаева С.Ф., Шабанова И.Н., Трапезников В.А., Митрохин Ю.С., Гайворонский А.Т. Исследование состава и глубины окисленных сдоев порошков вольфрама с различным размером. частиц//Порошговая металлургия, 1982. й 5. C.I2-IS.

2. Шабанова H.H., Ломаева С.Ф., Кулябина O.A., Ерапш-В.Г.

- Применение метода реятгеноэлектрояной спектр о скошш дал '.ссле-довашш явлений на поверхности твердых тел//Заводская лао'ора-/!тория, 1983. В 9. С.28-31,

3. Ломаева С.-5., Баягашн В.Л., Сабуров А.К. .Шабанова И.Н.,' Трапезников В.А., Баранцев В.Я. Исследование хромовых покрытий методом рентгене электронной спектроскопии// Изв. All СССР. Серия физич., 1986. Т.50, Я 9. C.I7I2-I7IS.

4. Лоцаова Шабанова И.Н., Добышева Л.В. Исследование влияния энергии возбуздегия электронов на форму рентгеноэлект-роннше-cneaipoB валентных полос Зс1-металлов//В кн.'Тадиацион-но-стамулярованныв явления в твердых телах". Свердловск: УШ, 1991. С.51-54.

5. Ломаева С.Ф., Шабацова И.Н. Исследование, электронной структуры бинарных сплавов Fe -Cr //Тез. док. I Российской унизерситетско-академической научпэ-пракгпческой конференции. Ижевск, 1993. С.98.

6. Ломаева О. Ф., 1Яудегов D.E., Шабанова И.Н. Изучение амортизации кластеров никеля на основа рентгеноэлектронной сс^ктро- » скота:- и компьютерного модэлирования//Там же. - С.91.

7. Васильев JI.С,, Ломаева С.Ф. Обратные задачи магнитостатики и проблемы разработки и создания электронных магнитных спектрометров с двойной фокусировкой// АН СССР. УрО. тз.-тех. ин-т, Иаевск, 1989. - 16 с.Деп. в ВИНИТИ 29.0S.89. И 4645. -

' 8. Ломаева O.S., Новокшонова А.Н., Шабанова 1Ы1. Изучение структуры к химического строения поверхности порошка быстро-рекуцей стали Р18/ В кн."Ультрадисперсные и неупорядоченные системы. Свойства и структура." Пермь, 1991. С.33-34.

9. Пишкова О.В., Ломаева С.Ф., Шабанова И.Н. Влияние процессов давления и спекания на поверхность ультрадисперсных порошков/ Тез. докл. 17 Всесоюзной конф. "Проблемы исследования структуры аморфных материалов". Иаевск, 1992. С.33.

10. Блинов П.А., Верескунов A.S., Ломаева С.Ф., Шабанова И.Н., Брагин В.Г. Адгезия тонких металлических- пленок^титана к полпимидной подлокке// апектронная техника.Серия 10. • Микроэлектронные устройства, 1983. - Вып.3(39). С.36-37.

РисЛ. Расчеты распределения плотности электронов вд (I), ■Ьщ (2) симметрии никеля [б], фотоэлектронные спектры валентных полос никеля, полученные с возбуждением НеИ(З), Му/С^ (4), (5), (6), Гг /^(7).

и сплавов Fe - Cr .

Рис.3. Сечение одной частицц порошка. Окисленная область отмечена штриховкой.

& 80 Гок(%)

Рис.4. Зависимость интенсивности рентгеноэлектронной линии окисла (/дс) от толщины окисного слоя (Л-) для частиц разного радиуса: I - 2 нм, 2 - 3,5 нм, 3 - 10 нм, 4 - 50 нм, 5 - ICO шл, 6 -R > 500 нм.

Рис.5.Рентгвноэлектронкые спектры, полученные при различных температурах с позёрхности частид Я £ 3,5 нм (а) и 160 нм (б).

Рис.5. Спектры валентных полос; ' £ массивны!; образец никеля, 2 - частицы Й - 160 ни, 3 - частицы К- ^ 3,5 ш.т, 4 - расплав массивного образца.

Цитируемая литература .'.....'..■.

1. К.Судзуки, X. фудзимори, К.Хесимото, Аморфные МеиШШ, Ы.: Металлургия, 1937, - 328 с. : . ..

2. В.В.Немошкаленко, А.В.Ромайова, :Л.Г. Ишпкжий; я."др. Аморфные металлические сплавы. linos: Наукова .пупка, IS87. 248 с. ' • ,7'V' .

3. ДеглбовскиД С.А., Чечоткина 2.А. Стеадообразовшгае.-,!.: Наука, 1930. 277 о. ' ' :

4. Трапезников В.Л., Шабанова П.П. Рентгеноэлектронная спектроскопия сверхтонких поверхностных слоев кокдепсировал-ных систем.- М.: Наука, ГС8С. 200 с. . 0

5. ¡Кучеренко Ю.П. Рентгеноэлектронная и Ойе-сиектроскопия как методы изучена локальных парциальных электрошшх состояний в кристаллах. Автор, дао. д.ф.-м.н.- Киев,; I98S.- 46 с.

6.. Немошкаленко В.В., Алеши В.Г. Электронная спектроскопия кристаллов. - Каев:Наукова думка, 1976. - 335 с. .

7. Шабанова И.Н. Особенности хшлическо« сачзи элементов в поверхностных слоях аморфных сплавов ita основе келезо// Изв. All СССР. Серия рзич., 1085.?i.4Sj.0.1541-1544.V

8. Гельд П.Б., Баугл Б.Л., ПэтрушевскиЯ !.!.И. Расплавы ферросплавного производства. -М,: Металлургая, 1973. - I0C е.. -

. 9.. Петрунлн В.Ф. Об показаниях атоыно^ структур« в ультрадисперсных средах// В кн. "Свойотва йачше частиц н остров-ковых металлических пленок, Каев:.Наукова думка, 1985. - г С. 4-5. . . "Л'^--'^--5.^1;fl'V/;" "

10. Самсонов В. И., Щербаков, Л.Н. Применение метода псевдопотенциала к расчету избытоадоЙ'шрШ^мЩх' ■ ких капель//В кн. Теория кядкпг u аморфных ма-аллов. Ч. I. Свердаовск: УНЦ АН СССР, 1983, - С.290-292. , ' : ■ .