Модификация физико-механических свойств металлических материалов электронными и ионными пучками тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

Сумеький державши! уншерснтет

ПЛ0ТН1К0В СЕРГ1Й В1КТ0Р0ВИЧ

ЛЮДИФ1КАЦ1Н Ф13ИКО-МЕХА1ИЧННХ ВЛАСТИВОСГЕЙ МЕТАЛЕВИХ МАТЕР1АЛ1В ЕЛЕКТРОННИМИ ТА ЮННИМИ ПУЧКАМИ

01.04.07- фпика твердого тша

Автореферат дисертаци на здобуггя паукового ступеня кандидата ф1зико-математичних наук

УДК 539.121.8.04

Сум» 1998

Дисертащею е рукопис

Робота виконана на кафедр! ф'вики твердого тша Швшчно-Казахстанського техшчного ушверситету. ММстерство освгги Республки Казахстан.

Науковий кер1вник кандидат ф!зико -математичних наук, доцент ВАХШОВ ОЛЕКСАВДР НИКИФОГОВИЧ Схщно-Казахстанський техшчний ушверситет, м.Усть-Каменегорськ (Республка Казахстан), доцент кафедри ф1зики твердого тша

Офщшш опоненти: доктор техшчних наук

тюрш юр1й миколдевич

1нститут електрозварювання iM. е.Патона HAH Украши, вщц'ш плазмових покритпв ст.науковий сшвр о батник

доктор фвико-математичних наук ЧЕПУРНИХ пенндщй КУЗЬМИЧ 1нсшуг прикладноТфвики HAH Украши, провщний науковий сп'шробггник

Провщна установа Харшвськийдержавний университет,

кафедра ф1зики твердого тша

Захист вщбудегься « С » травня 1998 р. о № год. в ауд. ET 216 на засщант спещщ'вованоТ вчено1 ради Д 55.051.02 при Сумському державному ушверсггеп (244007, м.Суми, вул.Р.-Корсакова, 2, СумДУ).

3 дисертащею можна ознайомитися у науковш б1блютец1 Сумського державного уиверсигету (м.Суми, вул.Р.-Корсакова, 2, СумДУ).

Автореферат розклано « 4 » квшш 1998 року

Вчений секретар Х-)

спецал1зовано1 вчежн ради, -

к.ф.-м.н. '4' ОПАНАСЮК A.C.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальшсть теми. Поява лазер1в, як сильно-струмових електронних прискорювач^в (СЕП) та потужних 1мпульсних юнних пучк1в (ПИП) дала можливють для одержання та вивчення нових вид1в впливу концентрованих потошв енергн на матер1али. На вщмшу вщ традицшних, щ види сполучуготь одночасно мехашчну, теплову та радгацшну д1ю { створюють у макрооб'емах таю висом щшьносп збуджень в електроншй (ЕП) та ядершй шдсистем! (ЯП), яш рашше досягалися лише у мжрообластях -треках важких заряджених частинок 1 каналах елект-ричного пробою. При цьому було виявлено ряд уш-кальних ефекта, зокрема, аномальне глибинне змщ-нення метал1в при опромшенш ПИП. Це послужило початком розвитку нових фундаментальних напрям-к1в у рад1ащйному м атер 1 а лоз и ав ста 1. До конструк-щйних матер1ал1в ядерно! енергетики стали пред'яв-ляти шдвищеш вимоги з точки зору експлуатацп в екстремальних умовах - впливу потужних рад1ацшних потошв, надвисоких температур 1 тисшв, х1м!чно аг-ресивних середовищ на ш. Для аерокосм1чно1 промис-ловосп необхщт спещальш жаромщш матер1али. Особливо чист! матер1али та нов1 композита з спе-щальними властивостями необхщш для електронних мшросхем, а стал1 та сплави з високою зносостш-кютю - для машинобудування. Традицгаш х!мшо-терм1чт методи обробки не вирйдують цих нових задач 1 практично вичерпали сво!' можливосп, а юнна шплантащл та лазерне опромшення не завжди давали необхщний результат. Це стимулювало використання СЕП та П1П для ще! мети.

У докторських дисертащях О.е.Лигачова та О.Д.Погребняка представлен! результата досл1джень мехашчних властивостей поверхш сталей при опро-мшюванш ПНП, а у дисертащях В.О.Шулова та Г.С.Ремньова - результата модифпсув ання титанових сплав íb для лопаток ав1ащйних двигушв. Модель ма-соиереносу при дп ПНП запропонована у доктор-ський дисертацн В.П.Кривобокова, а дисертацшш робота B.I.Бойка та А.П.Яловця присвячеш питаниям проходження СЕП i ПИП, плавлению та форму-ванню пружиих хвиль у металах. Тому очевидна мо-тиващя у продовженш цих дослщжень.

Основна увага у po6oii придшено детальному дослщженшо ефекту дальноди у металах i сплавах (Р6М5, a-Fe, Be i Pb) шсля опромшення ПНП та встановленню ix впливу на модифшоваш властивосп.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана на кафедр1 ф1зики твердого тша П1вшчного-Схщного техшчного ушверситету (м.Усть-Каменогорськ, Республша Казахстан). Бона е складовою частиною Програми фундаментальних дослщжень MinicTepcTBa науки Республпш Казахстан (тема ОЗ «Трансформащя енергп у конденсованих середовищах») та Програми фундаментальних дослщжень Академи наук РК (тема ПФ-96) «Структуры досл1дження конструкцшних матер1ал1в»).

Мета i завдання дослщжень. Основна мета дисертацшно! робота полягае у комплексному дослщженш рад1ацшно-мехашчних ефект1в у твердих ■плах пщ дгею СЕП i ППП та розробщ ф!зичних основ модифпсацн властивостей матер1ал1в такими пучками i опташзацй процейв обробки.

Наукова новизна одержаних результат*

1. Проведен! експериментальш дослщження процеа'в 'формування пщ Д1'его ПИП глибинних змщнених mapiB у CTani Р6М5, a-Fe, Be та Pb.

2. Розроблеш hobí методики анал1зу з використанням ядерно-ф1зичних метод1в: пучка повшьних позитрошв (2-30 кеВ), втирювання кривих кутового розподту атгтяцшних фототв (КРАФ), визначення твердосп нанощентором, дослщження залишкових деформа-цшних сташв методом ядер шддач1.

3. Дослщжеш процеси дефектоутворення в a-Fe на глибинах, якх перевшцують проективний npo6ir íohíb пучка та проведений пор^вняльний анал!з таких процеав при СЕП та ПНП.

4. Запропонована шнетична модель розрахуншв глибинних структурно-фазових перетворень у пол1 ударно! хвюп (УХ), яка генеруеться ПНП.

5. Вивчет структурно-фазов1 перетворення у сплав! В95 при комплексной xímí4híü та юншй обробць

Практичне значения роботи

1. Розроблеш патентозахищеш способи:

- обробки метал!В ППП з глибинно зм1цненими шарами та тдвищеною 1х зносостшгистю;

- легування сплав1в за допомогою ПИП;

- високоефективного рафшування croraBÍB.

2. Розроблено метод покращення мщностних та триботехшчних властивостей метал1в i сплав1в шляхом попередньо1 íohho'í ¡мплантацп i наступним опромшенпям ППП.

3. Розроблено технологию модифшаци триботех-шчних властивостей сплав1в комплексною xímÍ4HOk> та io нного обробкою.

Особнстий внесок здобувача. Дисертантом проведен! комплексы! ексиериментальш дослщження у лабораторных умовах, промислов1 випробування в умо-вах виробництва вироб!в i3 сталей та сплавгв (фрези, свердла, р!зщ та 1н.) шсля i'x рад1ацшно1 обробки. Зокрема, о со б истай внесок дисертанта полягае: [1-3] -проведения експериментгв i випробувань, [4-11] - ви-готовлення зразюв, дослщження властивостей, оформления po6iT [5-7,11]; [12-16] - проведения експерименпв, обговорення результат, написания [12,14,16]; [17] -участь в оформленш монографи, написания роздипв 4.2, 4.4, 5.6, 5.10 та 6.7.

Апробащя результата дисертаци. OchobhI результата дисертацшних дослщженъ були представлеш, доповщалися та обговорювалися на таких конференциях:

- ГУИжнароднш конференци з модифжаци матер ¡ал¡в пучками заряджених частинок. Дрезден, НДР, 1989.

- Науково-техшчнш конференци з юнно-променевих метод1в мо д и ф i к ащ i матерiалгв. Каунас, 1989.

Всесоюзнш конференци «Поверхность-89». Чорноголовка, 1989.

- М1жнароднш конференци з ioHHoi 1мплантаци та ioHHO-пучкового обладнання. Слешт, Болгар1я, 1990.

- Мгжнародних конференщях ЮА, Ейндховен, Нщерланди, 1991; Балагон, Угорщина, 1993.

- Радянсько-американськш конференци з тертя та зносу. М'тськ, 1992.

- Млжнародшй конференцй' з електронно-пучкових технологш. Варна, Болгар1я, 1994.

III М1жнародшй mKoni-ceMinapi «Евошощя дефектних структур у конденсованих середовищах». Барнаул, Росшська Федеращя, 1996.

- IV Конференци з модифшаци властивостей конструктивних матер1ал!в пучками заряджених частинок. Томськ. Росшська Федеращя, 1996.

- II М1жнароднш конференци ' МРЬ8'9б. Суми, Украша, 1996.

- М1жнароднш конференци з юнно-пучкового анал1зу. Люабон, Португал1я, 1997.

- Конференци з рад1ацшних дефектов в ¿золяторах. Ноксвш. США, 1997.

X 1УНжнароднш конференци з поверхневог модифшаци метал1в. Готлшбург. США, 1997.

- М1жнародшй конференци з ядерно! та рад!ацшно1 (})1зики. Аламати. Республика Казахстан, 1997.

- Свропейському з'1зд1 матер1алознавчого дослщ-ницького союзу ЕМК8'97. Страсбург, Франщя, 1997.

Публнсацн. Основш результата дисертацн опублию-ваш у в1тчизняних та заруб1жних виданнях у 20 нау-кових роботах (в т.ч. одна монограф1я у сшвавтор-стм) та 3 патентах з прюритетом Держпатенту Рес-гтублгки Казахстан. Список основннх публшацш приводиться у кшщ автореферату.

Структура ! обсяг дисертацп. Дисертацшна робота викладена на 45 5" сторшках друкованого тексту, включае вступ, 4 роздиги, висновки та список лггератури з13Я найменувань, таблиць та

% рисунков .

ОСНОВНИЙ ЗМ1СТ РОБОТИ

У встуш обгрунтована актуалыпсть теми, розглянуто стан дослщжуваноУ проблеми, сформулюваш мета та задач! робота. Тут же

вщображена новизна одержаних результате, !х наукове 1 практичне значения та апробащя.

У першому роздии на основ! л!тературних даних викладеш питания про процеси взаем о дп заряджених частинок з твердими тшами, про види страт енерги та IX розрахунки. Зроблено висновок, що рад^ацшне дефекто у творения можна розглядати як релаксаци збуджень ЕП та ЯП. Розглянутл особливост! проходження штенсивних пущав через тверд! тша, яю обумовшоються такими ефектами: перекриття трешв частинок, утворенням пучков о-плазм ових

нестшкостей та сильним нагр1ванням \ втратою кристалами спйкосп при надщшьних збудженнях.

У другому роздои описан! метода аналЬу структури твердих тш. Констатуеться, що мета лзобо! обробки матер1ал1в полягае у сгворенш нових або модифшаци властивостей, ям вже маються, що досягаеться певними змшюваннями !х структури та елементного складу. У зв'язку з цим, пщ час або шсля ра/цацшно! ди необхщно, при можливосп, провадити повний анал1з таких змш 1 визначати 1х вплив на вщповщш властивосп. Вщм1чеш показники якостл кожного методу: достоверность, ефектившсть, надшшсть, швидкодая, похибка, розр!знювальна здатшсть та меж1 застосування. Дуже важливим \ принциповим е одночасне використання декшькох незалежних метод!в для шдтвердження достов1рносп та на,щйност1 одержаних результата. Це покладено в основу вах виконаних у робот! анал1з1в. У тому випадку, коли використання традицшних методов анал1зу було недостатшм (наприклад, при визначенш характеру залишкових деформацшних сташв в опромшених металах), то був розроблений новий

комплексний метод, який описаний у четвертому роздал.

Третш роздал присвячений анал1зу та вивченню рол1 процеав трансформаци енерги у модифпсацн властивостей матер1ал1в при опромшенш ПИП. Зовшшшми характеристиками Д11 е вид опромшення, його режими та параметри завнпднього середовища, де провалиться обробка. Модифшованою може бути люба властив1сть (параметр оптим1заци). Такими параметрами для метал1в обгрунтовано вибраш мжротверддсть (Н), радаацшно-чутлив1 властивосп визначають його мщшсть та пластичшсть, коефйцент тертя, зносоепйшсть, ресурс робота вироб1в, антикорозшш та шни властивость Мжротвердостъ допускае можлмвють и модифшаци при мехашчнш та х1м!чнш обробщ, термообробщ, нанесены спещальних покритпв, ударно-хвильовому навантаженш, рад1ацшнш дй. Дуже добрий ефект дае комплексна обробка, яка включае р1зш види обробки.

Рад1ацшш перетворення визначаються процесами трансформаци енерги у речовиш \ задаються трьома параметрами середовища; властивостями матер1ала. В робот! приводиться детальна схема трансформацй енерги у твердих тшах при високоштенсивному опромплованш з врахуванням основних канал1в и перероздщу.

При вивченш процесу рафшування сплав ¡в (50%№ та 50%Сг) 1 (94%А% та 5,5%Си) безперевним електронним пучком були визначещ оптимальш режими : Е = 2-10 МеВ, } = 10-100 мкА/см2; штегральний флюенс 1016 - 1017 см2; кут мш вюсю пучка та площиною поверхш, яка рафшуетъся (80°-100°); температура у центр1 плями (600-800 °С).

Переваги розробленого способу полягають у наступному: може бути застосованим практично для уах елемент1в та ряду хппчних з'еднань; здшснюеться при низьких температурах I без розшарування матер1ал1в; невелика енергоемш'сть та ушверсальшсть при високий якосп рафшування (99,9%).

Л7 четвертому роздш» викладнеш результата експериментального досгддження впливу СЕП 1 ПНП на властивосп дослщжуваних матер!ал1в.

4.1. Режимы роботы. Режими робота прискорюва-ча (енерпя легких ¿ошв Е = 1-2 МеВ; ^=50-1000 не; штенсившсть I - 106-10и Вт/см2; Ф= 1-100 Дж/см2 1мп) , забезпечують щеальщ умови нагр1вання (ЮМ О11 К/с), випаровування та плавления поверхневих ( близько 10 мкм) шартв з наступним швидким охолодженням (10М010 К/с). Це створюе ушкальш структурно-фазов1 перетворення, нер1вноважш мпсроструктури \ компаунди, що суттево покращуе мщшеш, трибо-техшчш, корозшш та шип властивосп матер1ал1в. Кр1м цього, ППП оптимальш для генераци ПХ, що забезпечуе формування глибинних змщнених шар1в. В експериментальних дослщженнях використовувалися прискорювач1 двох тап1в, яш розроблеш в 1нстатуп ядерно! ф1зики (м.Томськ): «ТОНУС» - ~70 % С+, ~30 % Н+; 0.2-0.6 МеВ; 20-100 не; частота слщкування ¡мпуль-сш 0.5-4.0 хв.-1; 20 - 250 А/см2; 0.2-6 Дж/см2¡мп.; 2)«ВЕРА»: -50 % С+, -50 % Н+; 0.3 МеВ; 100 не; 100-2500 А/см2. 4.2. Спостереження другого тка мЫротвердосуп/. На момент постановки задач! даного дослщження було вщомо, що при опромшення ПНП кристал1в А1 та Си поряд 31 збшьшенням мшротвердосп Но у

приповерхневому niapi виникае при у> 100 А/см2 другий ník на великих глибинах z ~ ( 40-100 )• Ro (Ro~\ мкм - npo6ir íohíb) Яг=(0.6-0.7)-Яо. U,i дос-лщження були продовжеш на приклад! a-Fe, Pb, Be i стал! P6M5, i були також одержан! двохмодальш розподши. Це явище мае нелшшний характер i спостер1гаеться при Ф>Фк и 1>1к (Фк, 1к - критичш значения). Результата, як i одержан! для ста-л1 Р6М5 представлеш у таблиц! 1. Окр1м цих результата, були одержан! оптимальн! режими обробки ПНП сталей Д1-55 та У10.

Таблиця 1

Експериментальш та розрахунков! характеристики для другого шка м!кротвердосп у стал! Р6М5, опромшено! ПНП

№ j> А/см2 Тр. НС Ф, Дж/ СМ2 ¡МП МПа 2ек., МКМ Zposp. МКМ (с1Р/с1х)пк, МПаАш P(z), МПа

1 но. - - - 320± 20 - - - -

2 100 80 3.3 700± 50 150 155 4021 2,27

3 120 100 3.5 820± 50 130 116 4177 2,28

4 150 100 4.4 935+ 60 110 102 4312 2,50

5 200 100 5.5 950+ 60 80 95 4331 3,01

4.3. Анал1з залшикових деформацшних статв. Анализ деформацшних статв, як! формуються теля опромшення ПНП, був проведений на приклад!

к.

монокристалу Pb за розробленою новою методикою. Суть й полягае у слщуючому. Шелл опромшення зразка виготовляеться косий хшиф i одержуеться розподш Н (х). FIotím зразок насичуетъся воднем, який на утворюе xímíhhhx сполук з РЬ. Розподш концентрацп водню пн{х) визначаеться методом ядер вщдачь До опромшення пн(х)—т («о - р1вноважна концентращя дефектов), а теля опромшення розподал пн(х) pÍ3KO нер1вном1рний через неоднорщний розподал дефекта. В обласп з шдвищеною концентращею вакансш (область розтягу) п„(х)>т,в. в обласп шдвшцено! концентрацп м1жвузловинних атом1в (область стиснення) п„(х)<т. Додатково методом електронно-позитронно! ашгшяци одержана залежшсть /-параметра (одержуеться ni с ля обробки кривих кутового розподшу фотошв) вщ глибини. Спостер1галась корелящя ycix трьох розподшв Щх), пн(х) та f(x) (рисунок 1). Результата, одержат на приклада мoнoкpиcтaлiв РЬ, можна узагальнити i на випадок шших метал!в.

4.4. Ощша енерговкладу рвних eudie опромтювання у змщнення. Були проведен! дослщження впливу опромшення 1онами (II) О (40-60 кеВ; 50 мкА/см2; Ф„=1.51018 см 2) 1мпульсами рубшового лазера (J1B) ( довжина хвшй 0.694 нм; 80 не;

Фл=5 Дж/см21мп.), ¿мпульсами ППП (100 не; 200 А/см2; Фм=5.5 Дж/см21мп.). Спостер1галася р1зка вщ-мша у розподш Н(х) у bcíx випадках (рисунок 2) : для неопромшених зразюв Н(х)=const, при IB- одно-модальне, приповерхневе (<0.2 мкм) змщнення, яке пов'язане з утворенням карбщних фаз; при J1B та ПИП другий шк обумовлений УХ.

X, МКМ

Рисунок 1 - Розподш мшротвердос-п, концентрацн водню та f-параметра з глибиною у зразку РЬ. Опромшення ПИП: 100 не; 5,5 Дж/см21мп. чотирьох mapiB: L1 (0-80 мкм) Í3 залишковими напруженнями стислення; L2 (80-140 мкм) - область розтягу); L3 (130-250 мкм) - область стиснення; L4 (понад 250 мкм) - область розтягу.

Оцшка енерговкладав у змщнення дае, що для ЛВ та ППП вони cy\iicHi, але при IB - на три порядка менше i змщнення досягаеться лише у/лриповерхневому ща-pi. Такий шар швидко стираеться при експлуата-щйному навантаженш pi3uiB, свердл, фрез та Íh. Для пдаищення знососпйкосп В1ддаегься перевага Л В та ПИП, яш створюють глйбинне зм1цнення. 4.5. Рад'шцшш перетворення в a-Fe. Для дослщження впливу СЕП та ПИП використовувалися зразки полшристал1чного a-Fe (bmíct С менше

ЦОО

"г.««1 г

•а

600

О го Ю. 60 80 100 120 140 X, мкм

Рисунок 2 - Залежшсть мп<ротвердос:п вщ глибини для зразк1вгстал1 Р6М5 теля опромшення: И - без опромшення, А - ¡мпланташя С+ (40-60 кеВ; 50 мА/см2;

' 1,2-1 О^ Дж/см^Х х - ЛВ (^=0,694 мкм; 80 не; 5 Дж/см21мп), О - ПИП (0,2-0,6 МеВ; 100 не; 200 А/см2; 5,5 Дж/см21мп).

0,01%). Шсля пол1ровки 1 рекристал1задшного вщпа-лювання у вакуум! (2 години при 950°С) середнш розм1р зерен складав величину 450 мкм. Електронно-мифоскошчне вивчення дислокащйно! структуре провадилось пошарово з кроком 5 - 20 мкм до глибини 200 мкм, на якШ перетворення вже не спостер1галося.

Р03|П0дщ концентрацп дислокацй п2(х) 1 мперо-твердост! Н(х) мае два максимуми (рисунок 3).

Рисунок 3 - Залежшсть na i Н вщ глибини для зразшв a-Fe, опромшених ПИП (50%С+; 50%^; 0,3 МеВ; 100 не) при pÍ3Hnx густинах струму: А, х - 150; 9 , ♦ -400 А/см2.

Перший обумовлений термомехашчними напру-женнями, а другий - д1ею УХ. Пор1вняльний анал1з дн СЕП i ПИП показав, що; на поверхш та у приповерхневш обласп облает! мперотвердють (Н=960-1100 МПа) обумовлюеться дислокацшною структурою i одинакова при до СЕП чи ПИП. Структурно-фазов1 перетворення спричиняються тепловими процесами при швидкому охолодженш розплаву 3i швидмстю 108-109 К/с. Глибинна область (понад 20 мкм) характеризуемся суттевими вщмшами. При обробщ СЕП nd i Н швидко зменшуються з глибиною Í3-3a затухания термо-пружних напружень. У випадку ПИП УХ обумов-шоють перетворення до глибини 200 мкм з фор-муванням змщнених шарнз.

4.6. Кшетична модель змщнення. Юнетична модель с!руктурно-фазових перетворень у пол1 УХ виходить з того, що дая УХ на атомному piBHi в принциш вщмзняеться вщ ди мехашчно1 хвил1 напружень, i у бшышй степеш визначаетъся не амшитудою тиску Р(х), а його градиентом дР/дх . Оскшьки УХ представляе собою потж нер1вноважних фотошв, то передача 1мпульсу центру розсиовання проявляеться не як колективна, а шдивщуальна дая. У зв'язку з цим nopir дефектоутворення при УХ нижче у пор1внянш 3i звичайним навантаженням при однаковш густиш шдведено! енерш. Тобто, роль домшюк, дефекта та флуктуацш значно зростае. Найбшып штенсивне дефектоутворення мае м1сце в обласп формування фронту УХ на глибиш, де дР/дх мае максимальне значения. Виходячи 1з законш збереження та piB-няння стану методом сшж були розраховаш прос-торово-часов1 профш Р та дР/дх (таблиця 1). Хоча тиск УХ з глибиного • зменшуеться, й фронт стае крутшшм тдосягае максимуму при х ~ z. Оскшьки м1жвузлов1 атоми бшьш рухлившн у пор1внянш з вакансшми (типов1 френкел1всыа пари дефектов у металах), то стш атом1в до дислокащй закршлюе останш, знижуе ix рухливють, обумовлюе picT меж1 плинносп та локальне збшыпення Hz. При одержаны сшввдаошення для Hz використовувалися кшетичш р1вняння розглянутих вище процес1в:

dn dt

(1)

дen- концентрация френкешвських пар дефекпв ; gz -швидкшть ÍX генераци; (dn/dt)r, {dn/dt)á - швидость ix рекомбшаци та стоку, вщповщно; Kr, K<¡ - вщцовщш коефоденти.

Виходячи Í3 припущення, що Hz- аЫа (a =const; Nj - число дефекта, ям епкаються до дислокацш), було одержано:;

■ - KdAz\K¡Kx г Hr-a ¡Kdn dí-a-j^ -^—Ф ,(2) к Ч V Kr ;

де С/ - щвидшсть повздовжньо1 звуково! хвил1;

Az - ширина фронту УХ (1-10 мкм); .U-z/Cí, Atz=A z/C¡, Kj, Kz - коефпценти пропорцшносп. 1з (2) витшае, що Hz ~ у0'5, що добре узгоджуеться Í3

г г О 41

експериментальними даними Hz~j .

Висновки

1. Експериментально показано, що процес формуван-ня глибинних змщнених шар ¡в у металах i сплавах (a-Fe, Be, Pb i P6M5) при опромшенш ПНП е нель ншний ефект, який протисае при флюенсах та штенсивностях, б1льших деякого критичного значения, яке залежить вщ властивостей матер i а лу та параметр1в пучка. > . , . . s

2. Розроблений новий метод анал1зу залишкових деформацшних CTaHiB у материалах, опромшених ПНП, який вюпочае в себе: вимхрювання мшротвердосп; насичення зразмв газоподобним воднем i визначення розподшу його концешраци пн(х) методом В1ддач1; перев1рка кореляци розподшу пн(х) з розподшом f-параметра. Встановлено наявшсть чотирьох; DiapiB з р1зним характером залишкових деформацшних ставив.

3. Методами електронноК мшроскопп та спектрального анализу виконаш деталь Н1 дослщження структурно-фазових перетворень в а-Ре при р1зних режимах опромшення ПИП. Показано, що дислокацшна структура вщирае визначальну роль у мехашзм1 змщнення.

4. Обгрунтована перспектившсть використання деяких вид1в рад1ацшного опромшення у техно-лопях: ПИП для легування твердих мaтepiaлiв та глибинного змщнення метал]в \ сплав1в; слабоструменевого електронного опромшення для рафшування сплав1в. Визначеш оптимальш режими для проведения цих процес!в.

5. Показано, що при певному сполученш р1зних вщцв радоацшно'1 обробки з традицшними способами матер1ал1в дозволяе у стшно виршити технолопчш задачг, яю пов'язаш з гщцшщенням мщностних, триботехшчних та ангакорозшних властивостей.

<5. Запропонована кшетична модель структурно-фазових перетворень у пот пружних хвиль. Показано, що найбщьш штенсивне дефектоутворення , вщбуваеться в обласп формування фронту пружно1 хвил1, де град1ент п тиску максимальний.

Основш результата дисертащ викладеш у роботах:

1. Валя® А.Н., Плотников С.В., Ремнев Г.Е., Погребняк А.Д. Исследование механизма упрочнения металлов при облучении мощными импульсными пучками ионов // Тезисы докладов I Всесоюзной конференции "Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц". Т.2. - Томск, 1988. -С. 138 - 140.

2. Валяев А.Н., Погребняк А.Д., Назаров Ю.К., Плотников С.В. Роль процессов дефектообразо-вания в поверхностном упрочнении металлов при их облучении мощными импульсными пучками ионов // Тезисы докладов Всесоюзной конференции"Поверхнос1ъ -89".- Черноголовка, 1989. -С. 137.

3. Валяев А.Н., Плотников С.В., Погребняк АД. Кинетические процессы в металлах при воздействии мощного импульсного потока ионов // Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Ионно-лучевая Модификация Материалов". -Каунас, 1989. - С. 96.

4. Валяев А.Н., Плотников С.В., Герасименко Н.Н. Обогащение сталей и сплавов при их облучении мощными импульсными пучками ионов// Восточно-Казахстанский ЦНТИ.- 1993, № 70-93. -С. 1-4.

5. Valyaev A.N., Blesman A.I., Nazarov Yu.K., Plotnicov S.V. Complex chemical and ion technology employment for alloy wear resistance reinforcement // 4-th Intern. Conference on Electron Beam Technologies. EBT-5. -Varna: IE BAN, 1994. - P. 255-260.

6. Способ обработки металлов и сплавов / Патент Республики Казахстан №4954. кл.51. МКИ ВО 1 J19/08 / Валяев А.Н., Плотников С.В., Бердус Л.И. и др.

7. Способ легирования твердых материалов/ Патент №5558, КZ (В) (11) МКИ С22 F 3/00. 1996 / Валяев А.Н., Плотников С.В., Бердус Л.И. и др.

8. Valyaev A.N., Plotnikov S.V.,Gerasimenko N.N. Redistribution of alloys elements in steel, exposed to high power ion beams // Abstracts of 10-th Intern.

Conference on Ion Beam Modification of Materials IBMM-96. - New Mexico, 1996. - Abst. № 390.

9. Валяев A.H., Плотников СВ., Купчишин А.И., Кылышканов М.К. Кинетика образования дефектов на фронте ударной волны при облучении металлов мощными импульсными потоками

. ионов (МИПИ) //Тезисы докладов III Международной Школы-семинара "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах". - Барнаул, 1996. - С. 69-70.

10. Плотников C.B. Повышение эксплуатацион-ных характеристик сталей по средством облу-чения

1 мощными импульсными пучками заря-женных частиц // Труды III Международной конференции АПЭП-96. Том 1. - Новосибирск, 1996.- С. 146 -147.

11. Способ рафинирования материалов / Патент Республики Казахстан №5038. кл.51. МКИ С22В 9/22.

, 1997 / Плотников C.B., Валяев А.Н., Бердус ЛИ. и др.

12. Валяев А.Н., Плотников C.B., Кылышканов М.К. й др. Кинетика нелинейных механических эффектов в

, металлах при облучении мощными импульс-ными пучками ионов // Деп. КазгосИНТИ. 29.04.97. №>7639-Ка97. - 32 с.

13. Валяев А.Н., Кылышканов М.К., Плотников C.B. Процессы дефектообразования в металлах при воздействий мощных импульсных пучков заря-, женных частиц // Тезисы докладов Международной конференции «Ядерная и радиацион-ная физика». - Алматы, 1997. - С. 142- 143.

14. Валяев А.Н., Погребняк А.Д., Плотников C.B. Радиационно-механические эффекты в твердых телах при облучении высокоинтенсивными импульсными электронными и ионными пучками. - Алматы: Гылым, 1998. - 266 с.

Плотшков C.B. Модифжацш фпико-мехатчних властивостей металевих матер1ал1в електроннйми та ioiiHiiiviii пучками. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття паукового ступеня кандидата ф!зико-математичних наук за спещальшстзо 01.04.07 - ф1зика твердого тша.-Сумський державний ушверситет, Суми, 1998.

Дисертащя присвячена дослщженню ефект1в дальнодй' у металах i сплавах (a-Fe, Be, Pb, сталь Р6М5, сплав В95), опромшених потужним ¿мпульсними ¿онними або сильнострум овими електронними пучками. У робот! запропонований новий метод анал1зу залиипсових деформацшних стан1в у металах, опромшених потужними ¿мпульсними i он ними пучками. Розроблена кшетична модель глибинних структурно-фазових перетворень у пол1 ударно1 XBimi, яка генеруеться юнними пучками.

Ключов! слова: потужш 1мпульсш íohhí пучки, сильнострумов1 електронш пучки, мшротвердасть, модифшоваш шари, ефект дальнодй, кшетична модель.

Плотников C.B. Модификация физико-механических свойств металлических материалов электронньши и ионными пучками. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.07 - физика твердого тела.-Сумский государственный университет, Сумы, 1998.

Дисертация посвящена исследованию эффектов дальнодействия в металлах и сплавах (a-Fe, Be, Pb, сталь Р6М5, сплав В95), облученных мощными импульсными инонными или сильноточными электронными пучками. В работе предложен новый метод анализа остаточных деформационных

состояний в металлах, облученных мощными импульсными ионными пучками. Разработана кинетическая модель глубинных структурно-фазовых превращений в поле генерируемой ударной волны.

Ключевые слова: мощные импульсные ионные пучки, сильноточные электронные пучки, микротвердость, модифицированные слои, эффект дальнодействия, кинетическая модель.

Plotnikov S.V. Modification physical and mechanical properties of metal materials by electron and ion beams. -Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by spesiality 01.04.07 - solid state physics.- Sumy State University, Sumy, 1998.

The thesis is devoted to investigation of the effects of far-acting on metals and alloys (a-Fe, Be, Pb, steel P6M5, alloy B95), exposed intense pulsed ion and high current électron beams. In the dissertation new method analysis of deformational states on the metals exposed intense pulsed ion beams was proposed. Kinetic model of the depth structure and phases transitions in the field of the wave, which generated to the ion beams, was created.

Key "words: intense pulsed ion beams, high current electron beams, microhardnes, modification layers, effect of far-acting, kinetic model.

Суми, СумДУ«Р1зоцёнтр», з. f2S, т. 100, 1998 р.