Массоперенос и структурно-фазовые изменения в материалах при радиационном воздействии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ОД

На правах рукописи УДК 537.533.9:539.219.3

ПЛОТНИКОВ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

МАССОПЕРЕНОС И СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В МАТЕРИАЛАХ ПРИ РАДИАЦИОННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Алматы 1995

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ Ш1СТИТУТ НАЦИОНАЛЬНОЙ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

На правах рукописи УДК 537.533.9:539.219.3

ПЛОТНИКОВ СЕРГЕЙ ВИКТОРОВИЧ

МАССОПЕРЕНОС И СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В МАТЕРИАЛАХ ПРИ РАДИАЦИОННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ

Специальность 01.04.07 - физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на ссыскшше учёной степени доктора физико-математических наук

Алматы 1995

Работа выполнена на кафедре экспериментальной физики Восточно-Казахстанского государственного университета г.Усть-Каменогорек

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор В.Д.Мелихов

..... доктор физико-математических наук,

профессор В.П.Арефьев

доктор физико-математических наук,

Б.М.Искаков

Ведущая организация: Институт физики прочности и

материаловедения РАН (г.Томск)

Защита состоится " /3 " ЦЮНЯ 1995 года в часов

на заседании специализированного совета Д 53.08.01 Физико-технического института Национальной академии наук Республики Ка -захстан по адресу:

480082, г.Алматы, 62, Физико-технический институт

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЗЛИ НАН №.

тореферат разослан " 2£ " ОПРРЛЯ 1995 г.

^ секретарь тизированного совета Д53.08.01 • _ " физико-математических наук

М.И.ЕИТЕНБАЕЗ

Актуальность проблемы. Имеющиеся в настоящее время способы модифицирования поверхности с целью улучшения эксплуатационных свойств материалов (термическая диффузия, иош1ая имш1Мтация,: ^нн0^плаа1<ки-;: ная обработка) не позволяют достаточно надежно и 1ачёсг&еняЬ--полу--чить требуемое покрытие. Термические методы трудоемки и требуют значительного времени, ионная имплантация и ионно-плазмё'иное нанесение ' покрытий не позволяют получать пленки строгого контролируемого ' качества.

Экспериментальные результаты по перераспределению элементов- в ' процессе облучения пучками электронов показали, что этим способом можно получить качественные покрытия или модифицировать готовые' изделия на значительную глубину. Радиационная обработка пучком электронов при заданных условиях позволяет значительно повысить твердость и износостойкость, статическую, усталостную и координационную прочность материалов.

В процессе изучения действия пучков электронов средних энергий было обнаружено, что при высоких температурах идет интенсивный массоперенос^в сплавах. Было показано, что скорость массопереноса достигает 10 см/с, причем Происходит неравномерное перераспределение элементов. Это имеет значительный интерес в плане создания неравно- ■ весных фаз в локальных областях изделий, которые регламентируют эксплуатационные свойства

Особый интерес представляет воздействие мойных импульсных- 'йОй--5'.-ных и электронных пучков на материалы. Большая плотность тока й ма- • лое время воздействия, обеспечивает большую плотность потока мощности, поглоиземой в материале. Значительный поток энергии, приводит к быстрому расплавлению поверхностных слоев материала и его сверхбыстрому охлаждению. Таким образом, в материале создаются предпосыл- '•' ки для формирования и стабилизации существенно неравновесных фаз и ■ соединений, что обеспечивает создание поверхностных сдоев с унккаль^' •• ными свойствами: повышенной твердостью,'износостойкостью, коррозий-т^ ной стойкостью. Это приводит к повышению эксплуатацйонйых свойств ' материалов. .•'-•■■

Дель работы. Выявление механизмов массопереноса и структурно-фазовых изменений в сплавах при действии пучков заряженных частиц для разработки технологий финишной обработки ■ изделий:' "

Связь темы с планами научных работ!' -' Работа выполнялась в соответствии с планом НИР кафедры экспериментальной физики Восточно-Ка- ' эахстанского государственного университета и кафедры физики Усть-Каменогорского строительно-дорожного института. ^следования выполнялись в соотйётс&вйи'с координационными планами" Академии наук Республики Казахстан и ГКЙГ СССР. : '

Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:

1. Определены основные закономерности аномального массопереноса

в металлах и сплавах при облучении пучками электронов средних энергий.

2. Разработан метод расчета пространственных распределений поглощенной энергии, точечных дефектов и температурных полей в материалах при воздействии пучков электронов.

3. Разработана модель массопереноса и рассчитаны профили концентрации элементов в бинарных металлических системах с учетом градиентов температуры и точечных дефектов.' "

4- Исследован массоперенос в сплавах при воздействии мощных импульсных пучков ионов. Экспериментально обнаружен аномальный массоперенос на глубину, значительно превышающую проективный пробег ионов.

5. Исследованы структурные и фазовые превращения в сплавах при мощном импульсном воздействии. Обнаружено существование Сверхнеравновесных фаз и соединений.

Лрактическая'Цешюсть. Полученные в'работе 'экспериментальные и теоретические результаты по модификации материалов пучками заряженных частиц могут быть внедрены в производство на предприятиях машиностроительного' комплекса и авиационной промышленности Для упрочнения и повышения износостойкости режущэго инструмента и штамповой оснастки путем создания поверхностных слоев с улучшенными эксплуатационными свойствами. Развитые в работе методы расчета пространственных распределений поглоданной 'энергии и температурных полей могут быть полезны для разработки технологий обработки изделий пучками электронов. Результаты исследований аномального массопереноса в сплавах при воздействии пучков электронов могут найти применение для повышения радиационной стойкости конструкционных материалов активной зоны ядерных реакторов.

Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, защищены 7 авторскими свидетельствами.

Основные научные положения, выносимые автором на защиту;

1. Результаты исследований и выявленные закономерности аномаль-

ного массопереноса в сплавах при действии пучков электронов средних энергий; - • • "

2. Результаты расчета пространственных распределений поглощенной энергии, точечных дефектов и температурных полей в материалах при действии пучков электродов; •

3, Модель массопереноса "в бинарных металлических системах, учитывающая дрейф компонентов в полях градиентов тешературу.д.^точечных дефектов, при облучении пучками электронов;

4.. Результаты исследования структурно-фазовых изменений в сплавах при воздействии мощных импульсных ионных и электронных пучков.

Совокупность полученных в работе результатов и сформулированных на их основе выводов можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии перспективного направления физики твердого тела -физики взаимодействия заряженных пучков с металлами.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на 45 научных конференциях, в том числе 9 международных. Основные из них - ежегодное всесоюзное совещание по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами ( Ыосква, МГУ, 1975-1984Г. г. ); VI Int. Conf Atomic. Coll. in Solidy (Amsterdam, 1975); Vll Int. Conf. Atomic Coll.- in Solidy (Moskov. 1977); Int. Conf. in Ion Beam Modi Л cat i on of Mater (Tokio,1988); Int. Conf. on surfeace modification of metals by ion beams (Dei. Garde, Italy, 1988); 3-rd. Int. Conf. on Energy pulse and particle beam modifie of materials (Dresden, 1989); IBA II (Hungary, 1993); IV Intern. Conf. EBT-94 (Varna, Bulgaria, 1994); 111 Конференция""Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц" (Томск, 1994).

. Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 45 печатных работах, включая монографию и 7 авторских свидетельств.

Объем и структура работа Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она изложена на 270 страницах машинописного текста, иллюстрируется 92 рисунками, 4 таблицами и содержит список цитируемой литературы из 271 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, определены цель, новизна и практическая значимость полученных результатов. Изложены

основные научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе содержится обзор и анализ литературных данных л массопереносу и структурно-фазовым изменениям в материалахпри ради ационном воздействии. Из обзора литературы следует, что в настояще время не имеется достаточно полных экспериментальных данных о массо переносе в сплавах при облучении пучками электронов средних энергий тем более не имеется теоретических моделей, которые учитывали О дрейф атомов в поле температурного градиента и неравновесных точеч ных дефектов.

"'' Недостаточно исследованы процессы взаимодействия сильноточньс импульсных пучков ионов и электронов -с материалами.

На основании обзора литературы были поставлены следующие задачи, которые были решены в диссертационной- работе:

1. Исследовать массоперенос в сплавах при облучении пучкам* электронов средних энергий и выявить основные закономерности пере-раепределёния элементов.

2. Для анализа закономерностей массопереноса в процессе облучения пучками электронов необходимо составить и решить кинетическое уравнение диффузии, которое учитывало бы дрейф атомов в поле температурного градиента и в полях неравновесных точечных дефектов (вакансий и межузельных атомов).

3. Для решения уравнений массопереноса необходимо решить задачи нахождения пространственных распределений точечных дефектов и поглощенной энергии в твердом теле.

4. На основе профилей поглощенной энергии найти пространственное распределение температуры в образцах при облучении пучками электронов и ионов.

5. Для понимания процессов взаимодействия сильноточных импульсных" ионных и электронных пучков с материалами исследовать пространственна распределения центров ^окраски в ЩРН.

6. Исследовать перераспределение элементов в металлах и сплавах после действия мощных импульсных лучков ионов и определить механизмы массопереноса, ответственного за формирование новых фаз и соединений.

7. Исследовать процессы, протекавшие под действием сильноточных выведенных пучков электронов на материалы.

Вторая глава посвялйена- решению задач переноса. электронов через вещество.

Прохождение электронов через вещество качественно отличается от

- б -

прохождения остальных заряженных частиц. Главной причиной этого является малая величина массы электрона. Вследствие этого вероятность смещения атома из узла решетки намного ниже, чем у тяжелых.заряженных частиц и практически полностью отсутствуют каскадные процессы для энергий первичного электрона'до 10 МэВ. Следовательно, расчет дефегсгообразования в твердом теле по упругому механизму,при облучении электронами не слишком больших энергий должен сводиться к расчету образования первично-смещенных атомов (ПСА), хотя в ряде работ обращается внимание на образование радиационных дефектов за счет возбуздения электронной подсистемы. Нй при проведении расчетов влияние электронной подсистемы можно учесть просто снижением энергий де-фектообразования.

Задача переноса электронов через слоистые поглотители, в настоящее время, решается двумя методами: методом ЬЬнте-Карло и многошаговым методом. Нами выбран многошаговый метод, так как он более рационален и не требует ЭВМ с большим быстродействием и оперативной памятью. Метод основан на решении интегрально-кинетического уравнения переноса с использованием разложения функции распределения частиц в ряды фурье-Лежандра. Многошаговый метод позволяет учесть статистический характер не только актов рассеяния частиц на атомах вещества, но и актов передачи энергии в электронную подсистему вещества. При этом число переменных' фазового объема не изменяется и, следовательно, не увеличивается объем вычислений. Реальные траектории в координатах пробег-энергия различных частиц вследствие статистического характера процесса блуждания отличаются друг от друга. Однако при торможении частиц не слишком высокой энергии потери энергии на ионизацию в индивидуальных столкновениях происходят преимущественно малыми порциями. Поэтому траектории близки друг к другу и •¿ало отличаются от некоторой средней, которая соответствует непрерывному среднему замедлению. Эта модель позволяет делать шаги по энергии, а флуктуации в потерях энергии могут бить выражены. через флуктуации в пробегах на каждом шаге.

Кинетическое уравнение, описывающее транспортировку частиц на отрезке траектории, ' а такие рассеяние в конце его,' составленное из баланса дифференциальной плотности частиц I (Т.г.Е) для" одномерного случая с учетом флуктуации в пробегах, имеет вид:

1^/(2,Е) = ^сй У^СБАТ) ¿дЛТ) (Е)у (Б, и>) 2,Е) (1)

— 'У —

где - глубинная координата; £ = сагу - кос:шус угла мехзу единичными векторами и] и И}+1, совпадахаими с направлениями импульсов з и 3+1 участков траектории; Т - энергия частиц в единицах пр^; £ -длина участка траектории в единицах полного среднего пробега йо; 5 (2,Е) - функция источника.

. Искомая функция I (2,Т,Е) представляется в виде двойного ряда, причем вероятность рассеяния электрона на отрезке в заданный интервал углов определяется из теории Гоудсмита-Саундерсона.

Исходя из поставленных задач были проведены расчеты распределений поглощенной энергии и первично-смешенных атомов при раз личных-условиях облучения. „.Расчеты показывают, что распределение поглощенной энергии по глубине образца имеет ассиметричный колоколообразный вид. Максимум распределения лежит на глубине (0,2-0,3) Но проективного среднего пробега электронов в поглотителе. С..уменьшением энергии электронов максимум смешается к поверхности образца, рис. 1.

Распределение первично-смешенных атомов. в. , основном повторяет распределение по глубине поглощенной энергии. Следует отметить смещение максимумов ПСА по сравнению с максимумами поглоданной энергии _ к поверхности поглотителя, что демонстрирует^»«:. 2.

Кроме этого) наблюдается смешение края кривой к поверхности образца. Высота максимумов по сравнению с распределениями поглоданной энергии, с ростом энергии увеличивается, что обусловлено нелинейной зависимостью числа смешенных атомов от энергии падающих электронов. С увеличением энергии наблюдается значительный рост общего числа смешенных атомов'от энергии падающих электронов. С увеличением энергии наблюдается значительный рост общего числа смешанных атомов.

С увеличением угла падения пучка на поглотитель максимумы распределений смещаются к поверхности образца, при этом максимальная глубина проникновения электронов в поглотитель практически не меняется, рис.2. Интегральная энергия, поглощенная образцом, с увеличением угла, уменьшается, что обусловлено увеличением доли энергии, унесенной обратнорассеянными электронами. При больших углах падения увеличивается вероятность поглощения энергии в приповерхностных слоях поглотителя.

Особую сложность представляет учет граничных условий для многослойных систем. В связи с этим расчет искомых распределений в слоистых поглотителях требует значительно большего машинного времени.

Рис. 1. Распределение поглощенной энергии по глубине поглотителя

Рис.2. Распределение первично-смещенных атомов по глубине поглотителя

Основной закономерностью в распределениях поглощенной энергии и ПС/ в слоистых поглотителях является наличие скачков на границах разде-* лов слоев. При этом направление скачка определяется относительны!» расположением слоев. Если за слоем с меньшим атомным номером следуем материал с большим атомным номером, то имеет место резкое увеличение величины поглощенной энергии и числа ПСА во втором слое, рис. 4.

Полученные данные по пространственным распределениям поглощенной энергии и ПСА в поглотителях свидетельствуют о том, что варьируя характеристики пучка электронов (энергию, плотность тока) и условия облучения (угол падения) можно создать в образце заранее заданны« профили распределения поглощенной дозы и радиационных дефектов.

г.о

I 8'¡о-

VvVe-o

\\\ \ч\

Т.-г.Р5 Мэв

Рис. 3. Распределение первично-смещенных атомов по глубине поглотителя

Таким образом, в образцах, облученных пучками электронов, создаются градиенты неравновесных точечных дефектов, которые в сво: очередь должны приводить к возникновению потоков примесных атомов.

В работе проведены расчеты пространственных распределений тем пературных полей в поглотителях при воздействии пучков электронов : ионов. Решение уравнения теплопроводности проводилось на ЭВМ методо: конечных разностей, т. к. функция источника бралась как расчитаннО' ранее распределение энергии.

Рис. 4. Распределение первично-смешенных атомов по глубине поглотителя

Проведены расчеты температурных полей в металлах при облучении пучками электронов с энергией 2-10 ЫэВ и средней плотностью тока 10-200 мкА/см. Анализ расчетов показал, что профиль -температурного поля определяется энергией электронов, материалом мишени, тогам пуч-■са и условиями теплоотвода на границах образца. Профиль температуры то глубине образца, в основном, повторяет профиль поглощенной...энергии, т.е. имеет максимум на глубине 0,2-0,3 Р?о, рис.5.

С течением времени облучения температура в образце растер и при ^котором значении Ъ, определяемым :током пучка, материалом мжрени и условиями теплоотвода, достигает стационарного значения. Распределен ше температуры в образце всегда имеет два знака градиента температуры: положительный около поверхностями отрицательный в.глубине, гричем величина градиента температуры монет достигать 5000 К/см.

Таким образом, при облучении пучком электронов средних энергий

-

<

5

можно осуществить нагрев образца "изнутри" и создать значительны градиенты температура Варьирование параметров пучка и условий облу чения позволяет создать в образце температурное поле любой кофигура ции и любых параметров.

В третьей главе рассматриваются основные закономерности массо-переноса в сплавах при электронном облучении. Основным преимущество» пучков электронов при модификации сталей и сплавов является болыпа* глубина их проникновения, достигающая нескольких миллиметров. Инструментально облучение электронами достаточно хорошо оснащено, имеются ускорители электронов с энергией до 10 ШВ, в том числе промышленные.

Изучение массопереноса под действием пучка электронов осуществлялось на сталях и сплавах, в том числе с покрытиями. Облучение образцов проводилось на промышленных линейных ускорителях-электронов с

энергиями от 400 кэВ до 10 МзВ. Средняя плотность тока в пучке не

п ц

превышала 60 мкА/см , время облучения составляло не более 2x10 с.

Температура образца во время облучения варьировалась в интервале

350° С - 850е С.

Исследования концентрационных изменений в облученных образцах осуществлялись на шлифах образцов микрорентгеноспектральным анали-

о.о

с.о го

40 6.0 8-0 у.

Рис. 5. Распределение температуры и поглощенной дозы по глубине образца

зом. Рентгеноструктурные исследования проводились на дифрактометре "ДРОН-3", электронно-микроскопические исследования на просвечивающих электронных микроскопах.

Изучение концентрационных профилей в сплаве 40ХНЮ после облуче-

з

ния электронами с энергией 3,75 МзВ в течение 3x10 с, показало, что произошло существенное перераспределение элементов, рис. б. Произошло накопление А1 у поверхности образца и обеднение Сг и N1.

В системе никель-хром-железо толщина никеля, нанесенного гальваническим методом, достигала 5-8 мм. толщина слоя хрома, нанесенного химико-термическим методом, составляла 20 мкм. После облучения такой системы электронами с энергией 6-10 МзВ при температуре 500 С в течение 3x103 с происходит массоперенос хрома и частично железа через слой никеля, рис.7.

л, мп м

Рис. 6. Распределение элементов в сплаве 40ХЙО после облучения

При радиационном воздействии на сплав должны быть учтены, по крайней мере, два механизма, которые могут привести к заметному влиянию на перераспределение элементов. Во-первых, выделение энергии излучения неоднородно по толщине образца, что обуславливает возникновение градиентов температуры и точечных дефектов. Во-вторых, поток заряженных частиц является причиной появления неравновесных дефектов. Такие дефекты приводят к появлению нескомпенсированных потоков атомов решетки и увеличению коэффициентов диффузии.

Задача построения теоретической модели массопереноса элементов в сплавах при радиационном воздействии сводится К составлению и решению уравнений непрерывности для каждого из компонент, причем выражение для потоков должны учитывать взаимную диффузию, термодиффузию и дрейф в поде неравновесных точечных дефектов. -

Рис.7. Распределение элементов в: системе Ш-Сг-Ре после облучения

В работе составлено и решено кинетическое уравнение массопереноса, учитывающее неоднородное распределение неравновесных вакансий. Пэток компонента А имеет вид:

где'о - коэффициент взаимной диффузии "5* = Му(Ц,*Ыь+ 0^); Ид , N6 и «V - мольные доли компонентов А, В и вакансий; Е^, Еь - энергии миграции; о] и 0& - коэффициенты самодиффузии.

Согласно-Уравнению (2) поток компонента А определяется тремя слагаемыми. Первый член уравнения описывает концентрационную диффузию, второй член представляет процесс термодиффузии по неравновесным вакансиям. Направлен такой поток в сторону, противоположную градиенту температуры, т.е. более подвижный компонент накапливается у холодного конца образца. Третий член в правой части описывает процесс

^распределения элементов, вызванный неоднородным по толщине распадением неравновесных вакансий. В данном случае более подвижный иент должен накапливаться в глубине образца. Налицо наличие кондиции процессов термодиффузии и эффекта вакансионного ветра.

Выражение для потока компонента А с учетом дрейфа атомов по межузел шизму в лабораторной системе отсчета имеет вид:

I I 11

, - мольные доли медузельных атомов; Ц4, Бь - коэффициенты

аузии медузельных атомов; ЕА, Ей - энергии активации межузельных

юв.

В данном выражении для потока последние два. члена учитывают ¡ф компонентов в поле градиента температуры по межузельному меха-!у. В данном случае у поверхности должен накапливаться подвижный

юнент.

Решение уравнений (2) и (3) аналитическим путем не представля-: возможным, т.к. зависимости Т(х) и Ну(х) берутся из расчетов и югут быть представлены аналитическими функциями.

Уравнения (2) и (3) методом конечных разностей приводились к еме линейных алгебраических уравнений с трехдиагональной матри-

В силу нелинейности исходного уравнения, значения коэффициентов неизвестных брались из предыдущего слоя по времени. Поэтому полная неявная конечно-разностная схема имеет первый порядок апп-имации. Для увеличения точности расчетов уменьшались шаги по ко-нате и времени. В некоторых случаях проводилась тройная итерация ри метода прогонки, которым решалась исходная система уравнений, приводило к лучшей сходимости решения. Проведены расчеты профи-концентрации примеси в гомогенных системах при электронном и ом облучении. Решалось уравнение (2) со следующими граничными и льными условиями. Концентрация примеси в начальный момент време-адавалась одинаковой на протяжении всего образца. Распределение гратуры и концентрации вакансий бралось из рассчитанных ранее илей температуры и дефектов.

Рассчитаны профили концентрации для А1 в сплаве 40ХНЮ при облу-я пучком электронов с энергией 3,75 МэВ и плотностью тока в пуч-3 мкА/си. На рис. 8 представлены результаты расчета в сравнении зпериментальными данными.

Рис. 8. Распределение А1 в сплаве 40ХНЮ после облучения электронами с энергией 3,75 Ыз?,, для з=60 мкА/см, час, 1/эксперимент; 2/2,3,4-теория, Ь=20 мин, 40 мин, 60 мин

На рис.9 представлены расчеты профилей концентрации примеси I сплаве, содержащэм 20Х компонента и с энергиями' миграции, соответствующими Сг и А1. Поведение концентрационной кривой типично дл! процесса массопереноса при электронном облучении.

Рис. 9.

Расчетные профили концентрации примеси в сплаве типг Сг - 0,2 А1 при облучении электронами с энергией 4,2 ЫэЗ 3 = 60 мкА/см, t » 1 час

Примесь подтягивается ив глубины' образца, имеется небольшой максимум, затем обедненная зона и зона, обогащенная примесью.'

В случае, когда примесь имеет более высокую энергию миграции, чем атомы матрицы, идет накопление примеси-в глубине,образца, рис.10..

Рис. 10. Распределение 31 в стали 40х после облучения

В данном случае рассчитывались концентрационные профили в стали 40х. Для упрощения расчетов бралась бинарная система Ге-0,0551. Из рисунка видно, что кремний постепенно вытесняется из областей с высоким градиентом температуры, т. е. от поверхности.

Проведен анализ зависимости массопереноса в бинарных системах от условий облучения. Показано, что, во-первых, имеется определенный оптимальный интервал температур, в котором наблюдаются эффекты перераспределения элементов. Для. сплавов на основе железа этот интервал составляет 500-700*С. При температурах ниже 500°С коэффициенты диффузии очень малы и атомы имеют малую подвижность, фи высоких температурах преобладает диффузионный член в уравнении, а скорость дрейфа очень мала В этом случае эффекты восходящей диффузии малы по сравнению с нормальной. При низких температурах эффекты обратной диффузии проявляются наиболее отчетливо, но времена, при которых можно наблюдать эти явления, превосходят реальные возможности эксперимента.

Во-вторых, имеется зависимость эффектов восходящей диффузии от

параметров пучка электронов. Энергия электронов оказывает влияние на скорость массопереноса. При низких энергиях (около 1 МэВ) максимум профиля поглощенной дозы находится на глубине порядка 1мм, а при высоких (ЮМэВ) - на глубине около 8 мм. В следствие этого профили распределения температуры и дефектов имеет большие аначения градиентов при низких значениях энергии электронов и, следовательно, скорости массопереноса выше. Однако, при энергиях ниже 1 МэВ вероятность образования точечных дефектов очень незначительна. Таким образом, наиболее благоприятный интервал энергий электронов при наблюдении массопереноса - (1т6) ШR Шотность тока пучка электронов определяет как скорость введения дефектов, так и температуру образца Эксперименты и теория показали, что при плотностях тока ниже 50 мкА/см1невозможно достичь оптимальной температуры, а при J > 120 мкА/см*, температура образца может достичь температуры плавления. В экспериментах существенную роль играет теплоотвод с поверхности. Как показывают расчеты, теплоотвод определяет при данном токе пучка температуру в максимуме, и, что самое главное, градиент температуры. Этот факт объясняет отрицательные результаты по ыассопереносу во многих экспериментах по облучению пучками электронов. Облучение в вакууме приводит практически к нулевому градиенту температуры, а облучение без обдува хотя и обеспечивает некоторый теплоотвод, но не дает значительных градиентов температура Кроме этого, хороший теплоотвод позволяет при данной температуре в максимуме, значительно повысить ток пучка, что обеспечивает увеличение числа неравновесных точечных дефектов.

Таким образом, теоретически и экспериментально найдены оптимальные режимы облучения для протекания процессов массопереноса: энергия пучка электронов -(1^6) МэВ, плотность тока пучка - (50-100) мкА/см,' обдув потоков воздуха, азота или аргона. Температура в глубине должна быть около 500*С. Эти режимы были определены для образцов на основе желеаа, для других видов сплавов режимы облучения необходимо подбирать дополнительно.

' В производстве имеется много задач, связанных с поверхностным легированием металлов и сплавов. Легирование идет, как правило, из нанесенного на поверхность изделия покрытия.

' Проведены расчеты профилей концентрации в системе Fe-Ni. Слой ' никеля толщиной 10 мкм был нанесен на железо.. Облучение проводилось электронами ¿ энергией 4,2 МэВ, плотностью тока бО.мкА/см. Распреде-

аение N1 по глубине приведено на рис. 11.

Кривая 2 показывает диффузионный профиль N1 в отсутствии дрейфовой скорости.

Рис. 11. Распределение Ш в железе после облучения электронами с

энергией 4,2 МэВ, j - 60 мкА/см 1 - исходное распределение; 2 - распределение без учета дрейфа; 3 - распределение после 1 часа облучения; 4 - распределение после 2 часов облучения.

На рис. 12 приведены концентрационные профили никеля в системе

ЬЬ-Сг-Ре после облучения пучком электронов. Из расчетов следует, что никель с поверхности переместился в глубь образца и распределился тонким слоем на границе с железом.

В ряде случаев массоперенос в сплавах происходит с образованием фаз. Проведены расчеты по перераспределению пленки углерода в гклезе при облучении пучком электронов. Пленка углерода считалась бесконечным источником на поверхности, скорость дрейфа не учитывалась, но было введено условие образования фазы со стехисметрическим составом соединения

На рис. 13 приведены профили концентрации углерода. Кривая 1 показывает поведение углерода в системе, необразующей фазу, кривая 2 - с образованием фазы Ре^С^. Ширина полочки зависит от соотношения коэффициентов диффузии в чистом железе и в соединении.

В четвертой главе исследованы эффекты в твердых телах, обусловленные действием мощных импульсных ионных и электронных пучков.

Рис.12. Распределение никеля в системе Ш-Сг-Ре после облучения

Рис. 13. Распределение углерода в железе при облучении пучком электронов

1 - распределение без учета образования фазы;

2 - распределение с учетом образования фазы Ре«,С6.

Мощные импульсные пучки заряженных частиц в последнее время привлекают все большее внимание ученых и технологов как универсальное и простое средство повышения эксплуатационных свойств изделий. Важным вопросом при модификации материалов МИЛ является массоперенос и изменение структуры и фагового состава сплавов. Этот вопрос доста-

точно хорошо изучен для имплантации металлов слаботочными пучками. Сильноточные пучки характерны тем, что в образец вводится за малый промежуток времени очень большой поток мощности. Это приводит к быстрому разогреву материала и последующему сверхбыстрому охлаждению, что создает предпосылки для образования и стабилизации в'! сплавах сверхнеравновесных структур.

Основное отличие во взаимодействии МИЛ с веществом заключается

I

в большой плотности энергии, тока и заряда по сравнению со слаботочными пучками. Поэтому на прохождение МИЛ через вещество оказывают влияние такие факторы, как собственное электромагнитное поле» пучка, накопление объемного заряда, изменение электрофизических и механических свойств среды. Все эти факторы приводят к перераспределению поглощенной энергии пучка. Ранее в наших работах было показано, что распределение центров окраски в щелочногалоидных кристаллах (ЩГЮ в определенном интервале доз полностью определяет пространственное распределение центров окраски в ШГК, имеется возможность с достаточной достоверностью восстановить распределение поглощенной энергии, которое является одним из основных параметров взаимодействия частиц с веществом.

В работе проведена калибровка метода измерения пространственных распределений поглощенной энергии. Проведено сравнение расчетных и экспериментальных профилей распределения центров окраски и поглощенной энергии. Показано, что распределение центров окраски полностью совпадаем расчетными распределениями поглощенной энергии, рис. 14.

Исследования профилей центров окраски показали, что на глубине 1,5 йо (полного среднего пробега) имеется максимум, который связан с каналированием электронов.

Периодический характер траектории заряженных частиц при их движении в ионных кристаллах приводит к генерации излучения на свободных электронах. Рассчитана частота и интенсивность дополнительного излучения позитронов и электронов при их движении в каналах ШГК.

Исследовано пространственное распределение поглощенной энергии в ЩГК, генерируемых импульсным сильноточным электронным пучком. Гра-нчная энергия электронов Тгр = 1 МэВ, плотность тока в импульсе 20 мкА/см! длительность импульса 60нс. Результаты измерений профилей глубинного распределения центров окраски в кристаллах ИаС1 приведены на рис. 15.

*)

е оь

/ Ш 1

/ г / > I

! V / \

\

X -ч- \ N

° ofi ср Px/U о£ Qt qi> ср -fotj^

'J

•Ö ?

bot

►Г

o,2

1 ■• о-Ж ..... а L и к.. ö 1 >~'

Г f Г г i \

\

v v\ \

■ч x V.

0 ot2 04 ofi qs ijo о Q2 Qj o,6 <jy -f.o " */£.■■ Рис. 14. Распределение центров окраски по -глубине поглотителя KCl. Сплошная,;кривая. - расчетная для электронов

а) облучение электронами с энергией 1 и 2 МэВ при '- нормальном '<*' ■ падении на поглототель* . ••-•-••••

б) облучение электронами с энергией 2. МэВ при углах 'Падения 20*

20 V

Л,мм

Рис. I*. Пространственное распределение центров окраски в

кристалле N301, генерируемых электронным пучком 1 - ЭСГ - 2,5; 2 - сильноточный электронный пучок, сразу после облучения; 3 - СЭП, через 24 часа после облучения.

Сравнение профилей центров окраски, генерируемых сильноточным электронным пучком, с профилями, генерируемыми слаботочным пучком электростатического ускорителя ЭСГ-2,5, показывает, что наблюдается заметный сдвиг максимума распределений к поверхности кристалла при одинаковой величине заряда, инжектированного в кристалл. Различие в распределениях поглощенной дозы обусловлено тем, что с одной стороны, спектр электронов ускорителя "Тонус" отличается от ..'энергетического спектра ЭСГ-2,6. С другой стороны, на прохождение электронов влияет поде объемного заряда термализованных первичных и 8"- электронов. Электроны переднего фронта импульса ускорителя проникает в кристалл и распределяются по глубине в соответствии с обычным законом распределения. Малая длительность импульса исключает растекание инжектированного" объемного заряда иди его компенсацию. Напряженность поля объемного заряда термализованных электронов достигает 1 МВ/мм, что сравнимо с дисеипативной силой, численно равной удельным потерям энергии йТ/с1х. Последующие электроны сильноточного пучка тормозятся в поле объемного заряда. Это приводит, во-первых, к уменьшению глубины проникновения электронов в вещество и отражении их части и, во-вторых, к ускорению электронов, прошедших плоскость нулевого поля. В результате этого изменяется пространственное распределение поглощенной энергии, максимум распределения сдвигается к поверхности и уменьшается общая величина поглощенной энергии, одновременно образуется длинный хвост, связанный с ускоренными электронами.

В работе разработан метод восстановления "эффективного" энергетического спектра заряженных частиц по измеренному профилю плотности центров окраски. Этот спектр в большей степени соответствует реальной картине взаимодействия пучка с веществом. В частности, на рис. 16 представлены распределения плотности центров окраски сильноточного импульсного ускорителя электронов с граничной энергией Егр-350 кэВ и восстановленный энергетический спектр.

Спектр имеет вид с двумя максимумами, причем энергия электронов в спектре достигает 600 кэВ, что почти в 2 раза превышает граничную энергию ускорителя. Этот факт может быть-связан либо с резонансным ускорением в самом ускорителе, либо с,, автоускорением в самом кристалле.

Яри определенных условиях воздействие мощных.ионных-и электронных пучков приводит к образованию на поверхности -микрократеров. В ' этом случае, характер воздействия пучка на материал в значительной

степени определяется процессами конвективного тепло- и массопереноса в аоне. {футеров. .>

Рис.16. Распределение плотности центров окраски и расчетный энергетический спектр пучка электронов . а) распределение центров окраски; б) расчетный энергетический спектр.

При воздействии на металлы пучка модифицированного ускорителя "Темп" с параметрами: граничная энергия Erp -(0,240,4) МзВ, плотность тока в импульсе - э=(20*250) А/см? длительность импульса

£»(60400) не, на поверхности формируется характерная оплавленная поверхность. С уменьшением плотности тока на поверхности появляется характерные кольцевые структуры, размером около 20мкм. Форма й размеры кратеров определяются плотностью тока пучка и расстоянием от анода до образца. Формирование рельефа поверхности металлов под действием МИЛ можно объяснить тем, что мощности всего пучка или отдельных его частей достаточно, чтобы расплавить поверхностный слой. При этом выделение энергии по плошади поверхности образца можвт быть неравномерным .вследствие- локального выделения энергии на яеоднород-ностях образца или из-за неоднородности плотности пучка. Образование микрократеров при воздействии на материалы концентрированных потоков энергии происходит вследствие локального выделения энергии в малом-об^ече, на глубине равной пробегу ионов. В случае, если энергии

достаточно для перехода вещества мишени в парожидкостную фазу, происходит разрыв поверхностной пленки и выброс расплава на поверхность. Если давление в этой зоне недостаточно, то металл кристаллизуется и, вследствие деформации, формируются кольцевые структуры.

Неоднородности пучка сильноточных ускорителей возникают из-за взаимодействия частиц с' 'собственным магнитным полем - нитеванием пучка Другая возможность: формирования кратеров связана с локальным рассеянием энергии на различных неоднородностях кристалла (пузырьки газа, дислокации и др.).

Исследование косых шлифов образцов, на поверхности которых были обнаружены микрократеры, показало, что в зоне кратера существуют участки в виде застывших фрагментов, характерных для взрывного вскипания. Размеры этих локальных участков, а также глубина их залегания соответствуют размерам кратеров, глубине их возможного зарождения. Существование таких зон свидетельствует в пользу интенсивного конвективного массопереноса, в зоне кратеров. За время существования

. -е

жидкой фазы в зоне кратера (с ~10 с) при коэффициентах диффузии 10*- 10 сФс, примесь может переместиться на глубину до 10 мкм, что соответствует экспериментальным данным по перемешиванию пленок с подложкой МИЛ. Глубина легирования при действии МИЛ не может быть объяснена в рамках молекулярной диффузии. В работе обнаружено явление массопереноса тяжелых примесей на глубину, значительно превышающую глубину пробега ионов ШП, рис. 17.

Рис. 17. Распределение легирующих элементов в стали Р6М5 после воздействия МИЛ

В образцах стали . Р6Ш при действии пучкз с энергией частиц в спектре (0,2í0,6) МэВ и плотностью тока около 100 А/сьГпри длительности импульса с~80нс, обнаружены максимумы концентрации V, Мо, V f на глубине .50-40 мкмГГлубины перераспределения элементов значительно превышают глубину пробега ионов пучка (Rc-O.i мкм). 'При облучении МИЛ плотность потока мощности превышает 4xÍÓ7Bt/ci£?'В облучённой области происходят интенсивные пароплазменные процессы,^'сопроводцаю-щиеся практически мгновенным разогревом и испарением материала. Разлет исларенного вещества приводит к сжатию облученной области и генерации ударной волны. В ударной ¿олне за счет скачка плотности создаются значительные градиенты температуры и давлений. Таким образом, на фронте ударной'волны происходит "разделение компонентов сплава. Глубина переноса массы"зависит от мощности пучка, 'от свойств материала и КОДИЧеСТВа импульсов." ' ■■':■<•■;■.

Таким образом, при воздействии МИЛ наблюдается значительное перераспределение легирующей примеси. Приповерхностное легирование связано с конвективным массопереносом в зоне кратеров, а глубиннбе *-с массопереносом на фронте ударной волны.

Возможности использования МИЛ для перемешивания нанесенных на металлы и сдлавы покрытий и перераспределения элементов сплавов могут привести к формированию новых структур и фаз, представляющих чрезвычайный интерес для металлургии, машиностроения и других отраслей промышленности.

В работе электронно-микроскопическими, рентгеноструктурными и металлографическими методами исследованы структурные и фазовые изменения в двойных и тройных металлических системах при воздействии МИЛ, исследовались смешивающиеся и несмешивающиеся системы.

В системе Fe-Pb, которая является полностью несмешшагацейся, обнаружено перемешивание РЬ и Fe и образование соединения FePb, рис. 18.

В системе Fe-Al обнаружено, что произошло перемешивание и образование двух фаз. Одновременное присутствие двух фаз в системе после воздействия МИЛ, а также учет формирования этих фаз в равновесных условиях, позволяет сделать вывод о неоднородной распределении концентраций перемешиваемых атомов и, в соответствии с этим температурных шафъ в поверхностном слое облученной поверхности.

В системе Fe-Cu, которая в жидком состоянии полностью вмешиваема, а в твердом состоянии растворимость очень ограничена, наблюда-

ется значительное превышение предела растворимости Си;и

В тройных системах Fe-Cu-Ag, Fe-Cu-Al, Fe-Pb-Al и Fe-Ag-Cu образуются сложные структуры, представленные кристаллической и аморфной составляющими. Изменение структуры и фазового состава поверхностных слоев сплавов увеличивает их коррозионную стойкость. Исследование электрохимических процессов в буферном боратном электролите ut- железа, облученного МИЛ, показали, что коррозионная стойкость резко увеличивается (анодный ток пассивации уменьшается в 10-15 раз). Увеличение коррозийной стойкости связывается с образованием поверхностной аморфно-неравновесной структуры.

Рис. 18. Энергетический спектр обратного резерфордовского

рассеяния системы Ре-РЬ 1 - без облучения; 2 - после облучения.

В работе проведены исследования структурно-фазовых изменений в материалах при действии сильноточного импульсного пучка электронов, с целью отработки технологии финишной обработки изделий.

В качестве источника электронного пучка использовался ускоритель с энергией (120т200) кэВ, плотностью тока 200 мкА/см'с выведенным в атмосферу пучком через систему дифференциальной откачки.

В работе реализовался последовательный подход к решению задачи отработки технологии модификации материалов пучком электронов. На первом этапе проводится расчет пространственного распределения поглощенной энергии в системе дрейфовый промежуток - материал. Получен-

ныё при " этом профили поглощенной энергии является оснобойдля расчета пространственною распределения температура" В свою ¿череда, знание температурных шлей в материалах служит основой для прогноза условий на'технологические процессы.

ЙЬ вышеизложенной методике многошагового метода в одномерной

геометрий облучения.....

энергии в системё

проведены расчеты распределения поглощенной слой азота при нормальном давлении и образец с преобладающим содержанием железа. На рис. 19 представлены расчетные распределения плотности поглощенной энергии на один электрон пучка в системе азот-железо.

Кривая 6 соответствует распределению плотности энергии в однородном слое азота. Наличие образца из железа влияет на распределение поглощенной энергии в, слое азота. Обратно-рассеянные в железе электроны повышают плотность поглощенной энергии в'азоте. Наличие же слоя азота перед железным образцом уменьшает энергопоглощение образца как в интегральном смысле, >ак и в смысле глубины воздействия пучка на образец. С ростом толщины азотного слоя кривая распределений плотности энергии в железе сдвигается в сторону передней границы.

Рис. 19.. Распределение поглощенной энергии в системе азот-железо ■ ■ •

Эти результаты являются основой для расчетов пространственного распределения в образцах и выбора геометрических условий облучения. Расчеты температурных полей в образцах при импульсном облучении

концентрированным пучком электронов с энергией 120 кэВ показывают, что зона воздействия пучка имеет размеры около 20 мкм. На границе зоны воздействия пучка с глубинными слоями образца градиент температуры достигает значения 10*К/см.

После импульса электронов происходит охлаждение зоны воздействия с темпом охлаждения 10 К/с. С увеличением числа импульсов происходит как увеличение температуры в зоне облучения, так.л. прогрев всего образца. Оплавление образца происходит с передней стенки. Импульсное облучение приводит к температурному "встряхиванию" зоны облучения и появлению знакопеременных деформаций. Темп нагрева при

Рис. 20. Зависимость температуры образца от числа импульсов

Облучение электронными пучками различной интенсивности на перд-мет отбеливания подвергались образцы серого чугуна СЧБ и С413. Исследования показали, что в пределах границ электронного следа оплавленный слой состоит из отдельных каплевидных образований, в кото-. рых жидкий металл после кристаллизации превращается в ледебурит. Характерным как для чугуна СЧ5, так и С413 является неоднородное распределение микротвердости в пределах следа. При всех длительностях импульса облучения имеются оплавленные участки, которые практически не протравливаются, графитные включения в них почти полностью

¡ 5

отсутствуют.. .Микротвердость этих участков составляет Н^ . 1100 . МПа, что свидетельствует о раствррении графита в жидком металле и последующей, отбеливании^ и закалке вследствии быстрого отвода теплоты вглубь материала. В результате такой обработки образуется дедебурит-ная фаза, в которой может существовать дисперсная графитная- фаза.

' Исследования показали, что оплавление, как правило, идет на пластинах графита, т. е. в местах их наибольшего содержания на фоне других структурных составляющих.

В заключении и выводах сформулированы основные результаты диссертационной работы, которые состоят в еле думцем:

1. В результате экспериментальных исследований показано, что при воздействии пучков электронов средних энергий 0,5 10 ЫэВ на материалы, происходит аномальный массоперенос, приводящий к накоплению примеси у поверхности или в глубине материала. Выявлены основные закономерности массопереноса и определенны зависимости накопления элементов от энергии электронов, плотности тока пучка и условий облучения.

2. Разработан метод расчета пространственных распределений поглощенной энергии и точечных дефектов в материалах, основанный на решении кинетического интегрального уравнения переноса многошаговым методом. В рамках метода:

- рассчитаны профили поглощенной энергии в различных поглотителях для энергий электронов от 100 кзВ до 10 МэВ;

- рассчитаны профили пространственных распределений точечных дефектов с учетом их диффузии и рекомбинации;

- рассчитаны профили концентрации точечных дефектов в слоистых поглотителях.

3. Разработан метод расчета температурных полей в образцах при облучении пучками заряженных частиц и рассчитаны профили температуры в металлах при различных условиях облучения. Расчеты показывают, что профили температуры имеют максимум в глубине образца, что является уникальным способом. , нагрева материала. Варьируя параметры пучка и условия облучения, имеется возможность создания в образце температурного поля любой конфигурации и любых параметров.

.4. Разработана модель массопереноса в бинарных металлических системах, основанная на решении кинетического уравнения переноса с учетом градиентов точечных дефектов и температуры. При этом:

. - разработан численный метод решения нелинейного дифференциадь-

кого уравнения второго порядка и рассчитаны профили концентрации элементов при облучении металлов и сплавов пучками электронов и ионов;

- обсуждены механизмы массопереноса в металлических системах при радиационном воздействии;

- исследовано влияние фазообрааования в зоне действия электронных пучков и рассмотрены механизмы образования неравновесных фаз и соединений.

5. Разработан способ измерения пространственных распределений поглощенной дозы пучков заряженных частиц, заключающийся в измерении профилей распределения центров окраски в щелочногалоидных монокристаллах. Введено понятие "эффективного", энергетического спектра электронного пучка и разработан метод расчета энергетических спектров по измеренным профилям центров окраски в ЩГК.

6. Исследовано действие мощных импульсных пучков (МИЛ) на металлы и сплавьс

- изучен массоперенос и перемешивание в бинарных системах при действии МИЛ и предложены механизмы, объясняющие наблюдаемые экспериментальные данные;

- проведены исследования структурных и фазовых изменений в бинарных и тройных системах при действии МИЛ и обнаружено существование неравновесных фаз и соединений;

- предложены технологии обработки изделий мощными ионными пучками с целью повышения их эксплуатационных свойств.

7. Проведены теоретические и экспериментальные исследования действия импульсных электронных пучков на конструкционные материалы и показаны возможные пути их применения для модификации изделий.

Основные результаты работы опубликованы в следующих научных трудах:

1. Воробьев С. А., Плотников С. Е , Цехановский Л А. Каналирова-ние релятивистских электронов в кристалле кремния. //"Письма в ЖГФ". 1975. Вып. 21, т. 21, с. 989.

2. Воробьев С. А., Цехановский И. А.,,. Плотников С. а , Кошеев В. П. Особенности угловых распределений электронов за кристаллами кремния. // Изв. АН СССР. Сер. физ. 40. 1976. N 8, с. 1662.

3. Бабудаев А. Я. , Воробьев С. А., Плотников С. В., Каплин В. К , Шпов Д. Е. Эффект плоскостного каналирования быстрых электронов в монокристаллах.// ФГТ 18, N 10,1976, с. 3131.

4. Заводовекая Е. К., Воробьев С. А., Плотников С. В. , Пред в. А. Ориентальные зависимости интегрального выхода люминисценции мо-HOKpcTapoB .QsJ (Т1). /А 'Изв.- Вузов "Физика". N10, 1976, с. 136. '

5> -Воробьев А. А., Плотников С. Е ; 'Кузьминых Е А.', Воробьев С. А. Генерация вторичных электронов и радиационных дефектов в веществе ■при поглощении электронов. // Изв. Вузов "Физика". N 4, 1977, 105.

6. Воробьев С. А., Плотников С. В., Розум Е. И. Особенности расп-. ределения поглощенной энергии электронного пучка в кристаллах> //'.'Письма-® ЖГФ". Вьет. 4,- N1', '1978. 20-23. ......

7. Вабудаев А. Я , Плотников С. Е , Воробьев С. А. Устройство для ориентации электронно-оптической системы. // А. с. N 594605.

,, 8. Прец Е А. i Плотников О. Е , Кузьминых Е А., Розум Е. И. Ориён-тационная . зависимость выхода люминисценции, возбуждаемой электронами с энергией 0.;8-2,5 МэВ в ЩГК.У/ Изв.Вузов Физика. 1 N 3,1979, с. 75. , 9. ..Каплин ЕЕ, Плотников С. Е, Воробьев С. А. Излучение заряженных частиц при каналировании в деформированном кристалле. // ЖГФ. ..N 3, 1980, с. 676. - - ' " '

10. Воробьев С.А., Каплин ЕЕ, Плотников С.Е , Попов Д.Е. Те. невой <,еффект для рассеяния:быстрых алектронов в кристалле кремния.//

ФГТ. Н 22,-в. 8, 1980, с. 2058.

11. Бабудаев А. Я., Плотников С. Е , Воробьев е. А. A. c. 5946Ö5.

; - 12. Воробьев С. А. , ПреЦ Е А., Плотников С. Е , Федущак Е Ф. А. с. .736030. v ---------------------' '

13. Розум Е. К, Воробьев С. А;'Плотников С. Е , Каплин ЕЕ A.c. 731619. • • ■

14. Вабудаев А. Я., Воробьёв ' С. А. , Плотников С. Е , Медведев ,Е:Е-., Розум Е. И. A.c. 715943. ''

15. Назаров Ю. К., Плотников С. Е , Воробьев С. А. А. с/" 1319715 . (1987).

-; 16. Плотников С. Е , ПоГреОняк А. Д., Ремнев Г.Е. , ' Струц ЕК. Воздействие мощных ионных пучков на металлы и сплавы (обзор). // Деп. N 7Д83-1388.1988, 116 с.

17. Владимирский Р. А., Лившиц Е Б., Паюк Е А. , Плотников С. Е , Кузьминых Е А. О возможности использования облучения электронами высоких энергий для легирования материалов. // Металлы. N 5, 1988,

с. 128-133. .-V'...,. - - - -

18. Погребняк "А.Д., Наумович А. И., Плотников С. Е , Толопа А.Ы. Ионное перемешивание и модифицирование поверхности металлов и спла-

. _ ■ !*л«3-Ь Xldg•»'.»-V '*'

m непрерывными и импульсными ионными пучками.// Деп. ВИНИТИ, „у (Д. ж. "Изв. ВУЗов". Физика, Томск, 1990, 269с.

I. Исаков И. Р., Плотников С. В., Русин 1й Г. Способ нанесения «рытий на изделия из металлов и сплавов.// А.с. 1468017 15 ноября, 188. , ■:•„.....

20. Плотников С. В. , Массоперенос элементов в гетерогенных гстемах при радиационном воздействии.// Еибл. указ. ВИШ1ТИ. М. , N !/230/. 1990, 69с. . ,

21. Плотников С. В., Гейнеман А.Э., Кузьминых В. А. Прост-лственное распределение радиационных дефектов и поглощение энергии веществе при облучении сильноточными импульсными пучками. // Деп. ИИТИ, М., N 7 /237/, 1991, 36с.

22. Плотников С.В., Кузьминых В.А. Способ получения радиопогло-нных покрытий. А. С. 1810942, 1992.

23. Плотников С. В. , Ремнев Г. Е., Погребняк А. Д. Массоперенос и руктурно-фазовые превращения в многокомпонентных системах при мощ-м импульсном воздействии.// Сб. трудов III Конф. Модификация ойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц. Томск, 94, с. 90-93.

24. Плотников С. В. , Гейнеман А. Э. Формирование фаз на свободных верхностях металлов в условиях облучения. // Там же, с. 151-154.

25. Плотников С. а , Гейнеман А. Э. , Кузьминых В. А. Массоперенос металлических системах при электронном облучении. // Сб. "Волновые оцессы". Мин. образов. РК. 1994, с. 38-45.

26. Tsekhanovskv I. А. , Plotnikov S. V. , Vorobiev S. A. "Elektron ttering in III Si crystals //Abstracts of VI Int. Conf. Atomic.

II. in Solidy Amsterdam 1975 p. Ill

27. Didenko A. N., Vorobiev S. A. , Karl in V. V., Plotnikov S. V.,. min W. I. "Channeling of the relativistic electrons. Theory and periment".//Pleminary programs and of papers presented of the VII tern Conf. .Atomik. Coll in Solids. Ktoscov 1977. p. 68.

28. Rozum E. I. , Kuzimich V. A. , Vorobiev S. A., Plotnikov S. V. " nneling effects of fast electrons on the luminiscencej jield, Qf ; CI crystals".//Phys Stat. Solidi, 1978,48A p. 2. . |

29. Rozum E. I., Plotnikov S. V., Vorobiev S. A. "Depth . | strubution profiles of colour centers produced.in alhali halides С

electron irradiation".//Physics. Letters 1979 V 69A,N 5, p. 338. \

30. Kuzminikh У. A., Vorobiev S.A., Plotnikov S. V. " Study of I

Ceneradion...of seçondury electrons arul,radiation defects in alhal: halides irradiated with swift elektrons".//Rad Eff. 1979 , 40. .p. 135.

31. Kaplin V. V, , Vorobiev S.A. , Plotnikov S. V. ."Radiation of channeled electrons . in deformed ..crystals".//Phys. Stat Sol (b), 1980, V. 97. p. 2.

32. Popov 0. E., Kaplin V. V. , ... Plotnikov S. A., Vorobiev S. A. ' Study of bloching-effeots for swift electrons in. silicoi crystals".//Phys. Stat. Sol (b). 1980. V. 94, p. 64.

33. Popov D. E., Rozum E. I. , Kostareva 0. I., Plotnikov S. V., Vorobiev S.A." Orientahional population of.guantum states for fast electrons in planar channeling".//Phys. Stat. Sol (b). 1980, V 102, N 2,p. 104.

34. Karpov. V.Y., Koishibaçv. R. T., Plotnikov S. V. " Ion mixing ol Single-bayers and multilayers Struktures expased to high .powex beams".//.6-th Int Conf. in Jon Beam Modification of Mater. . Tokio, Japan lune 12-17, 1988. , -

35. Chistjakov S.A. , Kuminikh Y.A., Plotnikov S.V., Rusin Y..& " Ion Mixing of Near Suzfase Rayers ,in Au-Cu, Cu-Mo susterrc irradiatid by HPI,//Phys. Lett. 1988, V131, N 1. p. 73-77.

36. Pogrebnjak A. D. , Rusin. Y. G., Plotnikov S. V., Remne.w G.E. "Sturture-pfiase transfoptions i.n multjlajered.-insoluble ^.system; irradiatid.by ^high power, i.Qp beans". //Abstracts Inter Conf.;~ lor Implantation, in Semiconductors and otver. materials., ..Lublin,Polanc 1988, p. 138. .-..• .

37. ValiaevA.N. , Pqgrebnjak A. D., Plotnikov S. V., Remnev G. E. "Mechanical and radiation effects in metals exposed to high Power". //-/-/- p. 163.

38.> Pogrebhjak A. D., Plotnikov S. V, Remnev &E. "HPIB - inducec melting and mixing in depesited structure". //Inter Conf. or Sucrface modification of metals by ion beams. Del. Carde Italy, September, 1988, p. 17.

39. Plotnikov S. V. "High power Ion - Beam induced Melting ir Deposied structures".//Mat. Science and Engineering. 1989, a 114, p. 26-31. • . ...

40. Plotnikov S. V., Rusin Y.G., Stuckert Y. A. "BCC - Fe corrosion f&sistafice ofte high power pulse . ion bean irradiations..//Abstracts 3-rd Inter. Conf. on Energy pulse and particle beam modifie, of materials. 1990. p. 5.-17.

41. Plotnikov S. V. , Stuekert Y. A. , Rusin Y. G. "The uniform e-Pb formation fofer pulse ion beam irradiation".-//- p. 48.

42. Plotnikov S. V. , Rusin Y. G., St;ucert Y. A. , Remnew G. E. , ogrebnjak A. D. "Structure - Phase transpration in bimetallic ystems under power pulse influehce".//Phusisal Research, 1989, V 13,

305-307. '

til \ . ••

43. Nazarov Y. K., Petrov V. A. , Valiaev A.N. , Parfenov LI., lotnikov S. V. "Ion beam and electron microgropy analysis of ion ixed bon metal multioplayers".//IBA II-Absr. Book. Hungary 1993 .413.

44. Valiaev A.N., Nazarov Y. K. , Plotnikov S. V. "Conlex chemikal nd Ion Beam Technology Enpoyment for Alloy wear Resistance einforeement".//Proc. of IV Intern. Conf. EBT-94, Varna Bulgaria,

994, p. 255-260.

45. Плотников С. В. "Модификация металлов и сплавов ионными и лектронными пучками". //Новости науки Казахстана, Казгое ИНГИ, 1995,

. 25-26.

ПЛОТНИКОВ СЕРГЕИ ВИКТОРОЭДЧ. Массаны.тасымалдау жэне'радиацияль»; ' эсер кеэтнде материаддарда болатын щурылымдык; фаэалык; вэгёртстер. Жумыс зарядталган белшектер шо^тарынын эсертнен болатын цаФты лене-лердегх массаларда тасымалдау процесхн Еерттеуге арналган. Электро! сзулеленд!ру кеэгнде н;орытпалардагы массаш тасымалдау зацдылыцтар эерттеледх, эксперимент маглуматтарын TYciHflipeTiH модель'жасадпы. Модель нтателтк ацаулардац epic градаенттертндегх коспа дрейфхмен температураны есепке алатын диффуриянын кинетикалкк, теНдэулергн шешуге негтрделген. Косьшдылардагы куатты импульсивТ1 иондак; жэнё олектрондыц зсер кегчндэг! массаны тасымалдау жене к,урылымдык; фаза-лын; еэгергстер верттелген. Массаяы тасымалдау механизмдерг царалкп аса тепе-тен емес фазалар мен цосылыстардкц жасалуы эерттеледт. Зарядталган белшектер шоцтарыыен паттарды еЧдеу технологи ясъ: усынылган.

PLOTNIKOV SERGEI VIKTOROVICH

Mass transferece and structural and fase changings ii substances at the irradiation effect

The present work deals with the study of mass transference processes going under the influence of beams of charged particles. The laws of the mass transference in alloys during the eleotronil irradiation have been studied. The explanatory model is based on thi solution of the kynetic diffusion eguation, considering the drift o: the admixture within the fields of dotted defects and temperature gradients. The Mass transference and the structural and phas' changings in alloys at powerful impulsive ionic and electron! irradiation have been investigated. The mechanisms of the mas; transference and the formation of extra unegually weighed phases an compounds have been under consideration. The technologies of th processing of devices with the help of the powerful beans of charge particles have been offered.