Фазообразование и электронные свойства быстозатвердевших сплавов в поверхностном слое после лазерного импульсного воздействия тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

РГ8 ОД

^ Л и,..'.,)

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ МЕТАЛЛ 04И315КИ

На правах рукописи

НШЕНКО МИХАИЛ МАРКОВИЧ

ФАЗООЕРАЗОВАШШ И ЕЛЕКТРОНЙ® СВОЙСТВА ШСГРОЗАТВЕРДШШК С1ШАВОБ В ПОВЕРХИОСтШ СЛОЕ ПОСЛЕ ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Киев — 1993

Рабою выполнена в Институте металлофизики АН Угранин

Диссертация является рукописью

Сфтциальше оппоненты: доктор ^нзико-магематичеоких наук,

профессор М.А. Васильев (Институт металлофизики АН Украины, г. Клев),

доктор З'иэико-математичэсгих наук, профессор Г.Г. Боидароняо (Институт електронкого машиностроения,

г. Москва),

доктор физико-математических паук, "профессор Л.И, Хияняк (Институт

фиэикя АН Украина, г. Киев).

Ведущая организация: Институт металлургии ют.-Л.Л. Байковэ РАН, г. Москва.

в 14 часов на заседании Специализированного совета Д.016.37.01 при Институте металлофизики АН Украины (252660, Киев, пр. Вернадского, 36, конференц-зал Института мотеллофиаяия АН Украины).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института металлофизики АН Укшины.

Запита диссертации состоится

Ученый секретарь Специализированного совета Д.016.37.01 кандидат физико-математических наук

/

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена развитии представлений о кинетика и механизмах формирования метастабилышх кристаллических я аморфных фаз на поверхности при лазерном облучении я влияют быстрого охлаждения на электронные свойства сплавов.

Актуальподть теми. Для развития микро- и оптоэлектроники, разработки мать^шяов для записи информация а создания прогрессивных лазерных технологий получения аморфных и сверхпроводящих поверхностных слоев необходимо понимание процессов, происходящих в гонком поверхностном слое мш) материала при проплав-лении лазерным излучение!.!. Отличительная особенность неглубокого противления состоит в том, что скорость движения фронта затвердевания достигает больших значений, сопоставимых оо скоростью диффузии атомов в расплаве. Это приводит к усилению кинетических аспектов ("захват"' примесных атомов или компонентов сплава, подавление процессов сегрегации, бездийузионное затвердевание и т.п.). В результате в тонком поверхностном слое формируется гетерогенная неравновесная структура, состоящая из равновесных, мета стабильных кристаллических либо аморфных Фаз, содержащих дислокации и высокую концентрацию дефектов атомного размера, влияющих на электронную структуру и свойства материала. Представляется, что свойства поверхностного слоя определяются не только составом жидкой ¿¡азы, но и кинетикой затвердевания, причем последняя должна зависеть от величины и характера межатомной связи образующихся фаз, а следовательно и от их электронного строения.

Для управления этим процессом и прогнозирования своАств об-. лученного материала необходимо изучить закономерности распределения (Таз по глубине при быстром направленном затвердевании, природу и поведение структурных дефектов в мета стабильных ¡{азах, динамику атомов, межатомное взаимодействие и электронные свойства затвердевшего слоя, разработать модель процессов фаэообразованая при лазерном илавлении и легировании. Изучение физических процессов, происходящих в поверхностном слое при быстром направленном затвердевании позволит смодулировать принципы согласования свойств поверхности и объема, необходимых для снижения термических напряжена» в затвердевших слоях, повышения устойчивости метастабилышх кристаллических с[аз и создания благоприятных условий для получе-

1-ааказ 653

ния новых неравновесных tf-аз на поверхности с более высокими характеристиками. Ири быстром затвердевании сплавов 5азовне. грани- . да на диаграмме состояли", могут сдвигаться , поэтому является ва-янкм изучение влияния лазерного облучения на температуру сверхпроводящего перехода тех соединений, у которых стехломотрический состав А3В лежит за пределами области гомогенности ^аз со структурой AI5 (ЫЬ 3.8е, Nb 3Sl).

Высокая концентрация структурных дефектов, образующихся в поверхностном слое при бистром затвердевании после лазерного плавления долтаа существенно влиять на межатомное взаимодействие, динамику атомов , электрические и магнитные свойства образовавшихся кристаллических фаз. Важнуи роль в изменении свойств аморфных сплавов играет дефекты типа вакансия , концентрация которых достигает 1-10 % . Внсокая чувствительность позитронов р. такого рода дефектам позволяет изучать их природу и поведение с помощью электрошю-позитроккой аннигиляции. В этом случае модно будет определить роль вакаисионнолодобних де(1ектов в процессах структурной релаксации, деградации свойств и найти условия, необходимые для стабилизация характеристик аморфных сплавов и повышения ■их коррозионной стойкости.

Важным является изучение 'взаимодействия быстрозатвердевшего поверхностного слоя с водородом, выяснение отличий свойств и со-, стояния гидридов на поверхности и в объеме материала, что позволит получить данные о локальных внутренних давлениях, их влиянии на свойства материала и расширить наши представления о механизмах разрушения гетерогенных сплавов в водородосодержащкх средах.

Спецификой воздействия мощных лазерных импульсов ианосекунд-ного диапазона на материал является генерирование ударных в^лн, которые приводят к образованию дефектов и их миграции. Остаются неясными при этом поведение примесных атомов, возможность образования соединений за пределами зоны термического влияния и Фазовых превращений.

Происходящие при лазерном плавлении сложные процессы требуют обощенного подхода и построения модели процессов Газообразования при направленном затвердевании. Это необходимо для прогнозирования свойств поверхности после лазерного плавления или легирования, в также для выбора режимов и условий лазерной, обработки, обеспечивающих получение материала в нужном состоянии (ста-

дтыюы , ыетастабильном кристаллэтеском либо вморфном), лучше понять физические процессы, происходящие в материале при формировании соединений на поверхности, дать объяснение ряду вкспери-ментальшх фактов.

Из вышеизложенного следует, что развитие физических представлений о неравновесных процессах газообразования в металлических сплавах ари лазерном воздействии и изучение влияния быстрого затвердевания на электронные свойства является.актуальным.

Цель работа состояла в исследовании кинетики и механизмов Газообразования в металлических сплавах при лазерном воздействии и влияния быстрого затвердевания на электронные свойства, динамику атомов и образование дефектов структуры затвердевшего поверхностного слоя.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

-разделить вклад различных риторов (тепловой, ударная волна, фотовозбувдешга), сопровождающих процесс лазерного воздействия и изучить влияние каждого из них на перераспределение атомов и образование соединении вблизи контакта двух металлов;

-изучить закономерности распределения фяз но глубине затвердевания, особенности межатомного взаимодействия в вдтастабильных кристаллических и аморфных сплавах;

-изучить влияние быстрого направленного затвердевания после лазерного воздействия на магнитное сверхтонкое взаимодействие, сверхпроводящие свойства, температуру Дебая, среднеквадратичное смещение атомов, поведение вакансионнонодобних дефектов в аморфных сплавах и разработать модель процессов Газообразования при лазерном плавлении и легировании.

Основными Методами исследования в работе служили ядерная гаш«а-резанансная спектроскопия, конверсионная электронная месс-баузровская спектроскопия- (КЗМС), злектронно-позитронная аннигиляция (ЗПА) и электросопротивление.

Научная новизна работы состоит в обнаружении ряда не известных ранее эффектов и выявлении новых закономерностей. Предложены шше подходи и методы зондирования тонких поверхностных слоев, сформированных при лазерном воздействии.

' Основные принципиально новые научные результаты состоят в следующем:

1. Обнаружено влияние лазерного воздействия на температуру сверхпроводящего перехода металлических сплавов и показана возможность применения лазерного иалучения для получения сверхпроводников с высокими критическими параметрами.

2. Обнаружено за пределами зону нагрева влияние ударных волн, генерируемых в металлах при лазерном воздействии, на перенос прпмесиыя атомов 57£е в ОВД металлах, образование железосодержащих интерметаллических соединений и фазовые превращения в не- ' . ржавеющей стали Х18Н10Т-ВД.

3. Показано, что для быстрозакаленного сплава ИЬ-Ре после лазерного плавления, по сравнению с отожженным состоянием, расширяется область гомогенности соединения ЗЯЪРед, уменьшается Эффективная температура Дебая от 550 до 370 К, увеличивается среднеквадратичное смещение атомов Ре от 0,009 до 0,013 нм, свидетельствующие о "смягчении" фоновного спектра и уменьшении межг атомного взаимодействия.

4. В метостабилышх кристаллических и аморфных фазах, образующихся при быстром затвердевании после лазерного плавления- железосодержащих систем 2г - Р® и Ю - £е плотность й - электронов на ядре меньше, чем для стабильных фаз того же состава в результате-уменьшения межатомного взаимодействия из-за появления дефектов типа вакансий и изменения ближайшего атомного окружения,

5. Установлено, что структурная релаксация в аморфных сплавах железа о металлоидами при нагреве сопровождается отжигом ва-квнсионноподобных дефектов, нарушающих блилний порядок в окрестности атомов Ре,и приводит к повышению коррозионной стойкости аморфного сплава на 1-2 порядка.

6. Характер зависимости изомерного сдвига в железосодержащих соединениях от концентрации водорода определяется морфологией гидридной фазы: при формировании ее в виде слоя на поверхности металла изомерный сдвиг возрастает, а при образовании в объе- ■ ме металла, наоборот, уменьшается по сравнении о изомерным сдвигом для соединения без водорода; последнее обусловлено возникновением в локальных местах нахождения частиц внутренних давлений, достигающих величин ~109 Ба и приводящих к хрупкому разрушении материала. . .

7. Разработана физическая модель процессов (газообразования

в поверхностном слое сплавов при лазерном плавлении и легировании,

основанная на конкуренции скоростей перемещения фронта затвердевания и диффузии прпнесннх атомов (или компонентов сплава) в жидкости, зависимости распределения ([аз по глубине от межатомного взаимодействия в них и температуры плавления.

В диссертации развиты физические представления о неравновесных процессах Газообразования в металлических сплавах при лазерном воздействии и определена электроннив свойства быстро-затвардевшшс слоев. Решена научная проблема,■ связанная с определением специфики процесын фазообразовашгя при лазерном воз-' действии , их механизмов и связи с межатомным взаимодействием.

Практическая значимость работа. Разработана новые подходи и методы исследования материалов в тонких (^ 0,001-1 мкм) поверхностных слоях после лазерного воздействия, основанные на применении стабилг.них мессбауэровскпх изотопов а),

позволяющие изучать строение, разовый состав и электронные свойстза интвр.ю'галлическид $аз на поверхности.

Показана возможность и перспективность пршененпя лазерного излучения для получения сверхпроводящих сплавов о выасшш критическими параметрами, о$орлулироЕвни принципы и определены пути их повышения. Зги результаты пакли широкое применение в стране и за рубахам.

Построена диаграмма состояний для затвердевшего поело лазерного плавлении легированного кремния в координатах: скорость затвердевания - длительность лазерного воздействия , позволяющая выбрать режимы и условия лазерного облучения, необходтша для получения материала в нужном состояния (стабильном, мата-ствбильном кристаллическом либо аморЗном).

Обоснована .возможность соприкения коэффициента термического расширения материала поверхности и объема при Зормироватш гетерогенных поверхностных слоев в результате быстрого направленного затвердевания После лазерного плавленая, необходимого для повышения стабильности и стойкости к разруиегши образовавшихся на поверхности метаотабилънкх ?аз. Экспериментально подтверждено, что полученные при лазерном плавлении или легировании интеркбталличесиив соединения в поверхностном слое толщиной мкм характеризуются, как щйвшто, хорошей адгезией, высокой прочностью и являются более стойкими к хрупкому разрушению по сравнению с массивными материалами.

2-эшикЗ 055

Обнаруженные закономерности отжига ваканоионноподобннх дефектов в аморфных сплавах позволяют определить режимы термообработок, при которых происходит стабилизация свойств и повышение коррозионной стойкости материала.

Полученные данные о возникновении больших (-^ГО9 Па) ло-квлышх внутренних давлений в гетерогенном сплаве при гидрировании важна для понимания механизмов разрушения и определония путе" повышения стойкости материала!) при эксплуатации их в во-дородосодаржзщта средах.

Разработанная модель процессов Газообразования при направленном затвердевании после лазерного плавления позволяет определять области рег.пмоя облучения, наиболее благоприятные для сморфизацшг или эплтаксиальной кристаллизации, формирования гетерогенных поверхностных слоев, стойких к термическим и структурном напряжениям.

Полученные в работе научные результаты открнгают путь для синтйэа новых материалов на поверхности, ярлгсэтся физической основе;! создания лазерных технологических процессов, дают возможность прогнозировать свойства поверхностного слоя материала, а также выбирать условия и режимы лазерного облучения для получения материала в нужном состоянии: стабильном , мотастабиль-нои кристаллическом либо аморфном.

ОСВДДОВ НАУЧВНЕ ШШШДО, ШОСИШЕ НА СМИТУ:

1. В железосодержащих метастабилышх кристаллических и «мореных Фазах, образуй,иихся при быстром направленном затвердевании поме лазерного плавления или легирования, плотность

Э - электронов на ядре 57Ре уменьшается (по сравнению со значением для стабильно'! фазы того же состава) в результате появления дефектов тина вакансий, изменений ближайшего атомного окружения и уменьшения межатомной? взаимодействия.

2. Кинотика формирования фай в тонком поверхностнее слое при быстром направленном затвердевании после лазерного плавления определяется межатомнкм взаимодействием: на максимальной глубина образуются стабильные фазы с наибольшей межатомной связью, о завершается процесс формирэванкем на поверхности наиболее легкоплавки кристаллических либо аморфных фаз с меньшей величиной межатомного взаимодействия.

- ? -

3. Лазерное плавление двух (или многокомпонентных) систем приводит к формированию в поверхностном мое интериеталлических соединений с более высокой температурой сверхпроводящего перехода, величина которой определяется процессами упорядочения (при квазиравновесной кристаллизации) либо сдвигом фазовых границ в сторону стехпометрического состава АдВ в области эвтектики (при неравновесном затвердевания).

4. В аморфных сплавах железа с металлоидами дефекты вакан-сийнного типа нарушают ближний порядок в окрестности атомов железа, а их отжиг предшествует начальной стадии кристаллизации,и приводит к повышению пассивнруемостл и коррозионной стойкости аморфного сплава на 1-2 порядка.

ЛичшпЧ вклад автора. В диссертации обобщены результата исследований, выполненных непосредственно автором, под его руководством или с участием ряда сотрудников. В последнем случае автором производилась постановка работы, формулировались пели, : задачи и делались вывода. Материал, включении!! в диссертацию не содержит идей пли разработок, принадлежащих соавторам, вместе с которыми были написаны научные работы.

Непосредственно автором .выполнены экспериментальные исследования с применением методов ЯГР, КЗМИ, элзктросопрот11вления, проведены облучение объектов, низкотемпературные измерения, а также расчеты температурных полей и математическая обработка спектров, осуществлена днтерпрзташя получешшх результатов, предложены новые подход!; и методы зондирования топких поверхностных слоев, принципы построения диаграммы состоянии затвердевшего слоя, концепция формирования гетерогенной многослойной структуры с плавным изменение» своНств от обтома к поверхности и разработана физическая модель процессов Газообразования при лазерном воздействии.

Аыробашш работы. Основные результаты работы дшиаднвалиоь и обсуждались на:

1. I и П Международных симпозиумах по электронной структуре и ' свойствам переходных металлов, их сплавов и инторметалли-

■ческих соединений. Киев, 1.972, 1977 г.

2. XIX и XX Всесоюзных совещаниях по физике низких температур.

Минск, 1076 г., Москва, 1Ь79 г.

3. Цеждукароднон конференции по иессбауэровской спектроскопии.

Бухарест, 1У77 г.

4. Международной конференции по физике низких температур. Гренобль, 1970 г;

5. Ш Всесоюзном совещании "Сплавы редких металлов с особыми физическими свойствами". Москва, 1977 г.

6. Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений. Харьков, 1979 г.

7. Международной конференции по применению эффекта Мессбауэра. Ллгга-Лта, 1963 г.

8. П Всесоюзной научно-технической конференции " Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации". Ленинград, 1904 г.

9. 1У Всесоюзном семинаре "Водород в металлах". Москва, 1984 г.

10. ¡¡аучно-техиической конференции "Скоростные процессы при тепловом и механическом воздействии ив металлические материалы". Минск, 1904 г.

11. X Всосоизной конференции "Поверхностные свойства расплавов и твердых тел на различных границах раздела и применение в материаловедении''. Цосква-Киржач, 1986 г.

12. Международной конференции "Физика переходных металлов". Киев, 1988 г.

13. Ш Всесоюзной конференции "Проблемы исследования структуры аморфных металлических сплавов". Москва, 1968 г.

14. Республикаиском семинаре " Иозитронная аннигиляция в твердых телах". Киев, 1989 г.

15. Ш Всесоюзном совещании "Еизикохямия аморфных металлических сплавов ". Москва, 1989 г.

16. Республиканском научно-практическом семинаре " Лучевая обработка композиционных материалов в технике". Тернополь, 1990г.

17. 1У Всесоюзной конференции "Применение лазеров в технологии, системах передачи и обработки информации". Киев, 1991 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 65 рМог, основное ее содержание отражено в 38 работах, список которых приведен в конце автореферате, принципиальные новшества защищены 2 авторскими свидетельствами.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и выводов, содеряит 332 страницы машинописного текста, включая 79 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 249 наименований.

КРАТКОЕ СОДЬМАШ РАБОТи

Во введении обоснован выбор направления исследования, показана актуальность теми, сформулированы цель, научные задачи, отражена научная новизна, приведены основные положсмнд, внносимяе на защиту, обоснована метода и выбор объектов исследований.

Парная глава посвящена экспериментальному изучении механизмов влияния лазерного излучения на процессы де^ектообразог-ания, миграции атомов и образования соединен«;! в поверхностно;.] слое с пламенном или без плавления'материала.

Получена расчетная формула для экспрессного определения глубины противления в широком интервале длительностей лазерного импульса Е - Е

Х„„ -

'Jrm

ил "йТе"""

лазерного импульса, необходимая для оплавления поверхности, чГн -длительность лазерного импульса, а - коэффициент температуропроводности. Полученные значения Хщ дт;я AI, N1 и Fe дают удовлетворительное согласие (отклонение до 50 %} с результатами численных решений уравнений теплопроводности для жидкой и твердой $аз в интервале длительностей импульса Ю"8 - 10*"" с и с экспериментальными данными.

Определен вклад различных {акторов (тепловой, световой и ударно-волновой), сопровождающих процесс лазерного воздействия в перераспределение атомов и образование соединенно. При совместном сватовом и тепловом действии на систему Ni) на воздухе химическая активность поверхностного слоя увеличивается по сравнению с тепловкм действием той же интенсивности. В результате, в первом случае, па поверхности 1-е образуются преимущественно окислы железа: ЗРоО, Ге^О^ и Ге^О.^, в то время как при тепловом действии окислы не образуются, а обнаруживаются инторметалли-ческие соединения в объеме на границе ЖЬ/ Ре.

При воздействии мощных лазерных импульсов нааосекундного диапазона на материал генерируются ударные волш, которые рас-, пространяются за пределы зоны термического влияния (~0,01 мы) на глубину до 5 мм. Показано, что в результате прохождения ударяет воли sopee границу 1.1е/ 0 Ve происходит проникновения месс-

гдв Е - энергия лазерного импульса, Е„_ - наименьшая энергия

З-üím'irj ()Г)0

СауэрОЕского изотопа Рп с поверхности в решетку ОНК-ыеталлов (ЛЬ , V ) па глубину около 10 им с образованием твердых растворов ни соединения КЗЬРор. Дается описание механизмов миграции атомон под действием ударных волн. Их специфика связана с малой длительностью лазерного импульса (— 50 не), что приводит к шео-коц ( ^ 10® с-1) скорости нагружения при низкой степени деформации (~0,01) в отличие от взрывной обработки. Показано, что это может сказываться на маргенситних фазовых превращениях. Если при взрывной обработке СТИ > I к.км) нержавеющей стали Х18Н10Т, как правило, образуется щртенсит деформации путем перехода,

то посла обработки лазершжи импульсами длительность?} 50 но гидростатические давления в ударно!1, волне оказываются больше сдвиговых и происходит обратной {оС~- у) мпртанситныЯ переход/

Установлена закономерность распределения фаз системы ЫЬ-^Ео по глубине после лазерного плавления , выражаидаася в уменьшении температуры плавления затвердевающих Фаь по направлению к поверхности. Показано, что при облучении лазерными импульсами в релима, обеспечивающем плавление поверхностного слоя Ре толщиной 0,1 мкм с ЗКГТо- подлоакой па глубину ~ I мкм и последующем направленном затвердевании образующие о я (/азы располагаются в таком же порядке, как и их температуры плавления: Ы5з(Ре) ЫЬдРео Ы.Ы-'ед -»-Ре (Шо). Формирование на максимальной ' глубине в начальной стадии затвердевания наиболее тугоплавкой фазы обусловлено, во-первых, наибольшие значением межатомного взаимодействия, во-вторых, для тугоплавкой фазы переохлаждение будет наийольегам, что создает благоприятные условия для ее роста. На поверхности затвердевает фаза ШоРе2 о наименьшей температурой плавления (рис, I, б). •

Состав, образующихся при затвердевании фаз ЫЬ^Рвд и Ы1оРе2 легшт за пределами области гомогенности со стороны Ре в случае расплавов, обогащенных 1'е таи со стороны ЫЬ при обо- . гашения расплавов N10, то есть происходит управляемое расширение области гомогенности существования с]аз при образовании ее под действием лазерного облучения. Это должно приводить к изменению свойств поверхностного слоя.

Бо второй гл$вв, приведены результаты комплексного исследования особенностей магнитных сверхтонких взаимодействий в антпфер-: ромаиишюм соединения ЫЪРе, динамики атомов , особенностей

Í-ICT3, имп - и -

-I 0 I V- , им/с

Гио. I. Меесбауэровскда спектры ряссеянгч сплавов, сформированных на повчрхног7"ч пга облучении

лоэерншя импульсами длительность^ 1,5 мс: ■

а - Ре па Hb и £г до облучения; 47

б - поело облучения Fe/Nb ;

в - после облучения 07Ре/ 2Г сфокусированными лазерными импульсами;

г - после облучения ¿г расфокуси-

рованными лазерными импульсами

Межатомной связи в метастабшшшх кристаллических и аморфных фа-8ах системы ^г - £е, сверхпроводящих свойств в соединениях МЬд5п. КЬ з во и Ий-Б'и , образовавшихся в поверхностном Слое сплавов при быстром затвердевании после лазерного плавления, особенности формирования интерметаллических фаз ня поверхности металлов и сшивов при лазерном импульсном плавлении ми легировании, разработана модель процессов Газообразования в поверхностном слое.

После облучения ЫЬ с нанесенным слоем Ре лазершот импульсами миллиоекундноН длительности в поверхностном слое образуются интерметаллическпе соединения: парамагнитное ЛЫ^ и внтиферрокагнктное ЫЬЕе с температурой Нееля 240 К, что на 30 К Ниле значения для равновесного состояния и связано с проникновением атомов Ре в н-равновесные положения между антиферромаишт-Ными слоями. Быстрое охлаждение поверхности сплава, оплавленного лазерным излучением оказывает влияние и но колебательный спектр решетки из-за образования структурных дефектов. Эффективная дч-баовская температура О0ф определялась по разности изомерных, сдвигов спектров, описываемо:!' шражением, полученным в модели Дебел:

т

" х ^ 11 2Мс " Здесь -! разность изомерных сдвигов (в см/с) при тем-

пературах Т?1 и Тх , 2)1(0В/Г1) и I) ?(9Е/Т2) - функции Де-бая при температурах Т-^ и IV, соответственно, 3-к/?.м'.Ьс =

?,2557■ТО"5 см/с-К (для 57Ре). Из рисунка 2 видно, что рассчитанная кривая (пунктир) хорошо согласуется с экспериментальными результатами (точки). Среднеквадратичное смещение<Xй > атомов Ре в сплавах определялось в дебаевском приближении при Т > по формуле . я в

< х >= --- + —

4 м-к-9вк Оп 36 'Т,

Результаты расчета 60ф и (х")1^2 приведены в таблице. При образовании интерметаллических соединений в результате лазерной обработки О0ф для 5'зРе увеличивается в 1,6 раза по сравнению с этой величиной для твердого раствора 57¥е в ЖЪ из-за усиления межатомного взаимодействия. Последующий отжиг.облученного образ-

V, мм/с 0,3.

0,2

0,1

-0,1

Рлс. 2.

V

V

I

-N 2

Т» » ■

♦"V

► г-ч -xf .

t -J. -ч.

100

200 Г, К

300

Зависимость сдвига мессбвузровских линий от температуры дня оС - (I), твердого раствор N-Ъ-ОцЬ ат.% ^Fe (2), йнстрозстрорлевшего сгиага N£>-^'Ре после ллзоркого лллплешгл (3) и отогаэнно-. го сплава Ю-'^Ре после быстрого затвердевания (4)

Таблица

Расчет элективной температуры Дебая и среднеквадратичного смегце-ния атомов Ре d сплаве Nb- Те, образовавшемся при лазерном

плавлении

Образец Темпе рагу рд Дебая ■ °эф> , К Среднеквадратичное смещение атомов <х2>1/>2 , ни

экспер. 1- 20 U литер. При ?эз к при Тпл

экспер. *0,001 литер. расчет

ЫЬРе2 (отож) ЖЬРе2 (закал) - Ре ЫЬ- 0,5 ат.$ 57Ре ыь 550 370 4S0 230 467 275 0,009 0,013 0,011 0,021 0,017 0,0115 0,019 0,024 0,057 0,042

О

4-заказ 65$

да при 850 °С в течение I ч приводит к отжигу дефектов, упорядочении атомов в.неоднородном сплаве, увеличению 0эф от 370 до 550 К и уменьшению <х2>1//2 от 0,013 до 0,009 т. Эти результата указывают па ослабление межатомно!' сеязи и "смягчение" фонон-ного спектра для бнстрозатвердевшого интарметаллического соеди- ■ нения MbPog по сравнению с аналогичными характеристиками да я соединения, полученном в равновесном состоянии. Уменьшение межатомного взаимодействия в быстрозатвердевших сплавах сопровождается поломтельнш,! сдвигом спектра на 0,03 мм/с, что свидотельст-вует об уменьшении плотности g - электронов на ядре

Обнаружено, что при различных ракшах облучения 2г с нанесенным соом изотопа лазерными импульсами длительностью 1,5 мо на-поверхности затвердевает обогащенный цирконием сплав эвтектического состава 2г7б®е24' наименьшую температуру

плавления. Этот результат противоречат модели массопереноса в жидкой t|.aae, обусловленного диЗДузией легирующего компонента (^Ре) в поверхностном расплавленном слое, согласно которой сплав на поверхности должен бить обогащен железом. Экспериментальные ■ , даниив свидетельствуют: во-первых, о более полном перемешивании компонентов в жидком расплаве за счет конвективных и капиллярных процессов, во-вторых, о том, что процесс затвердевания является более сложным и определяется сегрегацией компонентов по глубине, межатомным взаимодействием и температурой затвердевания ifas, в 'третьих, о формировании на поверхности наиболее легкоплавкой кристаллической или аморфной фазы (рис. I, в, г). Образующийся в поверхностном слое при лазерном облучении сплав состоит из стабильной, метастабшшюй кристаллической либо аморфной фаз, Причем наибольшая плотность S - электронов на ядро | Ф(0)|2 наблюдается для стабильных <|аз ß - Hr3^ и Z^0(тетр) (ряс. 3). Это может быть вызвано двумя взаимосвязанными процессами, обусловливающими отрицательный изомерный сдвиг: делокализа-цией За! - электронов Ее в результате переноса их к атомам 21" Ц экранировкой более подвижными g - электронами положительного заряда атома £е. Преимущественный перенос Зс! — электронов Ее к атомам Jr (вследствии большей их плотности) обусловливает появление ионной составляющей связи и способствует упорядочению атомов в.решетке. Уменьшение плотности s ~ электронов на ядре ^'je в метастабшшшх йазах ¿^РеСкуб), и ^Гг^'е^ам)

(рис. Я) свидетельствует об увеличении степени локализации Ш -

гот

3000'

2000

1000.

V/

V

-0,4

0 0,4. § Е, мм/о

Рис. 3. Взаимосвязь температура плавления Тш и изомерного сдвига 5 2 (относительно г/ - Ь'е) линии '■"Ре в: • - тпердкх растворах о металлами I, У и У1 групп; о - стабилыгнх соединениях;

+ - мета-стабшштх кристаллических и аморф-. шх (¡'азах

Рис. 4. Диаграмма состояний сплавов (на основе &1 ), затвердевших после лгзерного плавления, содержащая области: амортизации (к^1), неравновесной кристаллизации (к0<к<1) и равновесной кристаллизации (к~х0), где к0 я к -равновесный и неравновесны« коэффициента распределения, » и о - окспериментальнве данные для аморфных и кристаллических слоев

электронов на атоме Ре, уменьшении межатомного переноса электронов и уменьшении взаимодействия между атомами разного сорта.

Ка основании получении* экспериментальных данных разработана модель процессов (Газообразования в поверхностном и*. о сплавов при лазерном плавлении и легировании, основанная на конкуренции, скоростей перемещения границы раздела(фронта затвердевания) и диФФузии примесных атомов (компонентов) в жидкости (в объеме и на границы, зависимости кинетики формирования фаз от межатомного взаимодействия в них. СсхЛасно этой модели затвердевание монет происходить в три стадии: на первой стадии, характеризуемой малой скоростью движения Фронта затвердевания (квазистационарный режим, к£к0) кристаллизуются наиболее тугоплавкие соединения с наибольшим значением межатомной связи; на второй стадии, но мера продвижения фронта затвердевания к поверхности (переходной ражим, к0< к <1) формируются метастабильные кристаллические Пазы; образование же емор{ной структуры с наименьшей величиной межатомного взаимодействия может происходить на третьей стадии (хаотический режим, К£Т). Оти стадии показаны на.диаграмме состояний быстро-затвердевших сплавов в координатах: скорость затвердевания - длительность лазерного воздействия (рис. 4).

Обнаружено и изучено влияние лазерного облучения на сверхпроводящие свойства металлических сплавов на основе NJ0 , При облучении неупорядоченных сплавов Nl>g ¿jSiIq я (влитом состоянии) импульсами GOg - лазера длительностью 250 не наблюдалось повышение Тк от 9 до 18,2 К при уменьшении ширины перехода до 0,05 К, что обусловлено образованием упорядоченной структуры Ы."Ь Six (рис. 5). Обычно при стационарном,нагреве она образуется лишь в узком температурном интервале 900-1000 °С. После прошшвления ла верными импульсами поверхностного слоя толщиной около I ыш образуется наиболее тугоплавкая фаза WbgSn системы ЫЬ-5а с упорядоченной структурой, которая сохраняете« при быстром охлаждении до комнатной температуры. В этом случае реализуется режим ивазиравповесного затвердевания с формированием стохиометрн-чеекой упорядоченной структуры NbgSu. Наблюдающийся при лазерном воздействии сдвиг разовых границ ны диаграммах фазового равновесия и расширение области гомогенности образовавшихся фаз является важным фактором для повышения температуры сверхпроводящего' парохода тех соедипений, у которых область гомогенности но ■ достигает ствхиомотрпческого состава, например Nb о Ge, Т ко-

R.CD/R 1,0-

■ * .-*—.

Рис. 5. Нормированные кривив

сверхпроводящего перехода сплава

0,5-

0,8

/

импульсами длительностью 250 не

О J е

10

14 18

Т, К

торого в равновесном состоянии находится в пределах 6,0-6,9 К. После облучения импульсами СО2 - лазера длительностью 250 не системы ЫЗЬ - Be Т повышается до 17,3 К (при расчетной скорости охлаждения 2-10® К/с), й этом случае реализуется переходной режим затвердевания и формируется на поверхности наиболее легкоплавкая сверхпроводящая фаза Nib 3 Be с более высокими критическими характеристиками. Вашим обстоятельством при получении сверхпроводящей фазы с более высокими критическими параметрами яшкется наличие на йааоЕой диаграмме глубокой эвтектики в области стехио-метричоского состава А3В. Аналогичное увеличение TR наблюдалось также в случае систем; МЗЬ/51.

Д третьей рлящ представлани результат!/ после до гшшй особо-шюсгей элоктрошюй структуры аморфных сплавов, образовавшихся на поверхности материалов поело оплавления лазерными импульсами длительностью 4 мс, а также влияние лазерного импульсного отжига на магнитные свойства аморфных сплавов Ре^Ш.^Р^

13 сплавах позитрон преимущественно аннигилирует на атомах одного из компонент, что свидетельствует о переносе знрлца от одного компонента к другому и посиедувдб:! аннигиляции позитрона на атомах с избыточным отрицательным зарядом. Установлено, что вероятность аннигиляция позитронов с квазисвободними электронами 5р / S0 в отожженных сплавах IIIj_xlI'ibx уиоличнвается с ростом концентрации х , причем изменение кристаллической структуры не нарушает монотонного хода кривой. Такое же плавное изменение наблюдается и дня параметра г , характеризующего эффективный

0,10-

го, м 0,08

/ Рис. 6. Аннигиляциошше характерис-

/

тики сплавов Ы! - ЫЬ

* х о х

после различи« обработок: • - отляг при 800 °С в те-

L>!

о - деформация шлифованием; х г облучение расфокусиро-

ванным лаэерннм лучом с амортизацией поверхности

чение I ч;

0,2

0

40 80

Hi ат % HIo

размер иона, на котором происходит аннигиляция (- расстояние от центра атома, на котором произведение волновнх функций позитрона и электронов ионного остова максимально). Анализ результатов показывает, что значение rm в сплавах Ы.ТГ_ХШ> х (х = 0,15; 0,25 и 0,40) находится в интервале 0,070 - 0,073 ш, что. близко к величине дет N1, равного 0,070 нк (для Nb Г. = 0,100 нм).

"' . Гп

Это указывает на сродство позитрона к атомам N1 в кристаллических сплавах, которое связано с переносом отрицательного заряда от атомов ЫЬ к атомам N1 и лоямешгем ионной составляющей в межатомной связи.

При амортизации кристаллического сплава эвтектического состава NlgQNb ^q отношение Sp / S0 возрастает на 30 %, а параметр (~т увеличивается от 0,073 до 0,СВЗ им (рис. 6). Это свидетел'-ству-ет об уменьшении межатомного переноса заряда в аморфном сплаве, а .следовательно и вклада ионной составляющей в межатомную связь. При деформации сплава шлифованием отношение Sp / S0 не изменяется, что указывает на. отсутствие заметного перераспределения электронов в области дефекта, вероятно, из-за их участия в экранировке избыточного положительного заряда атомов NZ> , усиливающей связь электронов с ионным остовом. Значительней рост Sp / S0 при аморфмзации обусловлен .увеличением вероятности аннигиляции позитронов с квазисвободнкми электронами, которне локализуется в области дефектов типа вакансий и влияет на характер межатомной связи, усиливая его металлическую компоненту. Указанные изменения электронной структуры при амортизации сопровоядзются повшением

пластичности и упругости сплава. Еначительное увеличение отношения / и параметра Г^ при амортизации сплава

М^рЫЬ^д является типичннм и для других сплавов, например

И Си. и может служить критерием перехода сплава из кри-

сталлического в аморфное состояние.

Обнаружено влияние лазерного импульсного отжига (плавления) на магнитные свойства аморфного сплава Ге.-фЫХ^Рзд, полученного методом спинииговання . После облучения лазерными импульсами длительностью 1,5 мс с плотностью энергии от 16,5 до 40 необходимой для нагрева и плавления материала, сплав остается в аморфном состоянин. При этом, до д9шШ >1ГР, наблюдается разрушение магнитной анизотропии, увеличение эффективного поля на ядре до 7 % к отрицательный сдвиг спектра до 0,16 мм/с,

указывающий на увеличение плотности 5 - электронов на ядре

Ре в аморфном сплаве. Зти изменения вызваны "структурной релаксацией при лазерном импульсном отжиге, сегрегацией фосфора и уменьшением его концентрации в анортиом сплаве.

В четвертой глава приводятся результаты исследований дефектов строения бистрозакалешшх сплавов методами ЯГР, ЭПА и электронно!!: микроскопии.

Облучение образцов карбонильного железа (0,02 % С и Ы) сфокусированным излучением рубинового лазера с энергией в импульсе Ец = 3 Дя и длительностью I мс (с^Ш9 Вт/см2) приводит и асимметричному уишренюо мессбауэровских линий в среднем на 10 % и изменению отношения их интенсивностей, свидетельствующему о разрушении магнитной анизотропии, которая предгарителыю была вызвана кристаллографической текстурой прокатки и рекристаллизацией при термообработке. Уширенке лиши'! обусловлено по-явленчем полей напряжений в окрестности образовавшихся мелкодисперсных частиц Ре^Ы и РеО размером £ 80 гш. После облучения образцов оС- Ре лазерншп импульсами длительностью 50 не наблюдается изменение отношения интенсивностей линий, связанное с разрушением магнитной анизотропии, которое сопровождается сдвигом мессбауэровоких линий вследствии квадрупольного взаимодействия ( дЕ(^0,05 мм/с). Направление смещения линий соответствует случаю, при котором, направление магнитного поля в домене перпендикулярно градиенту электрического поля (Э2У/Эг2-), Этот сдвиг обусловлен наличием дислокационных лэтоль размером £ 6 ам, рзсполо-

же иных параллельно наиболее плотноупакованным плоскостям (ПО) и создаотях градиент электрического поля, направленный перпендикулярно им. Плотность дислокаций в образцах оС- Fe после лазерного воздействия возрастает от I08-I0J до 10п-1012 см""2. Полученные результаты находятся в согласии с теорией Кривоглаза !,1,А. и Квэкшшгой Ji.Б. по влиянию частиц новой фазы и дислокационных петель на спектральное распределение ыессбауэровских линий.

При быстрой закалке сплавов, приводящей к образованию аморфной структуры, появляются нестабильные дефекты типа вакансий, имеющие высокую концентрацию. Последующий отжиг бнстроэакален-нчх сплавов приводит к снижению свободной энергии в результате релаксации к более равновесному состоянию. В настоящее время еще не достигнуто понимание процессов структурной релаксации, но молно предположить, что они связаны с отжигом квазивакансий и уменьшением среднего размера межатомных полостей (избыточный свободны:» объем). Приводятся результаты изучения.методом электронно-позитрончой аннигиляции кинетики отжига вакансиошюподобннх дефектов в аморпшх сплавах EeggBjg, Fogf.Gpp и Fe^Cr-^Pj^C^ в процессе структурной релаксации и последующей кристаллизации при нагрева. Спектры угловой коррел тип ашшглляциолннх фотонов измеряли на спектрометре с ддиннощелевой геометрией при угловом разрешении I мрад. По спектрам определяли аннигиляциошшй параметр S > как отношение интенсивности вблизи максимума спектра (в интервале шириной 5 мрад) к полной гоюиадя спектра. Контроль структурного состояния образцов в процессе изохронного отжига осуществлялся .методом ЯГР. Па рисунке 7 приведены зависимости s - параметра от. температуры изохронного отжига ( Ь = 15 мин) исследуемых образцов в вакууме ~ I0"*4 Па с безмасляной откачкой. Общим для всех исследованных сплавов является следующее: I) значение g - параметра для свежезвкэленного сплава близко к величине для деформированного Fe, в котором происходит "насыщающий" захват позитронов вакансиями и дислокациями; 2)S - параметр уменьшается с ростом температуры, достигая минимума в интервале 550600 К, который соответствует наиболее стабильной конфигурации атомов при наименьшей концентрации вакансионноподобных дефектов; эта температура может быть принята, как температура, при которой завершается процесс структурной релаксации, причем последняя не является начальной стадией кристаллизации, а представляет

35,5

35,0

35,5

35,0

400 600 800 1000 1200 Т, К

Рис. 7. Зависимость ашшгиляционйого й - параметра от температуры отжига амо^н? Ч сплавов при релаксации и иристалли?яции дл; :

а ~ Ре85В15 ! б - Ре80В20 ;

в - ?е70Сг10Р13С7

ообой коллективный атомный процесс, включакчций движение структурных дефектов; 3) начальная стадия кристаллизации характеризуется резки/, уволичонием $ - параметра, связанным с интенсивным деЗекгообразованиек, при этом объемная доля кристаллических фаз ежа не велика и другими методами (ЯГР и рентгеноструктурнш) но обнаруживается. Оценка для сплава 1еа5В15 показала, что увеличение д - параметра, наблюдаемое в эксперименте, является токкжшм если адюгиоегь центров кряотеалажш становится достаточно высокой { си-3), а часики' кристаллического оС -£в и>,:ои размер ^ 25 нм. Представляется наиболее вероятным, что дефекты, захштншшцо позитрона, локализовали н мелфаоных областях, в которых существует несоответствие структур и плотностей аморфной матрицы и кристаллического о<Г - Ез.

Структурная релаксация в аморфных сплавах существенно минет на электрохимические характеристики поверхности материала (нарамотри пассивации и скорость коррозии). Установлено, что после о тайга аморфного сплава ^'п7о<^Гг1о"13с7 ^ его К0РГ°~ зионная стойкость и паосяЕяруемость лошжттоя па 2 порядка в результате отжига лэканевднпоподобшх дефектов л гомогенизация структуры. При кристаллизации эти характеристики резко ухудшаются из-за интенсивного дофектообразования, нерушагаэго однородность материма.

Изучено распространенна трещин через границу кристаллической и аморфной {аэ в сплаве Ы160ЫЬ40. Амортизация сплава производилась при лазерном оплавлении поверхностного слоя. При этом внутри образца возникали термические напряжения, приводящие к внутреннему хрупкому разрыву материала на глубине 700 км при облучении непрерывным излучением СС^-дэзора и 140-180 мкм при облучения нмпульсакя УЛ6:ЫоГ- лазера длительностью 1,5 ко. В первом случае, глубина проплавлеиия и толщина перекристаллизо-ваиазгося слоя около 400 мкм, а во втором, толщина сплавленного слоя значительно меньше и составляет 50-60 мкм, причем последний состоит из двух областей: кристаллической, толщаноЧ 10-20 мкм, непосредственно пршнкакдей к неоплавленной зоне и амортизированной, толщиной 40-60 мкм, Металлографические исследования по- . казали, что трещины, распространяющиеся от зоны разрыва в сторону поверхности проходят через оплатешшй кристаллический слой, но но распространяшся в вморфизирогашюм части сплава. Это свидетельствует о том, что амортизация повышает стойкость материала

к образованию и распространению трещин в результате релаксации напряжений'в вершине трещины, чему благоприятствует уменьшение вклада ионной состашшщеИ в межатомную связь и образовании па-кансионноподобних дефектов. Указанные изменения сопровождаются появлением пластичности и упругости материала при амортизации.

приводятся результаты пселедовашгЧ взаимодействия гонкого поверхностного слоя интериеталлических соединен:!/}, сформированных при Лазерном поверхностном легировании, с водородом, позволявшие выяснить особенности свойств гидридов на поверхности и в объеме материала, получить дпшше о локальных внутренних давлениях, их влшшии на свойства материала и механизмах разрушения сплавов в Еодородосодарющих средах.

Сплавы металл-водород, благодаря простоте электронного строения и малым размером внедренных атомов водорода, являются модельными объектами при изучении влияния водорода на электронную структуру сплавов.

Показано, что свойства систем металл-водород, приготовленных в виде тонких пленок существенно отличаются от аналогичных свойств указанных систем в виде массивных объектов. В тонких поверхностных слоях при бистром охлаждении могут бить получены пн-тармэталлические соединения либо аморфные £аац хорошо поглощающие водород и стойкие к многократным циклам гидрирование-догид-рировшио. Гидрирование соединения 2г2^'0^1,етр), расположенного на гюверхпи. ли 2г приводит к увеличению §Е от -0,35 до -0,32 I,м/с. Бти изменения §Е явл потея типичными, для металлов с растворенным мессбвуэровекш изотопом и объясняются частотным переходом 13- электронов водорода в локализованные Эй - состояния Ре, увеличивающим экранирующее влияние 5~ электронной плотности Зо1- электронами. Гидрирование же сплава 2Г~1 571'а, состоящего пз частиц 2г0Рв(тетр) в объеме 2Г> приводит к отрицательному сдвигу от -0,35 до -0,40 им/с и свидетельствует ой. увеличении плотности электронов но ядре ^Ре. Такое изменение является аномальным и может быть объяснено сжатием частиц 2г2Ро(тетр) из-за различий в относительном увеличении объема Иг.^РеСтетр) и 2Г ПР11 внедрении водорода. Внутранее давление определялось по разности изомерных сдвигов, возникающей при гидрировании, в дисперсных частицах в матрице и в соединении (тот^)), расположенном на поверхности 2г.

¿Е^, мм/о

1,0-

0,0

0,6

f

Рис, 8, Зависимость изменения изомерного сдвига §Е от ' увеличения д Е^ при гидрировании для соединения ¿[^ГеСтетр) на поверхности

(о) и в объеме (О циркония

-0,40 -0,35 -0,30 £ Е, мм/о

различних железосодержащих сплавов мало ггЮ

Величины /с£ Р для

отлетаются и имеют значение ~ 10"^ км/с-На, следовательно локальное внутреннее давление ^Ю9 Ба. Они создают в окрестности частиц напряжения, превышающие продел прочности

сплава и приводят в результата к образованию трещин и хрупкому разрушению материала. Увеличение плотности £ ~ электронов на ядре в соединении ¿Гр^Ытетр) ПРИ сжатии обусловлено уши-о1- зон и смещением 33 - полосы Ре относительно

Ее

рением S - и 4S- состоянии. Аналогичный эффект уменьшения

при гидриро-

вании наблюдался для сюшей Рс£- Те - Нх , состоящего из смеси о/ - и^-'^аз, однако в э/ом случае не происходит разрушение материала, а на-блодаегся водородо,1азовнй иаетоп. Отрицательное смещение спектра на величину 0,04 мм/с связано с возникновением локальных внутренних давлений Па. Сильное (в 2,5 раза) ути-

рание мэссбауэравских линий свидетельствует о создании частицами гвдрвдяой ¿[азы больших неоднородных полей напряжений.

Детально изучено ьлюпше водорода на афЬсат Ыьс:сбауэра в

сплавах PüT •

57

ie, (х -- 0,2; I; 5 и 10 ат %). При насыщении

плотности g - влактро-

их водоргэдои наблюдается уменьиеше

нов на ядре ^Ре ь широком интервале концентраций водорода (1!/Ые = 0 - 0,7), Это обусловлено двумя конкурирующими процосоа-№5! переносом I&H в ШМ и ЗаП'и, проотвращуюся выше .потолка 4о1- зоны Pol и экранированием положительного заряда атомов £е и Н электронами, образующими связанные состояния у нижнего края 3ä - полосы Fe и обусловливающие усиление межатомного взаимодействия.

Обнаружено, что адсорбционная способность поверхностных слоев, образующихся при лазерном плавлении или легировании, зависит от скорости их охлаждения: стабильное соединение 2г/>£е(тетр), образующееся при медленна/, охлаждения, хорошо поглощает водород, а его метастабильная модификация 2г??е(!суб), образующаяся при быстром К/с) охлаждонии и стабилизиро-

ванная аргоном i по мессбауэровсюп,', данным, ив взаимодействует о водородом.

основные рештот и вшодн

1. Предложен п применен в работе новый метод исследований поверхностных слоев, сформированных при лазерном воздействии, основанный на введение в зондируемый объем стабильных мессбау-эровских изотопов ( ^Fe, ^^Stt.), что позволило получить информацию о фазово-структурном состоянии, динамике атомов, межатомном взаимодействии, сверхтонких полях и электронных свойствах сформированного слоя,

2. Обнаружено и изучено влияние ударных волн, генерируемых в материале при лазерном воздействии, на магнитнузэ анизотропию, перераспределение атомов на границе двух разнородных металлов, образование интерлеталлических соединений и разовые превращения,

3. Изучены сверхтонкие магнитные взаимодействия в анти^ор-ромзгнитном соединении N5) Fe, образовавшемся при лпг.ерном поверхностном легировании и показано, что бысгроэакалоннне слои имеют меньшую величину сверхтонкого поля и на 30 К ниже значение температуры Пееля, чэд: для рарчовесяого состояния л результате проникновения атомоа Fe в нерчвновесныз положения между антиферромалттншш сложи.

4. По релятивистскому (темпе.лтурногу) сдвигу мессбаузров-ских линий сплава N5- сформированного в поверхностном слое при лазерном облучении, определены эффективная температуря Дебая (Одф) и среднеквадратичное < смешение атомов 'Fe

в быстрозакаленяом {0g(IS = 370 К 'к ix2)1'2 = 0,013 нм) и равновесном (О0ф = 550 К <х2>1/2 = 0,009 ш) состояниях сплава, указывающие на ослабление межатомной связи'и "смягчение" фононного спектра в результате быстрого охлаждения л образования дефектов.

5. Впервые обнаружено влияние лазерного облучения на температуру сверхпроводящего перехода, предложен и применен способ лазерной обработки сверхпроводящих материалов или их компонентов с целью повышения критических параметров и определены пути их повышения: при формировании упор-щоченной структуры, расширении области гомогенности в результате быстрого охлаждения и получении эпптаксиалышх слоев.

■ 6, Получено аналитическое выражение для экспрессной оценки глубины противления в широком интервале (1СГ® - 1СГ^ с) длительностей лазерного импульса по данным тепло$изических характеристик материала и параметров излучения, ,

7. Установлена закономерность распределения >Хаз систем 2г - Ре и ЫЬ - Ре по глубине поело лазерного плавления, выражающаяся в уменьшении температуры плавления затвердевших (¿аз по направлении г. поверхности и обнаружена связь кинетики этого процесса с кеяатомным взаимодействием.

А. Показано, что амортизация поверхностного слоя сплава Ы^КЬ ^ при оплавлении лазерными импульсами мшишсекуидной длительности приводит к уменьшению переноса отрицательного заряда от атомов ЫЬ к атомам N1, ослаблению вклада ионной составляющей в межатомную связь и сопровождается повышением упругости и пластичности материала.

9. Обнаружены отличия в характере межатомной связи в стабильных, метастабнлькых кристаллических и аморфных <|азах системы' 2Г - Го; ДО3 стабильных (¡.аз £ - 2г'з5е 11 2г'Д}е('ге'гР) наблюдается наибольшая плотность $ - электронов на ядре 'Ре в результате преимущественного переноса Зй- электронов Ре к атомам 2г» обусловливающего вклад ионной составляйте!! в межатомную связь и способствующего упорядочению атомов в решетке;

' в мвгастабилышх дазах 2гзРе, 2г2^с(куб) и 2г7б1?в2'1 (ам0РФ) плотность 3 ~ электронов на ядре ^Ре уменьшается, что свидетельствует об увеличении степени локализации Зс! - электронов Ре на атоме Ре, уменьшении межатомного переноса электронов., а следовательно и взаимодействия между I томами разного сорта.

10. Установлено, что структурная релаксация в аморфных сплавах Ре с металлоидами при нагреве сопровождается откигом вакансий ш го по до б них дефектов и гомогенизацией аморфной структуры, а

начальная стадия кристаллизации, наоборот, характеризуется ин- • тенсишшм де£ екгообрч зопагогек.

IT. Разработан метод определения локальных внутренних давлений в металлах с помощью эффекта ¡«еосбауэре. По дяшга: изомерных сдвигов определена величина локального внутреннего давления (^10® Г1а) в дисперсных частицах 2грРе(тетр) в Zr матрице, возникающего при гидрировании и привод плего к хрупкому рл^ргле-шло материала, предложен новый механизм хрупкого разрушения материале при наводорпжнрашш.

12. Детально изучено влияние водорода на эй'/ект Песобчуэра в сплаве Pol- ^Рв. Установлено усиление взаимодействия меяду атомами Рс£ и Ре в результате гибридизации Зо1 - электронов

Fe и 4оТ- состояний Pol, которые заполняются IS - электронами водорода. Обнаружено влияние водородомзоэого наклепа в процессе гидрирования сплавов M ~ прпсесь» 0?¥е не изокерннй сдаиг. Отрицательное скещгнио спектра на величину 0,04 мм/с связано с возникновением локальных внутренних давлений ~ Ю^ lia, а сильное (в 2,5 раза) уишренке г.ессбпуэропской линии свидетельствует о создашш частицами гидридноП (¡азы неоднородных полей напряжений.

13. Обнаружено, что адсорбционная способность поверхностных слоев соединения Z^Pe зависит от скорости охлаждения и окружающей газовой среда: стабильное соединение 2гоГе(тетр), 0бра— зугожеесл при медленном охлаждении, хорошо поглотает водород, а кетастабнлькоо соединенно ¿rgfeCKyö), образующееся при бнг.тром охлаэдэшш и стабилизированное аргона::, по дэннмм э<Т«чкта ¡Лосо-бауэра не рзаимодействуог с водородом.

14. Раработапа модель процессов Зязообрааован'дя в поверх-' постном слое сплавов при лазерном нлгзлидии и легировании, ос- • нованная на конкуренции скорптой т-рсг/.оязнпл границ« раздела

и диффузии пржадгах атомов (kovkhottob) в жидкости и зависимости кинетики формирования ríos от м^татомпого взаинодеЯствпч в них; согласно этой модели монет реализоваться квазиствционарннЭ (к~к0), пароходной (к0<к<1) и, хаотический (к~1) речигн затвердевания с понижением температуры фронта затвердевания по мере приближения к поверхности и формированием на поверхности наиболее легкоплавких фаз.

15. Предложена концепция формирования гетерогенной много-

алойной структуры при быстром направленной затвердевании с плавным изменением свойств (температура плавления, величина межатомной свлзи, коэффициент термического расширения и т.д.) от обЪема к гховархности, согласно которой можно достичь высокой прочности и стойкости к термическим и структурным напряжениям поверхностного слоя. Экспериментальна показано, что при лазерном поверхностном легировании колеаом 2г и lib формируются стойкие к хрупкому разрушению слои из питермоталлических фаз.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Dekhtyar* I.la., Ulatchenko K.M., flomaaWco V.P. Positron Annihilation and Moaabauer Effekt in Dilute Solid Solution of HI, Pdt and Pt wltli Iron // Phyalca Status Solltli (b).~1971.- v.48.- K51-K63.

2. Дохтяр И.Я., Шщенко U.U., Ромашко В.П. Позитроиная аннигиляция и аффект Ыассбаувра в разбавленных твердых растворах металлов V и VUl групп с железом // Материалы Международного симпозиума по электронной структуре переходных металлов, га сшшеов и соединений Киев: Наукова думка.- 1974.- С. 2ЭЭ - 302.

3. Гриднев Б.К., Дехтяр И.Я., Иванов Л.И., Карлов Н.В., Кузьмин Г.II., Пащенко МЛ,!., Прохоров A.M., Рыкалин H.H., Янушкевич В.А'. Влияние лазерного облучения на температуру

• сверхпроводящего перехода в сплаве ниобий-олово // Письма в Ш.-197-3. - ш, вып. 4. - С. 258 - 2G0,

4. ■ Дэзггяр И.Я., Иванов Л.Й., Карлов 11.В., Кузьмин Г.П., Ищвюсо U.M., Прохоров A.M., Ршсалин H.H., Яиушкоплч В.А. Елия101в лазерного облучения сверхпроводящих материалов на основе ниобия на характер изменения критической температуры // Квантовал электроника. - 1975. - з, N 4. - 0. 844 - 847.

5. Дехтнр И.Я., Нищенцо M.U., Петров Ю.Н. Эффект Ыоссбаувра я спектры алектрошю-шзитрошюК аннигиляции а-Б'е, подвергнутому лазерному облучению // Металлофизика. - 1977. вып. 6В. -0. 42 - 46.

" G. Дехтнр И.Я., Кащенко U.M. Влияние пластической деформации V, lib и Та ' на . температуру сверхпроводящего перехода и спектры влэктронно-позитронной аннигиляции-// УФЖ.-1377.-£а,11 3.- С.405-407

7. Дехтяр И.Я., Нащаико Ы.Ц., Шевченко В.И. Эффект Нассбауэра в гидрированных сплавах палладия с железом // yflffi. - 1977. - S3, '

N 3. - С. 437 - 441.

8. Дехтяр И.Я., Нищенко N.M., Шевченко В.И. Изучение влияния водорода в сплавах палладия на ü-зону Рй и Те с использованием эффекта Мэссбауэра // Материалы П-го Международного симпозиума по электронной структуре переходных металлов, их сплавов и интерметалличоских соединений,- Киев: Наукова думка.-1979.-с.108-116.

9. Дэхтяр И.Я., Нищенке М.М., Шевчешга В.И. Электросопротивление з системе Pd-Fe-S в области 4,2 - 300 К // ФИТ.- 1978.- i, N 8,- С. IOS3 - 107I.

10. Рал V.M., Mlcinln B.C., КогоэШ A.M., NenraaMralenlio Y.V., Dovgopol V.P., Dekhtyar I.Ya., Nlslichenko M.M. and Takaey I.A. Low-frequency phonon spectrum peculiarities of Sn-Pb alloyo // J. de Pliyolque.-1978.- Ш, 06-1037 - 0G-1039.

11. Дэхтяр И.Я., Нищенко М.М., Бухаленко Ii. В., ХаритонскиП С.Я. Эффект Мессбауэра в системе ГЙ-Гё, полученной при лазерном облучении // ФММ,- 1979.- 47., N 4.- 0. 837-883.

12. Дехтяр И.Я., Нище^шо f/.M. Образованно сворхпроводяцих соединений на гряштце Nb-Sn и Nb-Zr при лазерном облучешш // Материалы 20-го Всесоюзного совещания по физ!гке низких температур.-Москва - 1979. ч.Ш.- С. 165-167.

13. Дехтяр И.Я., Нищенко М.М. Изучение с помощью аффекта Мессбауэра магнитного упорядочения в системе Nb-Fs, полученной при лазерном облучении // Материалы Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений.- Хорьков, 1979.- С. 331-382.

14. Дехтяр И.Я., Величко O.A., Марченко Л.П., Нищенко М.М. Изучение перераспределения атомов и образование соадинетй! в ' системе Nb-Fe под действием лазерного облучения // УФК.- 1980.-ёЗ, N 8.- 0. 1305-1309.

15. Дехтяр И.Я., Мадатова Э.^., Нщенко М.М., Абраев Ч. Позитрон-ная аннагаляция в аморфных спливах // ФГТ.-1980.- га, Ш С.2206-2208.

16. Дехтяр И.Я., Мадатова я.г., .ляцокко М.М., Абраев Ч. Изучение электронных свойств ' пм. рфнмх сплавов с помощью позитрошюй вшшгилпции // УСТ.- £>з, К I,- С. 63-67.

17. Дехтяр' И.Я., Иванов Л.И., Карлов Н.В., Никифоров Ю.Н., Нищенко H.H., Прохоров A.M., Янушкевич В.А. Образование интерметаллических соединений в системе Nb-Fe под действием ударной волны, вызванной лазерным облучением // Письма в ГОТФ.-

IS3I.- ЗЭ, N 2.- О. 126-129.

18. Дехтяр И.П., Ншцаш;о М.М. Внутреннее полз на ядрах ^ Fe в неоднородной система №-Fe, образовавшейся при лазерном облучении // Металлофизика.- 1982.- i, N I.- С. 29-34.

19. Дохтлр И.Я., Мадотова Э.Г., Иащенко М.М., Абраев Ч. Попш'ронняя аннигиляция в сплавах никеля, облученных лазером // УШ.- 1932.- 6Z, N 11.- С. 1701-1704.

20. АОраоа Ч., Дехтяр И.Я., Гянжула H.H., Мадатова Э.Г., ¡йщишсо М.М., Перекос А.Е. Амортизация сплавов Fd-Si-Cu при лазерном обдучшии II Метадда!даика.- I9Q3.- а, Н 6.- 0. I09-IIQ.

21. Дехтяр И.Я., Мадатова Э.Г., Нтцанко U.M., Абраев Ч. Структура и электронные свойства амор^шх металлических сплавов // Аморфные металлические сплавы.- М.: Металлургия, 1983.- G. 23-33.

22. Дехтяр И.Я., Мадатова Э.Г., Ншценко U.U., Абраав Ч. Позитрашые исследования и криторлЧ устойчивости аморфншс матшимчесгаи: сплавов /'/ Амор1аше металлические материалы.- М.: Наука, 1934.- С. 16-21.

23. DsKhtyar I.Ya., MaOatova E.G., Niahchenlco М.Ы., Polotnuk V.V. 'Chuiatov K.V. Ihe study of cmstalliaation oi amorphous

I'e50f,i4DI3)0 а11°У method // Froc. Intern. Gonl. on the

Application oi Moasbauer Effect.- Alma-Ata, 1986.- F. 54-56.

24. Eekhtyar I.Ya., HemoaWtalenJco V.V., Niahchenlco U.M., Назшоу O.N., TomaahevsKy N.A. Mosabauer conversion spectroacopy of ^fib-Fa binary system after laser Radiation // Froc.Intern.Conf. on the Application of Moasbauer Effect.-Alma-Ata, 1986.- P.100-102.

25. Дехтяр И.Я., Нищенко М.И., Дроздов B.B. Изучение импульсного лазерного отжига аморфного сплава 1,е501,140р10 методом ЯГР // Металлофизика.- 1987.- е, N 2.- С. 100-102.

26. Нищенко U.U., Мадатова Э.Г., Лихторович С.П. Отжиг дофактов в аморфном.сплаве Ге^Сг^Р, 3О7 // Металлофизика..- 1987, а,' Н 6.- 0. 32-94.

27. Нищенко М.М., Фвдчанко Р.Г., Мукашев K.M. Отжиг дефектов в стали XlEHlü'C-ВД, облученной лазером // Металлофизика.- 1988.-Ш, N2.-0 II8-I2Q.

28. Ншценко М.М., Лавренко В.А., Тикуш В.Л., Щур Д.В, Исследование неоднородных гидрированных сгишвов Zr-1 % ат. Б7Ре методом 7- резонансной спектроскопии // Металлофизика.-, ■

У

1988.- 10, N 5.- 0. 31-24.

29. Нищенко М.М., Мадатова Э.Г., Лихторович С.П. Кинетика дефектов в аморфном сплаве' FeQ5B15 // УФК.- 1988.- ш, N 12.~ 0. 1842-1845.

30. Немсшкэленко В.В., Нтдекко М.М., Разумов О.Н., Томашевский H.A. Исследование особенностей фязообразовпнил в поверхностном слое системы Zr- В7Ре при лазерном облучении // Поверхность, физика, химия,мохашпса.- 1988. - IÍ 5, - О. 122-123.

31. Нищенко М.М., Мадатопз Э.Г., Лихторович С.И., Почта В.Н., Козина H.H. Изменение элсктроююй структуры сплавов Nl-Kb при амортизации лазерным лучом // Металлофизика.-1989.-n_,N 2.- С.89-92.

32. Likhtorovich S.P., Kndatoya E.G., Hishchenko M.M. Laeer-pnlse nmorphlzatlon annihilation in lil-Ilb alloys // Proe. Intern. Conf. "Physics of transition -metala".- Kiev, 1988, K.: Haukova duramka, 1989.- part 2.- P. 357-360.

33. Нищенко M.M. Процессы фазооСрэзования при лазерном поверхностном легировании // Материалы семинара "Лучевая обработка композиционных материалов в технике".- Тернопсль, 19Э0.- С. 18-21.

34. Иванов Л.И., Ковалык Б.П., Никифоров D.H., Ншаонко М.М.,

' Янушкевич В.А. Обратное мартенситное превращение в нергавошей стали Х18Н10Т-ВД при прохождении ударной волны, генерируемо!! лазнрннми импульсами И Материалы семинара "Лучевая обработка композиционных материалов в техника".- Хорнополь, 1990.- С. 21-23.

35. Нищенке М.М. Динамика атомов в быстрозакплешюм сплаве Nb -^Ре, образовавшемся при лазерном плавлении // Металлофизика.-1992.- N 5.- С. 49-56.

36. Лихторович С.П., Нищенка М.М., Мадатова Э.Г. Стадии откигп дефектов при релаксации и кристаллизации аморфного сплава PRqq^o // Металлофизика.- 1992.- %Л, N 5.- С. 03-87.

37. Коволюк Б.П., Лихторовг' 1.П., Никифоров Ю.Н., Ншценко М.М. Распределение дефектов в арлгг? -j»e "0 глубже при воздействии ударных волн, вызванных лэзврчгк с'"лучением // Металлофизика.-1992.- iА, N 12.- 0. 43-49.

38. Нищенко М.М., Лихторович.г.П., Мадатова Э.Г., Васильев В.Ю. Влияние отжига ваконсионноподобных дефектов в аморфном сплаве FeTOCr10P1307 на коррозионную стойкость // Металлофизика.- 1992.-ÍA, N 10.- 0. 92-95.