Модификация поверхностных слоев альфа-Fe при высокодозной интенсивной имплантации ионами Ti, Al, C тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ СУМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕ'

ОД

2 * № ц/

на правах рукописи

МАРТЫНЕНКО ВАЛЕРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

МОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕЗ а-Ее ПРИ ВЫСОКОДОЗНОЙ ИНТЕНСИВНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНАМИ Тд.,А1,С.

Специальность 01.04.07 - Физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических нзук

-умы

1994

ДиссертаЦие-'!- гл-ляется рукопись.

Гэбота ькксяискз в Суг-~г-ом институте кодификации поверхности ГГ'ТДПСК. Кауч..ые руководители :

;с. ф.-м.н. О.Г.Еахареь к.ф.-м.к. А. Д.Погребняк * Официальные опоненты :

доктор ф.-м.н. И.Е.Проценко к.ф.-м.н. В4.!"!. Лаврентьев

Ведущая организация : •

Институт металлофизики АНУ * Защита состоится "_3_" Носл£~/>3 1994 г.

в часов

на заседании специализированного ученого совета К. 22.01.01 при Сумском государственном университете. С диссертационной рабртой можно сзнако:литься в библиотеке Сумского государственного университета.

Автореферат Разослан " Ъ О " шсглд^р!л _ 19 94 г.

Ученый секретарь специализированного совета

к.ф.-м.н. А.Я.Флат

Актуальность темы. Улучшение поверхностных свойств ггериалов и изделий являете/! важней задачей. Актуальность зиманения ионной -имплантации длл ее решения обусловлена яцественными преимуществами этого метода перед другими юсоЗами обработки поверхности, .а именно: увеличение ютвсрикостп в твердом состоянии; возможностью гедрения любого элемента• в поверхность любого твердого ;ла, в том числе, взаимно не растворимых элементов; >змоясностью формирования фаз, необразуюцихся в равновесных :ловиях; возможностью 'быстрого .изменения состава сплава; ¡зависимостью поверхностных процессов от- протекающих з >ъеме; возможностью процесса при низких .температурах; значительным изменением размера обрабатываемого изделия; сутствием- проблемы' адгезии; контролируемой- глубиной определения примеси; вакуумной чистотой.'

Применение для модификации- поверхностных свойств :сокопроизводительных вакууыно-дуговых. импульсных

л

точников ионов значительно расширяют производительность

возможности ионной имплантации, поскольку при такобработке в поверхности - происходит комплекс явлений, лючающий в себя; изменение элементного состава дифицированного слоя, создание твердых растворов, рмирование и выделение новых фаз. Одновременно наблюдается п'ш набор эффектов. Это'"изменение параметров ^ршетки и ее па '; размеров и .ориентации зерен,блоков кристаллитов, лоть до аморфизации; появление радиационных дефектов кансионного и -межузельного типа,, дислокаций,, а также лмающих и растягивающих внутренних напряжений. . * Однако до настоящего вр-змени недостаточно изучены вопросы :1яния параметров и режимов высокодозного облучения, тапа

используемых ионов на структурно-фазовое состояние ссстветСФвйимй, механизмы изменения свойств имплантирована поверхности металлов и особенно а ~ железа, являющего основой конструкционных материалов.

Дискуссионно на настоящий момент остается фундаменталын вопрос о йб^мажносТи существования "эффекта дальнодействия По Мнений рйда авторов, последний заключается в том, ч глуОина слоя с повышенной концентрацией . дефекте образующегося в результате высокодозной имплантаи значительно ( на 2-3 'порядка ) превышает пробег ионов матрицё материала. В други^ исследованиях:такого эффекта наблюдается. ■

Выше сказанное оЬределидо актуальность темы диссертационь работы,- позволило сформулировать цель0 и поставить заде проводимых' исследований.

т в

Цель и задачи исследования Целью настоящей работы является изучение профш распределения примеси, изменения типа дефекп кристаллического строения и их распределения по глубин структурно-фазового , состава - поверхности а-г

имплантированного интенсивными лучками ионов Ti Al и С высокими дозами..' Установление корреляции между измене» дефектной структуры, . . фазоього состава

физико-механическими свойствами ' имплантироват

поверхности. Для этого были поставлены следующие задачи :

1. Изучение профилей распределения внедренных ионов по глубине имплантированной поверхности при различных параметрах интенсивного облучения.

2. Изучение структурно - ' фазовых изменений поверхностном ■' слое a-Fe в результате имплантации одно

ногозарядкыми иокаы: Ti, AI и С,

3. Изучение изменения физико-механических характеристик ерхнссткого слоя> ct-?e е результате интенсиннси имллак-,ии ионам:,; различного сорта и заряднссти, при различна:: •ах имплантации.

4. Изучение возможности существования "эффекта дальнс-:ствия" при высокодознои интенсивной имплантации a-Fe.

5. Установление возможности корреляции ме:кду дефектной

¡уктурой, ' элементным и фазозым составом поверхности о

[лантирозаняого ct-Fe и изменением ее механических, [Оологических свойств з результате облучения ионами

¡личного сорта- с различными параметрам: облучения.

6. Разработка механизмов модификации поверхностных ¡йств a-Fe . в процессе облучения различными ионами при !личных параметрах облучения.

Научная новизна >аботе получены следующие новые научные результаты :

1. Впервые с помощью, неразруиавдего метода аннигиляции ¡ка медленных позитронов измерены профили распределения зектов кристаллического строения различного типа по 'бине облученной поверхности a-Fe при высокодозной cl0ls- 8х1017 ион/см2) интенсивной ' имплантации ионами Al,С.

2. В результате высокоДоЗЯОй "интенсивной имплантации a-Fe шми Ti--формируется- дефектный слой, включающий в себя : 1асть с повышенной концентрацией точечных дефектов жансии, . вакансионные кластеры, комплексы сансия+примесный атом) глубиной до 50 нм и" слой с зышенной плотностью дислокаций и дислокационных петель, /бина которого не привышает 350 нм-

3. При облучении a-Fe карбидообразухздим элементом (Ti) внедрение углерода из. остаточной атмосферы и ^ образование мелкодисперсных . карбидов титана оказывает существенное влияние не только . -на структурно-фазовое состояние поверхности, -но. и-.на. результирующий, профиль распределения Ti по глубине, что проявляется в .смещении поверхностного максимума .вглубь от поверхности по мере ' повышения дозы, имплантации.

■ Практическое значение Проведенные .исследования расширяют . существующие

представления о закономерностях .формирования .дефектной

. ' . ' • • . - - ' i структуры, „ структурно-фазового состава ^облученной

поверхности »железо-содержащих сплавов' при высокодозной

имплантации-различных ионов, а -также ик связи с изменением

механических и трибояогических свойств имплантированной

. . . ' * - ... ^ ■в поверхности. Полученные' результаты позволяют обоснованно

лодходить к выбору внедряемых. ионов и режимов -облучение для

целенаправленного изменения поверхностных свййств

жел^зо-содержаших сплавов.

Личный вклад автора состоит.в непосредственном участии

в постановке задачи исследований, в приготовлении

образцов, проведении экспериментальных исследований,

обработке и обсуждении:полученных результатов и формулировке

выводов. '. •

Основные положения, выносимые на защиту

1. В 'результате высокодозной -имплантации a-Fe иона:.::-;

Ti, А, С в интервале доз от ' 5x10" ион/смг до 8x1011 ион/см1 не

наблюдается '."эффекта дальнодействия"., т.е. существенного

превышения .дефектного слоя над глубиной пробега ионов.

Г

2. Результаты измерения S - параметра образцов a-Fe, имплантированных Ti с дозами 5х1016— -5х1017 кон/см?, полученные с помощью пучка медленных позитронов.

3. Существенное увеличение микротвердости к

:зносостойкости, и значительное уменьшение коэффициента грения образцов a-Fe, облученного ионами Ti, помимо ювыщения концентрации дефектов и частичной аморфизации товерхностного слоя, в первую очередь обусловлено збразованием мелкодисперсных карбидов Ti, за счет углерода, внедренного из остаточной атмосферы камеры ускорителя.

Апробация работы. Материалы диссертации представлялись: -:а 8-й международной конференции "Ионно-пучковзя модификация материалов" IBMM-92 (Германия, Гейдельберг, 1992 г.), на сонференции MRS-92 (США,Бостон 1992г.), на международной сонференции "Поверхностная модификация материалов ионными тучками" "SKMIB-93 (Япония, Каназава, 1993 г.)^ на 1-й «еждународной конференции " Модификация поверхностных слоев 1еп0лупр0Е0дник0вых материалов пучками частиц" MPSL-93 ■' 'краина, Сумы, 1993 г.)

Публикации. По результатам исследований опубликовано 5 >абот. ,

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов и :писка литературы, включающего 84 наименования, изложена на 138 страницах машинописного текста и содержит 28 >исунков и 4 таблицы.

Основное содержание работы Во введении обоснована актуальность темы исследований, ;злагается . цель работы,- отмечается научная новизна и

в

практическая ценность диссертации, сформулированы основные положения выносимые на защиту. 11

В первой главе дан обзор современного состояние экспериментальных исследований дефектной структуры, фазово-структурных превращений при зысокодоэной интенсивно? ионной имплантации. Рассмотрены механизмы сформирование профилей распределения, формирования дефектной структуры ь ее распределение по глубине в процессе высокодозног имплантации в металлические материалы. Отмечены осэСенност!

о

структуро- и фазообразования, проанализированы возможные механизмы модификации поверхностных физико-механические свойств в процессе высокодозного интенсивного облучения.

Во второй главе обоснован выбор исследуемых материалов i описаны применяемые- в работе методы исследований. Дл> исследования в работе были использованы образцы чистого (суммарное содержание, примесей менее 0.001 вес.%) a-Fe, Образцы сначала механически, потом электрохимически полировали, а-затем проводили отжиг при температруре 950° С в течении 2 часов (образцы имели мелкое зерно со средниь размером 20мкм).

Облучение образцов ионами Ti,Al,С проводили н; «

вакуумно-дуговом импульсном ускорителе "Радуга" с параметрами пучка ионов: длительность, импульса (50-200)мкс, частота следования импульсов - 50с"1 ; плотность тока i импульсе изменяли до 5мА/см2? ускоряющее напряжение -40 кВ В процессе облучения осуществлялся контроль дозы облучения температуры мишени, ускоряющего напряжения, . частот! следования импульсов.

Анализ изменения концентрации внедренной примеси п глубине • подложки cc-Fe ссулг^ ??*»~.пя с помощью метод

>езонансных ядерных реакций. Для -образцов a-Fe,

имплантированных Ti, использовали два резонанса: Ег3 =1007 :эБ; Ег,=1013 кэВ . Для образцов имплантированных алюминием ¡спользовали резонанс Ег = 991.88 кзВ и имплантированных тлеродом Ег=1747 кэВ.Съемка конверскош-:ъ:х электронных гессбауэровских спектров (КЭМС) a-Fe,-до -и после облучения, доводилась. на установке '"Wissel" в' режиме постоянных 'скорений. Источником гамма-квантов служил Со" в матрице грома. Распределение дефектов различного Типа по ' глубине имплантированного слоя и за ним изучали с помощью пучка юдленных позитронов с энергией (0.2-30) кэВ, что :оответствует глубинам анализа . в a-железе от единиц ¡анометров до 1.2 мкм. Измеряли S-параметр' - доллеровского тлирения аннигиляционного пика (ДУАП) на линии Е*=5,11 кэВ, вменение интенсивности которого напрямую связано с вменением концентрации и типа-дефектов■(вакансии, кластеры закансий, дислокации). Для дополнительного исследования '.»которых образцов использовали метод просвечивающей электронной микроскопии с микродифракцией и

)же-анализ.Измерение микротвердости проводили на установке 'Micromet" с использованием малых .нагрузок (0.1 - 5гр.). Испытания на износостойкость проводили по схеме "шарик-зиск" при трении шарика из стали 100 Сгб 'по исходному и имплантированным образцам. Значение уноса усредняли по трем доходам как для шарика, так и для диска. По такой-же схеме троводили измерение изменения коэффициента трения от времени истирания.

В третьей главе приведены результаты■ исследования тоофилей концентрации внедренных ионов и . результаты исследования . изменения дефектной структуры в процессе

1С

зысодозксй интенсивной имплантация Ti,Al,С в a-Fe.Показано, что при интенсивной имплантации a-te исками Ti с высокой дозой (5хЮп ион/см7) глубина пробега ионов Ti составляет -100 нм . Профиль распределения концентрации ионов Ti а a-Fe

что

обусловлено

вакуумно-дуговсй

характеризуется двухгорбой крк-многозарядностью ионов Ti ■ плазме (ТГ=б%, Ti+2=82%, Ti+3=12%) .

При имплантации a-Fe ионами титана в диапазоне доз 5х105*-8х10'7 ион/см2 идет процесс образования мелкодисперсных карбидов титана за счет внедрения углерода из остаточной атмосферы камеры ускорителя. Такой процесс карбидизации части внедренного Ti оказывает существенное" влияние на результирующий профиль распределения зтого элемента по глубине a-Fe , что проявляется в смещении первого максимума концентрации Ti в a-Fe вглубь от поверхности с увеличением дозы облучения. Высокую концентрацию углерода (до 20 ат%) в слое глубиной до 50 нм также показал Оже-анализ образца a-Fe, облученного Ti с дозой 5х1017 ион/см2. Проведенный нами электронно-микроскопический фазовый анализ образца a-Fe,облученного Ti с дозой 5х1017ион/см2 подтвердил образование - мелкодисперсных карбидов TiC и Ti2C в имплантированном слое.

150. 300 500 I0G0<L,HM 0,54 ------1---

0,52

Рис. 1Зависимости S-параметра (ДУАП) от энергии пучка позитронов. a-Fe'в исходном состоянии». ?i-*a-Fe, Д=2х1017 ион/см2. Tí-t-a-Fe, Г.--5х10:' ион/см".

..а

тт

J»

Нд рнс.1 призе дань: результаты измерения S-параметра ялеройс:-:сго усирения аи'.шгиляциэнного пика длл Fe и осразиоч. имплантированных Ti с дезами 2x10" ¡'ск/с:.г 5:: 1017 поч /с;г.

Показано, «то при имплантации a-fe яонз:«и титана :-п уокиа 2-50 нм -¿ортс-ггуе-гся дофоктккй сл~й, зключггах-::"! с бл вакансии, кластеры вакансий и комплексы - закгпсия -иызеныи атом. Б отом слое наблюдаете,! гакснмальнс-з еличение S-паранетра. 3 слоа телзиней 50-250 им изм^ненкэ параметра значительна меньше ;не Солое O.ui), дхяе для зы 5x1o1 koh/'cít, что связано с формированием в прсцесс" тантации дислокаций и петель, являющихся по сгнешепи» к зитрону менее эффективными лсвуглсами. -

Проведенные измерения S-парзметра ст энергии позитрону.-я образцов a-Fe, имплантированных ионами Al и С с деза»::: 5х1017 ион/см', показывают, что слой с измененной

Ьектнсй структурой имеет глубину до 300 нм. Пробег исков и С в a-Fe составляет соответственно 190 км и 27 0 нм при -ты;-: условиях имплантации. Таким образом показано. - : "¡ в зультате высокодозной -интенсивной имплантации a-Fe ионам:: ,А1,С не обнаружено "эффекта дальнодействия",т.э. ?мирование слоя с повышенной концентрацией дефектов юталлического строения на глубинах существенно (более чэм 1-3 порядка) превышающих-пробег ионов.

í»

Б четвертой главе представлены, результаты исследования зуктурно-фазозых превращений при высокодозной интенсивной 1лантации a-Fe ионами Ti, Al, С.

Показано, что интенсивная имплантация ионов Ti в 1ерхность a-Fe с дозой 5xiQí5 ион/см2 приводит ■ к зазованию з поверхностном слое твердого раствора Ti з a-Fe

микрокластеров железа, имеющих различное ближайшее окружение из атомов титана на уровне - нескольких координационных сфер. Увеличение .дозы облучения -ионов Ti до SxlOn ион/см2 приводи' к увеличению- -концентрации Ti в твердом растворе : a-Fe i увеличению содержания ;Т1 ;в микрокластерах (что говорит t неравномерном микрораспределении -ионов титана .- .i кристаллической- -решетке a-Fe),: образованию мелкодисперсны: карбидов Tic и Ti2C и. относительно, небольшого количеств; §азы Fe2Ti. Внедрение .ионов Л1 в a-Fe с дозой 5х1016 ион/см приводит к образованию ...в поверхностном- слое твердоп

раствора Al .в va-Fe и . ' упорядоченной Фазы Ге^1 < даль шал упорядочением. Увеличение, дозы-имплантации Al в a-,F< до 2x1o1' ион/см2-привадит - к увеличению концентрации твердоп раствора Al - в a-Fe -и частичному разупорядочению фазы' FejAl а , возможно, и-'--ее -аморфизации. . Фазовый анализ образцо: a-Fe . имплантированных; --А1: с •'. дозой 5x1017 ион/см2. показа, образование мелкодисперсных карбидов железа 'Fe3C и карбиде; сложного .состава .(FeAl)3C. ..-Образование карбидов идет, m видимому, за-.счет -углерода, -внедряемого из остаточно! атмосферы камеры -ускорителя. .По .данным КЭМ - спектрометра установлено, что облучение a-Fe ионами углерода с дозам] 5х1016 ион/см2 привадит -к .образованию" твердого, раствора С : a-Fe (средняя концентрация 'не' превышает - 0."01-вес -%, т.е предельную ■■•растворимость С -в' . a-Fe при . комнатно: температуре) . Имплантация .'.С с дозой. 2x10" ион/см2 приводит • образованию карбида Ге2С,- -который ■ затем за счет разогрев подложки (е .результате облучения), частично переходит цементит Fe3C. '

3 " пятой ■ главе ■ приведены .результаты изучения изменени микротЕердости," износостойкости, .коэффициента трени

seópxtótwni ос-Fe при высокодознсй интенсивной имплантации улн'л'. Т1,Л1,С с различными "дезами, выясняются механизмы :дифи"зцян поверхностных свойств.

На рис. 2. представлены зависимости- изменения -ц-ротпердости a-Fe от дозы облучения различными иенами. Из -1сунка видно, что увеличение дозы, облучения- uoHatsi 11., AI, приводит к повышению микротвердости имплантированного -Fe. Наибольшее увеличение микротвердости наблюдается у "разцоп a-Fe, имплантированных ионами Ti, насколько меньпхгл :лрсст гмикротвердости с . увеличением дозы облучения гблюдается у образцов a-Fe, облученньсх углероде:.: и ^значительное увеличение микротвердости от дозы облучеиил 1бл»дается у образцов. a-Fe,, имплантированных Al. ;тановлено, что-увеличение микротвердости a-Fe в результате-Злучения ионами Ti,Al и- С в. интервале - доз - 5х1016 - 3x10" эн/см2 коррелирует с повышением- плотности дислокаций в мплантированном - соответствующим элементом, поверхностном

юе. ' „

Н, кг/мм'

-

и ■ Рис.2.. Зависимость

изменения микротвердости от-, дозы облучения ионами :

1 - Ti;.

2 - С;

3 - Al; " ■■

I I—г—г

1111

1 3 5 7 9 Д,хЮ ион/см~

Максимальный прирост микротвердости во всем-интервале доз Злучения наблюдается в случае имплантации-, a-Fe ионами итана, что обусловлено наибольшим увеличением плотности ислокаций, образованием мелкодисперсных карбидов титана и

частичной аморфизацией поверхностного слоя. При испытаю на износ установлено, что наибольшей износостойкое^ обладают образцы a-Fe, имплантированные Ti. Это коррелируй с максимальным увеличением микротвердости и обусловлен: г-тавным образом, образованием мелкодисперсных карбид< титана за счет углерода из остаточной атмосферы каме{ ускорителя. Образцы a-Fe, имплантированные К

характеризуются большей износостойкостью по сравнению образцами имплантированными углеродом, что не коррелирует изменением микротвердости при имплантации a-Fe этт элементагли, поскольку имплантация a-Fe углеродом приводит большему приросту микротзердости по сравнению с облучение образцов алюминием *во всем интерале используемых доз. обстоятельство, по видимому, связано 0 с- разупрочнение поверхности при переходе карбидов Fe2OFe,C и их последующ!

* о

укрупнением (коагуляцией), вызванным локальным повышение температуры поверхности образцов при испытании на износ. _

Максимальное уменьшение (более чем в 2,5 раза т сравнению с исходным) коэффициента трения наблюдается образца a-Fe, имплантированного Ti' с дозой 5х1017 ион/см Такое уменьшение коэффициента трения обусловлен образованием мелкодисперсных карбидов, а '-'.ие, возможн: существованием на поверхности тонкой о; сикзрбидной пленк;-играющей роль твердой смазки.

Основные результаты- и выводи .

1. Показано, что в результате високодозной • ли ВхЮ11 ион/см2) интенсивной имплантации «-железа ис.наь Т in+, А1Я+ и С* глубина слоя с повышенной концентрата дефектов кристаллического строения не более чем в 2-4 рь\: превышает среднюю.длину пробега ионов в железной матрице.

2. Установлено, что при имплантации a-Fe ионами Tí

ормируется дефектный слой, включающий в себя: вакансии,

ластеры вакансий и комплексы--вакансия + примесный атом,

окализованные в области до 50 нм от поверхности и вторичные

ефекты : петли, и дислокации, простирающиеся вглубь от

оверхности до 250 - 4*00 нм /в зависимости от дозы -в

блучения/.

3. Показано, что увеличение дозы'облучения a-Fe ионами i в интервале 5х10г6 - , 5х1017 .ион/см2 приводит к итенсификации процесса образования^ мелкодисперсных карбидов

ятана за' счет углерода, ■ внедряемого' из остаточной

«

гмосферы, что является главным фактором, обуславливающим эвышение микротвердости и износостойкости. и, уменьшение ээффициента трения имплантированной поверхности.

4. Установлено, что внедрение ионов Al в a-Fe в стервале доз 5х1016-5х1017 ион/смг приводит к ' образованию юрядоченной фазы Fe^Al, - что вызывает существенное «еныпение износа имплантированной поверхности при сухом >ении.

5. Показано, что имплантация a-Fe ионами углерода в ¡тервале доз *2х1017-5х1017 ион/см2 приводит к образованию фбидов железа Fe2C, который в' дальнейшем за счет разогрева >дложки при облучении переходит в цементит - Fe3C, что тцественно повышает микротвердость . облученной

1верхности,но практически не влияет на ее износостойкость

Основное содержание диссертации опубликовано в едуюцих работах : , *

1. О.Г.Бахарев,А.Д.Погребняк,В.А.Руденко,В.А.Мартыненко, Бруза, А.Зека,А.И.Рябчиков. О профилях 'распределения

дефектоз и внедренных ионов при высэксдззной интенсивной имлантации титана в a-Fe. // Письма в ЖТФ.-1993,-Т.19 В.1.-с.79-83.

2. A. D. Pogrefanjak, О. G. Bakharev, V, A. Martynenko, В. A. Rudenko, R. Brusa, A. Secca, .R. Oshner, H. Rylsel, A. I.Ryabchikov. High Dose and Intense Implantation of Multiple Charge ions Al+n, Ti+n, C+ into alfa-Iron. Abstr.

1st International Conference MPSL-93- (Sumy,Ukraine) 1993.Р Ч9 .

a

3. 0. G. Bakharev, . A. D. Pogrebnjak, V. A. Rudenko, V. A. Martynenko, A. Zecca, R. Brusa, R. Oschner, H: Ryssel,

A. I. Ryabchikov. High dose and Intensive•implantation of Multiple Charged ions Al,Ti,C into alfa-Iron. Abstr 8 Inter Confer Surface Modification of Metals by Ion Beams. t(Kanazava, Japan) 1993. P. *3>.

4. О. Г. Бахарев, А.. Д. Погребняк, .В. А. Мартыненко,

B.А.Руденко, А. Зекка, P. Бруза, О. Ошнер, X. Риссел, А. И. Рябчиков. Высокодозная и интенсивная имплантация ионов Ti,А1,С в-a-Fe.- // Поверхность - 1994. N8. с. 82 - 91.

5. А. V. Pogrebnjak, О- G. Bakharev, V. A. Martynenko, В. A. Rudenko, R. Brusa, A. Zecca, R. Oshner, H. Ryssel, A.I.Ryabchikov." High Dose and- Intense Implantation of Multiple Charge ions Al+n,Ti+n,C+ into alfa-Iron.

// Nucl. Instrum. and Meth. 1994. B.92.*P.31-40.

Summary ,

Martynenko V.A. Modification of a-Fe Surface hayers Using High-Dose Intensive Implantation of Ti, Al, С Ions.

The thesis is submitted to qualify the doctor (Ph/D) degree of phisics and mathematics. The speciality number is 01.04.07 - Solid State Physics. Sumy State University. Sumy 1994. ' ■

Five scientific published papers serve the basis of the thesis, which deal with experimental research results on structure and phase, states, defect structure and their effect on physical and mechanical properties of a -Fe Surface layers implanted by high 3oses of Ti, Al, С ions. Within the dose interval of 5xl016 to 8xl017 ion/cm2, in the case of Ti implantation into Fe, the "long range" effect had not been found, in other words, the layer of higher defect concentration which would propagate much deeper» then the profiles of implanted defects „failed to be observed. It has been shown that the observed increase in microhardness, near resistance and the decrease in friction coefficient in the surface layer of the titanium implanted iron is conditioned by an increased defect concentration, partial amorphization of the surface layer and, which is the most important reason, by 'ла11 disperse carbides which have been formed due to carbon from residual atmosphere of the accelerator chamber.

Аннотация.

Мартыненко В.А. Модификация поверхностных слоев а при высокодозной интенсивной имплантации ионами Т-., А1, С. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-

математических наук, по специальности 01.04.07 - физика твердого тела. Сумский государственный университет.Сумы.1994.

Защищается 5 научных печатных работ в которы содержатся экспериментальные результаты исслёдовани] структурно-фазового состояния , дефектной структуры и и: 'влияние на физико-механические свойства в поверхностны слоях a-Fe имплантированного высокими дозами ионоз

Ti,Al,С. ' -

«

Ке обнаружено "эффекта дальнодействия" ..в интервале до: 5х1016-8х1017 ион/см2 при имплантации ионов Ti в a-Fe, т.е. слоя с повышенной концентрацией, дефектов простирагацегоо намного глубже, . чем профиль , внедренных ионов Увеличение микротвердостй , износостойкости и уменьшение коэффициента трения' поверхностного слоя в имплантированные титаном образцах железа обусловлено повышением кондентраци! дефектов, частичной гморфизациеи поверхностного слоя i главным образом .образованием мелкодисперсных карбидов титана ' за счет углерода из остаточной 'атмосферы , камерь ускорителя. ■•■':■".

. Ключевые слова : имплантация, доза , дефекты , пробег, ♦

профиль,карбиды, .