Модифицирование и повреждение материалов потоками высокотемпературной импульсной плазмы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Якушин Владимир Леонидович

МОДИФИЦИРОВАНИЕ И ПОВРЕЖДЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ ПОТОКАМИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ПЛАЗМЫ

Специальность: 01.04.07 - «Физика конденсированного

состояния»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Москва - 2006 г.

Работа выполнена в Московском инженерно-физическом институте (государственном университете)

Научный консультант: доктор физико-математических наук,

профессор Б.А. Калин

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

В.А. Шулов

доктор физико-математических наук, профессор В.Ф. Петрунин доктор физико-математических наук В.Н. Пименов

Ведущая организация: ФГУП ГНЦ РФ Троицкий институт

инновационных и термоядерных исследований (ТРИНИТИ)

Защита состоится « 25 » октября 2006 г. в 15 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д212.130.04 МИФИ по адресу: 115409, г. Москва, Каширское шоссе, д. 31

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского инженерно-физического института (государственного университета)

Автореферат разослан « Об » сентября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.ф-м.н., профессор

Е.М. Кудрявцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Исследование влияния воздействия потоками высокотемпературной импульсной плазмы (ВТИП) на материалы, помимо изучения фундаментальных физических явлений, представляет значительный интерес в связи с двумя направлениями исследований, проводимых в настоящее время:

• разработкой физико-химических основ экологически чистых технологий модифицирования материалов при их обработке концентрированными потоками энергии (КПЭ);

• использованием потоков ВТИП для имитации срывов плазмы, ожидаемых в термоядерных реакторах типа токамак.

Известно, что эффективность, долговечность и надежность деталей и узлов систем и механизмов в значительной степени определяются их поверхностными свойствами. Учитывая это, разработка методов модифицирования поверхностных слоев материалов изделий является актуальной задачей для развития новых современных технологий. Среди таких технологий весьма перспективными и широко используемыми в промышленно-развитых странах являются методы обработки поверхности концентрированными потоками энергии, одним из видов которых являются потоки импульсной плазмы.

Воздействие потоками ВТИП на металлические материалы приводит к созданию приповерхностных слоев с модифицированным структурно-фазовым состоянием, в том числе, и неравновесным, имеющих, как правило, повышенные физико-механические и физико-химические свойства: микротвердость, износостойкость, прочностные характеристики, эрозионную и коррозионную стойкость и другие. При этом обработка потоками ВТИП обладает рядом преимуществ не только в сравнении с традиционными технологическими процессами термомеханической и химико-термической обработок, но и с воздействием других видов концентрированных потоков энергии. Основными преимуществами данного метода в сравнении с другими нетрадиционными технологиями обработки являются:

- одновременное использование рабочего вещества плазмы как средства для нагрева и легирования приповерхностных слоев материала;

- возможность одновременной всесторонней обработки поверхности изделий цилиндрической формы;

- относительно высокая микрооднородность структуры, состава и свойств обработанной поверхности;

- возможность финишной обработки относительно больших (до 0,15 м2) площадей поверхности или готовых изделий за короткий промежуток времени (один или несколько импульсов длительностью от 3-5 до 100 мкс).

К началу выполнения данной работы были проведены лишь отдельные исследования, выполненные в ФГУП ГНЦ РФ ТРИНИТИ (г. Троицк) Ю.В. Скворцовым, В.М. Струнниковым, С.С. Церевитиновым, В.И. Васильевым и др., по изучению влияния воздействия потоками ВТИП на изменения микроструктуры, микротвердости и коррозионной стойкости некоторых материалов. Однако для создания технологий обработки серийных изделий потоками импульсной плазмы необходимо проведение целенаправленных комплексных научных исследований для выявления закономерностей изменений структурно-фазового состояния материалов и создания физических основ технологий, определяющих требуемые эксплуатационные свойства и ресурс изделий.

Другим важным в научном и практическом значении направлением изучения воздействия потоками ВТИП на твердое тело является исследование закономерностей эрозии перспективных материалов первой стенки разрабатываемых термоядерных реакторов (ТЯР) типа токамак в условиях, имитирующих ожидаемые срывы тока плазмы, достигающие по удельной мощности до 2-20 МВт/см2 при длительности воздействия от 0,1 до 3 мс. Это может вызвать сильные локальные оплавления поверхности, кипение, испарение (сублимацию) и растрескивание материала. Такие виды повреждений, помимо загрязнения плазмы примесями, в конечном итоге, могут привести к ухудшению эксплуатационных свойств и даже выходу узлов реактора из строя. Поэтому выбор материалов для компонентов конструкции рабочей камеры и исследование их радиационной эрозии, в частности, в условиях, имитирующих ожидаемые срывы плазмы, являются актуальными и важными задачами при разработке различных проектов ТЯР.

К моменту начала выполнения данной работы в литературе практически отсутствовали экспериментальные результаты по изучению эрозии перспективных материалов первой стенки термоядерных реакторов в условиях воздействия потоками импульсной плазмы, имитирующего ожидаемые срывы плазмы, за исключением нескольких публикаций сотрудников ННЦ ХФТИ (И.М. Неклюдова, В.Н. Воеводина, А.Г. Беликова, В.П. Гончаренко, Д.К. Гончаренко и др.) Жесткость условий работы, недостаток данных о свойствах материалов и, особенно, их поведении в рабочих условиях, а также различные варианты конструкций первой стенки ТЯР объясняют рассмотрение широкого круга конструкционных и экранных материалов. Поскольку выбранные на сегодняшний день материалы первой стенки международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР- коррозионно-стойкая сталь 883161ЛЧ, Ве, и углеграфитовые композиты обладают целым рядом недостатков, окончательный выбор материалов, контактирующих с плазмой для термоядерных реакторов второго поколения (ДЕМО и др.) еще не сделан и исследования в этом направлении весьма актуальны.

Таким образом, актуальность темы настоящей работы в научном плане определяется развитием нового научного направления - модифицирование металлических материалов потоками высокотемпературной импульсной плазмы, выявлением основных механизмов и закономерностей изменения структурно-фазового состояния и разработкой физических основ технологий обработки, а в практическом отношении - установлением основных закономерностей изменения эксплуатационных свойств различных функциональных материалов и изделий при обработке потоками импульсной плазмы и эрозии перспективных материалов первой стенки ТЯР в условиях, имитирующих ожидаемые срывы тока плазмы.

Актуальность данной работы подтверждается тем, что исследования выполнялись в рамках ГНТП «Технологии, машины и производства будущего», «Управляемый термоядерный синтез и плазменные процессы»; ФЦП «Национальная технологическая база» и «Интеграция науки и высшего образования России»; инновационных НТП «Радиационные комплексы и технологии для научного приборостроения, медицины, производства товаров народного потребления», «Плазменно-лучевые технологии и радиационные комплексы»; межотраслевой программы сотрудничества между Минобразования и Минатомом России; грантов Минатома РФ и Росатома в области фундаментальных и поисковых НИР; проектов МНТЦ.

Цель работы — разработка физических основ экологически чистых и энергоэкономичных технологий модифицирования структурно-фазового состояния и эксплуатационных свойств металлических материалов и выявление основных механизмов и закономерностей повреждения твердых тел при воздействии потоками высокотемпературной импульсной плазмы с плотностью мощности падающего потока до 107 Вт/см2 при длительности импульсов 10-60 мкс.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи.

1. Выявление закономерностей изменения микроструктуры материалов при воздействии потоками ВТИП в зависимости от вида материала, его исходного состояния и режимов плазменной обработки.

2. Исследование изменений структурно-фазового состояния и элементного состава приповерхностных слоев при воздействии потоками импульсной плазмы.

3. Оценка температурно-силовых полей, возникающих в металлических материалах при облучении потоками ВТИП.

4. Разработка физических механизмов модифицирования структурно-фазового состояния и свойств материалов при плазменном воздействии.

5. Определение степени изменения эксплуатационных свойств модифицирован-

пых материалов в зависимости от режимов плазменной обработки, вида материала и его исходного состояния; оптимизация режимов обработки для целенаправленной модификации свойств материалов.

6. Исследование возможности легирования металлов через жидкую фазу с использованием потоков ВТИП.

7. Установление характера, закономерностей и степени повреждаемости перспективных конструкционных и экранных материалов первой стенки ТЯР при воздействии потоками импульсной плазмы.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем.

• Разработаны физические основы модифицирования металлических материалов и изделий потоками высокотемпературной импульсной плазмы с удельной мощностью падающего потока 3• 105—5• 106 Вт/см2 при длительности импульсов 10-60 мкс.

• Впервые выявлены основные закономерности изменения структурно-фазового состояния сталей различного назначения в зависимости от их состава, исходного состояния и режимов плазменной обработки.

• Впервые обнаружено, что при воздействии потоками высокотемпературной импульсной плазмы на металлические конструкционные материалы в приповерхностной области образуется модифицированный слой толщиной до 25 мкм, имеющий упорядоченную субмикрокристаллическую столбчатую или дислокационную ячеистую структуры и обладающий повышенными физико-механическими свойствами.

• Впервые проведены комплексные исследования и выявлены закономерности поверхностного упрочнения и изменения механических свойств металлических материалов в зависимости от их состава, исходного состояния и режимов плазменной обработки.

• Впервые установлено, что импульсная плазменная обработка низколегированных, углеродистых и коррозионно-стойких сталей приводит к повышению их коррозионной стойкости в разных агрессивных средах, включая потоки жидкого свинца, и изменяет механизм коррозии с межкристаллитного на фронтальный.

• Впервые обнаружено, что предварительная импульсная плазменная обработка уменьшает радиационную эрозию и водородопроницаемость образцов металлических материалов при последующем ионном облучении.

• Впервые проведено комплексное, всестороннее исследование эрозии широкого круга перспективных конструкционных и экранных материалов первой стенки ТЯР в условиях, приближенных к ожидаемым срывам тока плазмы,

при облучении в импульсных плазменных ускорителях (ИПУ) с использованием потоков водородной и дейтериевой высокотемпературной плазмы. • Впервые исследована эрозия образцов интерметаллидных сплавов системы Т]'-Л1-У, полученных разными методами, и установлено, что образцы, полученные компактированием быстрозакаленных микрокристаллических порошков, обладают высокой стойкостью к эрозии, трещиностойкостью и стабильностью элементного состава приповерхностных слоев в условиях воздействия, имитирующего срывы плазмы.

Практическая значимость работы заключается, прежде всего, в том, что проведенные комплексные исследования и полученные результаты позволяют создавать новые экологически чистые и энергоэкономичные технологии целенаправленного изменения физико-механических и коррозионных свойств конструкционных и функциональных материалов разных классов и готовых изделий при их обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы. Выявленные основные закономерности изменения структурно-фазового состояния, поверхностного упрочнения, повышения коррозионной стойкости в разных средах и уменьшения радиационной эрозии металлических материалов, модифицированных потоками ВТИП, могут быть использованы при выборе оптимальных режимов обработки для повышения эксплуатационных характеристик изделий различного назначения. На основе полученных результатов установлены режимы обработки режущего инструмента (сверл, метчиков и др.), повышающие их ресурс в условиях заводских испытаний в 3-3,5 раза.

Полученные в работе результаты по изменению микроструктуры и фазового состава твердых тел, обнаруженный эффект дальнодействия при импульсной плазменной обработке представляют интерес для исследователей, занимающихся изучением фундаментальных проблем взаимодействия излучения с твердым телом.

Выявлены основные закономерности радиационной эрозии перспективных конструкционных и экранных материалов первой стенки ТЯР, включая коррозионно-стойкие стали, сплавы на основе никеля, ванадия и вольфрама, углеграфи-товые материалы, материалы с покрытиями, литые и компактироваиные интер-металлидные сплавы системы ТьА1-У в условиях, имитирующих срывы плазмы. Даны практические рекомендации о возможности использования исследованных материалов в ТЯР, предложены методы повышения их эрозионной и термостойкости с точки зрения воздействия на них срывов плазмы. Разработан способ уменьшения радиационной эрозии металлических материалов при ионном облучении путем их предварительной обработки потоками высокотемпературной импульсной плазмы, на который получено авторское свидетельство на изобретение.

Полученные результаты могут быть использованы для выбора материалов первой стенки термоядерного реактора ДЕМО и оценки их работоспособности и ресурса в условиях воздействия срывов тока плазмы.

Научные и практические результаты диссертации используются в учебном процессе в Московском инженерно-физическом институте в лекционных курсах и лабораторном практикуме по дисциплинам «Модифицирование материалов концентрированными потоками энергии и ионной имплантацией», «Специальные вопросы материаловедения ТЯР», а также при подготовке дипломных проектов. Основные положения, выносимые на защиту.

1. Основные закономерности изменения структурно-фазового состояния сталей разных классов и назначений в зависимости от их состава, исходного состояния и режимов импульсной плазменной обработки.

2. Экспериментальные результаты по изменению микроструктуры приповерхностных слоев металлических материалов, обработанных потоками высокотемпературной импульсной газовой плазмы.

3. Экспериментальные результаты комплексных исследований и закономерности поверхностного упрочнения и изменения механических свойств металлических материалов в зависимости от их состава, исходного состояния и режимов плазменной обработки.

4. Экспериментальные результаты по влиянию импульсной плазменной обработки на коррозионную стойкость образцов низколегированных, углеродистых и коррозионно-стойких сталей и сплавов циркония в разных агрессивных средах, включая потоки жидкого свинца.

5. Физические модели формирования микро- или нанокристаллических упорядоченных ячеистых структур в приповерхностном слое металлических материалов в результате воздействия потоками высокотемпературной импульсной плазмы.

6. Качественные физические модели эффекта дальнодействия, уменьшения физического распыления при ионном облучении и повышения механических свойств металлических материалов в результате предварительного воздействия потоками импульсной плазмы.

7. Методика поверхностного жидкофазного легирования образцов, в том числе, фрагментов тонкостенных труб с использованием потоков ВТИП.

8. Экспериментальные результаты по определению коэффициентов и механизмов эрозии различных материалов при воздействии потоками импульсной плазмы в зависимости от плотности мощности падающего потока и числа импульсов облучения.

9. Результаты исследований влияния последовательного воздействия моно- и полиэнергетических пучков ионов гелия, водорода, аргона и импульсных потоков плазмы на топографию, радиационный блистеринг, физическое распыление и водородопроницаемость коррозионно-стойких сталей и никелевых сплавов.

Достоверность полученных результатов и выводов диссертационной работы подтверждается комплексным использованием современных методов исследований, тщательностью проведения экспериментов и оценкой величины погрешности проводимых измерений, экспериментальной проверкой теоретических предположений и физических моделей, сопоставлением с результатами других авторов, признанием полученных результатов на различных международных и отечественных конференциях.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих международных, всесоюзных, всероссийских и отраслевых конференциях и совещаниях:

II, III и IV Всес. конф. «Взаимодействие излучения, плазменных и электронных потоков с веществом» (Москва, 1986; Сухуми, 1988; Фрунзе, 1990); зональной научно-техн. конф. «Обработка материалов высококонцентрированными источниками энергии» (Пенза, 1988); I, III, IV Всес. конф. «Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц» (Томск, 1988, 1994, 1996); XV и XVI Бакурианской школе по радиационной физике металлов и сплавов (Бакуриани, 1988 и 1989); Всес. конф. «Ионно-лучевая модификация материалов» (Каунас, 1989); Всес. симпозиуме «Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела» (Ташкент, 1989); Всес. семинаре «Взаимодействие импульсных плазменных потоков с веществом» (Алма-Ата, 1989); X и XIII межд. конф. «Физика прочности и пластичности металлов и сплавов» (Куйбышев, 1989; Самара, 1992); первом межд. совещ. стран СЭВ «Радиационная физика твердого тела» (Сочи, 1989); межд. конф. по радиационному материаловедению (Алушта, 1990); Всес. и II межд. конф. «Радиационное воздействие на материалы термоядерных реакторов» (Ленинград, 1990; Санкт-Петербург, 1992); IV Всес. семинаре «Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов (Петрозаводск, 1990); II и III межотраслевом совещ.; V-VIII, X, XI межнациональном и XII-XVI межд. совещ. «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь, 1992, 1993; 1995-1998, 2000, 2001 и 2002-2006); Intern. Conf. «Evolution of Microstructure in Metals During Irradiation» (Chalk River, Canada, 1992); консультационном симпозиуме «Международное сотрудничество в области конверсионных технологий» (Санкт-Петербург, 1993); 6th, 7th and 8th

Intern. Conf. «Fusion reactor materials» (Stresa, Italy, 1993; Obninsk, Russia, 1995; Sendai, Japan, 1997); 11th Intern. Conf. «Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices» (Mito, Japan, 1994); второй Московской мсжд. конф. по композитам (Москва, 1994); четвертой межотраслевой конф. по реакторному материаловедению (Димитровград, 1995); Fourth and Fifth Intern. Symposium on Fusion Nuclear Technology (Tokyo, Japan, 1997; Roma, Italy, 1999); Fourth Russian-Chinese Symposium «Advanced Materials and Processes» (Beijing, China, 1997); ежегодных научных сессиях МИФИ (Москва, 1998-2005); Annual Meeting on Nuclear Technology (Germany; Munich, 1998; Düsseldorf, 2004); первом, третьем, четвертом и шестом межд. Уральском семинаре «Радиационная, физика металлов и сплавов» (Снежинск, 1995, 1999, 2001, 2005); Annual meeting of Korea Institute of Surface Engineering (Seoul, Korea, 2000); Is1 and 2nd Intern. Congress on Radiation Physics, High Current Electronics, and Modification of Materials (Tomsk, Russia, 2000 and 2006); шестой и седьмой Росс. конф. по реакторному материаловедению (Димитровград, 2000 и 2003); XV и XVI межд. конф. по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению (Алушта, Украина, 2002 и 2004); 6th and 7th Intern. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Tomsk, Russia, 2002, 2004); Russian (CIS) - Dutch Partnering Event on nanomateri-als, metals, alloys, coatings, industrial ceramics and polymers (Amsterdam, Netherlands, 2003); межд. семинаре «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-VII)» (Обнинск, 2003); 12th Intern. Conf. on radiation physics and chemistry of inorganic materials (Tomsk, Russia, 2003); межд. конф. «Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ) - 2004» (Волгоград, 2004); France-Russia Seminar «New Achievements in Materials Science» (Nancy, France, 2004); 14th Intern. Conf. on Textures of Materials (Leuven, Belgium, 2005); 17th Intern. Conf. on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices (Hefei Anhui, China, 2006).

Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 126 печатных работах, включая монографию, учебник для студентов высших учебных заведений, учебное пособие, 3 авторских свидетельства на изобретения, 34 статьи в рецензируемых научных отечественных и иностранных изданиях, 14 статей в трудах международных конференций и 25 статей в сборниках научных трудов и различных конференций. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 357 страницах, включая 169 рисунков, 65 таблиц и 380 наименований в списке литературы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель работы и решаемые задачи, указана научная новизна и практическая значимость результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту, обоснована достоверность полученных результатов и выводов.

Анализ основных процессов взаимодействия концентрированных потоков энергии с твердым телом и обзор литературных данных по методам модифицирования материалов с их использованием показал, что обработка потоками ВТИП с целью повышения эксплуатационных свойств металлических материалов обладает рядом преимуществ в сравнении с воздействием других видов КПЭ (лазерного излучения, сильноточных электронных и мощных ионных пучков) и является одним из перспективных направлений для разработки новых технологий поверхностной обработки. Однако для создания физических основ технологий поверхностной обработки промышленных изделий необходимо проведение целенаправленных комплексных научных исследований по выявлению закономерностей изменения структурно-фазового состояния и их влияния на физико-механические свойства материалов.

Рассмотрены современные представления об условиях работы и материалах первой стенки ТЯР, указаны достоинства и недостатки перспективных материалов. Отмечено, что, поскольку все предлагаемые на сегодняшний день экранные материалы обладают рядом серьезных недостатков и будут разрушаться при взаимодействии с термоядерной плазмой, могут возникать внештатные ситуации, когда интенсивные тепловые нагрузки и срывы плазмы будут воздействовать непосредственно на конструкционный материал первой стенки камеры реактора. В связи с этим, требования, предъявляемые к экранным материалам, актуальны и для конструкционных материалов.

На основании анализа литературных данных делается заключение о том, что разработку экранных материалов для реакторов следующего поколения, в частности, реактора ДЕМО целесообразно проводить по двум направлениям: создание градиентных композитов на основе графитов, а также разработка альтернативных материалов на основе интерметаллидов системы ТьА1-У. Особо указано на недостаточность данных по исследованию эрозии и термостойкости перспективных экранных и конструкционных материалов ТЯР в условиях, имитирующих ожидаемые срывы плазмы.

Материалы, условия облучения и методы исследования. В связи с вышеизложенным, и в соответствии с целью работы были исследованы широко применяемые в различных областях машиностроения промышленные углеродистые

и низколегированные стали марок СтЗ, 20, 45, 65Г, У8, 25Х1МФ, 35Х, 38Х2МЮА, ШХ15; сложнолегированные конструкционные стали разных классов и никелевые сплавы, используемые в атомной технике, или рассматриваемые в качестве перспективных материалов для атомных реакторов и энергонапряженных узлов термоядерных реакторов (12Х18Н10Т, 0X17H13M3T, 0Х16Н15МЗБ, 06ХI6HI5М2Г2ТФР, 14Х17Н2, 03Х20Н45М4БРЦ, 12Х13М2БФР, Х13М2С2, 0Х13МБЧ, 16Х12МВСБФР и др.); ванадий марки ВЭЛ-2 и его сплавы (мае. %) V-10Ti, V-15TÏ, V-20Ti, V-SCr, V-7Nb, V-14Nb, V-4Ti-4Cr, V-10Ti-5Cr, V-10Ti-6Cr-Y, V-20Ti-10Cr-Si; сплавы на основе Al, Ti, Zr (Al-2Li-2,5Cu, ПТ-7М, BT-6, Э110, Э635); модельные материалы - армко-железо и сплавы Ni - (0,004-0,37 % С).

Кроме того, исследовались перспективные экранные материалы первой стенки ТЯР: углеграфиты марок ГР, ГР + (50% Ti + 50% Си), МПГ-6, МПГ-8, МИГ, МИГ-1, СГ-Т, ПГ-МС, УСБ-15; материалы с покрытиями, в том числе, многослойными, включая алмазоподобные (АПП), - AI, Be, В, Si, TiN, А1/АПП, Ti/TiN/АПП, A1/A1N; интерметаллидные сплавы на основе алюминида титана (ат.%) Ti52AI48, Ti5oAl4aV2, Ti43Al43V9 и Ti37Al48V15, полученные по традиционной технологии литья и компактированные спеканием микрокристаллических быст-розакаленных порошков со связкой Ti-28V-3,5Be в количестве 6 мас.%; композитный сплав системы W —23,5 Си — (1,5-3,5) Ni.

Облучение потоками импульсной плазмы проводилось в электродинамических плазменных ускорителях типа МК-200 (MKT) в ФГУП ГНЦ РФ ТРИНИТИ (г. Троицк) и в импульсной плазменной установке типа Z-пинч — «Десна-М» на кафедре физических проблем материаловедения МИФИ. Основными варьируемыми параметрами при воздействии потоками ВТИП были напряжение зарядки конденсаторов U, определяющее плотность энергии q потока плазмы, число импульсов облучения N и тип плазмы. В качестве плазмообразующего газа, в основном, применялся азот, гелий и водород. Удельная мощность потока Q и число импульсов N изменялись в диапазонах (0,3-10) МВт/см2 и 1-100, соответственно, при длительности импульсов от 10 до 60 мкс.

Комплексные исследования изменения топографии поверхности, микроструктуры и структурно-фазового состояния обработанных потоками импульсной плазмы металлов и сплавов выполнены с использованием методов оптической, растровой и просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного и рентгеновского фазового анализов. Изучение микроструктуры приповерхностных слоев облученных образцов проводилось методами металлографии на поперечных (tp = 90°) и косых (ф = 7°) срезах. Тонкая структура модифицированных материалов, в том числе, при послойном анализе исследовалась методом просвечивающей электронной микроскопии. Определение химического состава поверхно-

стного слоя образцов проводилось методом рентгеноспектрал ьного микроанализа (РСМА) в электронном микроскопе JEM-100CX с использованием анализаторов LINK Systems-860 и LINK AN 10, в микроанализаторе Камебакс и в установке «CamScan» с волновым спектрометром WDX-3PC, а также методом Оже-спектрального микроанализа в растровом электронном микроскопе BS-350 с Оже-анализатором ВР-350.1. Рентгеновские исследования модифицированных образцов, в том числе, отрезков твэльных труб выполнялись на дифрактометре ДРОН-ЗМ с применением стандартных методик рентгеновского дифрактометри-ческого исследования, включая определение макронапряжений по методу sin2v|> и описание текстуры поверхности по методу обратных полюсных фигур.

Микротвердость измерялась по методу Виккерса на приборах HVS-1000 с автоматическим нагружением индентора и ПМТ-3 при нагрузке равной 0,05-1,0 Н. Погрешность измеренных значений с учетом коэффициента Стьюдента при доверительной вероятности а = 0,95 не превышала ± 8 %. Определение прочностных характеристик (предела упругости - ау; временного сопротивления на разрыв - а„; относительного удлинения - 5) проводилось при кратковременных статических испытаниях на растяжение в соответствии с ГОСТ 11701-66 на стандартных плоских, коротких («пятикратных») образцах на разрывных машинах FPZ-10/1 и FP-100/1. Погрешность определения прочностных характеристик при испытаниях, как минимум трех одинаковых образцов, не превышала ± 10%. Сравнительные испытания на трение осуществлялись по схеме возвратно-поступательного скольжения исследуемого образца в паре с контртелом, изготовленным из твердого сплава ВК-5. Сила трения непрерывно регистрировалась динамометрическим методом, износостойкость образцов определялась из анализа трека износа.

Коэффициенты эрозии S (мкг/(Джсм2)) при облучении образцов потоками импульсной плазмы и распыления У (ат/ион) при ионном облучении рассчитывались по потере массы мишени, измеряемой с точностью ± 0,01 мг. Погрешности значений определялись преимущественно точностью измерения плотности энергии потока плазмы и флюенса ионов и не превышали ± 30 и ± 20 % соответственно.

Исследование выделения внедренного дейтерия и гелия осуществлялось методом термодесорбционного анализа (ТДА) с помощью статического магнитного масс-спектрометра ПТИ-10 по массе 4 при равномерном нагреве мишени со скоростью 3 К/с. При изучении водородопроницаемости в качестве измерительной системы использовался газовый масс-спектрометр ИПДО-2А с датчиком в виде омеготронной лампы РМО-4С. Погрешность измерения парциального давления выделенного газа и водородопроницаемости, практически определяемая аппаратурной погрешностью прибора ИПДО-2А, не превышала ± 20%.

Модифицирование структурно-фазового состояния металлических материалов. Одним из основных процессов при воздействии на твердое тело потоков ВТИП является нагрев мишени, приводящий к возникновению градиентов температуры и полей термических напряжений, поэтому для выбора режимов обработки и прогнозирования возможных структурно-фазовых изменений в материалах были проведены оценочные расчеты температур нагрева приповерхностных слоев металлических материалов и возникающих термических напряжений. Учитывая, что для простых конструкционных материалов, в частности, углеродистых и низколегированных сталей разница между значениями температуры и ее производными (скорости нагрева и охлаждения, пространственные градиенты), полученными из линейной и нелинейной математических моделей нагрева мишени КПЭ, не очень велика, а также то, что параметры потоков импульсной плазмы, в частности, Q и коэффициент поглощения энергии падающего потока А, как правило, определяются с не очень высокой точностью, для оценочных расчетов температурных полей была использована более простая линейная модель. Аналитическое решение системы уравнений позволяет оценить динамику изменения полей температуры 1\z, t) в плоской пластине при воздействии теплового источника g(z, /) = AQ на стадии нагрева (7"i) и охлаждения (Т2) [1]:

lV Л IX 2IX 6Х тсгЯ.»-1 п2 1 W

¡X 2IX 6Х я À«-> п l

где к и X — коэффициенты температуропроводности и удельной теплопроводности материала мишени при средней интегральной температуре эксперимента; 2~r = 293 К - начальная температура мишени, / - толщина мишени.

Используя выражения (1) и (2), можно получить уравнение для нормальных напряжений в математической модели задачи термоупругости для плоской твердотельной пластины с жестко закрепленными краями в виде

= а„ = -^Ц- T(z,t) + -~-'\T{z,t)dz + J* Jz• T(z,t)dz\ , (3)

1 - u L 2h-и 2h -A J

где a — линейный коэффициент теплового расширения; Е - модуль Юнга; и — коэффициент Пуассона.

На основе выражений (1) - (3), по разработанной программе были рассчитаны профили распределения температур и термонапряжений как на стадии воздействия потока плазмы (/ S т„; создание полей T\z, t) и o(z, /)), так и после окончания

действия импульса (г > ти; релаксация полей 7(г, /))• Проведенные расчеты показали, что при максимально достигаемых плотностях энергии потока плазмы к концу действия импульса образец из стали может нагреваться до температуры плавления на глубины ~ 27 и 8 мкм при длительностях импульса 50 мкс (ускоритель МКТ) и 15 мкс (установка «Десна-М») соответственно. Рассчитанные профили распределения температуры после окончания действия импульса позволяют качественно рассматривать динамику релаксации температурного профиля, достигнутого к концу действия импульса, оценивать максимальную глубину проплавления мишени, время существования расплава и изменение скорости охлаждения по глубине мишени для разных моментов времени. В частности, полное время существования расплава при Q = МО7 Вт/см2 и длительности импульса ти = 50 мкс составляет ~ 100 мкс, протяженность области нагрева (до Т~ 370 К) расширяется до 250 мкм за время равное 40 мс, максимальная скорость охлаждения (V ~ 4-10 К/с) достигается на расстоянии от поверхности г~ 50 мкм через время I — 100 мкс после завершения действия импульса, а полное охлаждение мишени происходит через г ~ 0,1 с.

Показано, что возникающие при обработке потоками ВТИП термонапряжения изменяют знак по мере удаления от поверхности, при этом характер их распределения практически не зависит от режимов обработки. Основные различия проявляются в изменении расстояния до области смены вида (знака) напряжений и их максимального значения. Как показали проведенные оценки, максимальные растягивающие термонапряжения создаются на расстояниях ~ 40-45 мкм, достигают величины 280-300 МПа и превышают предел текучести стали при комнатной температуре (сгт= 210 МПа). Следовательно, в реальных условиях эксперимента обработка будет приводить к возникновению пластической деформации и модифицированию микроструктуры. После окончания действия потока ВТИП сжимающие напряжения уменьшаются по абсолютному значению, область их распространения приближается к поверхности, а в момент времени, равный по порядку величины 0,1 с, соответствующий полному охлаждению мишени, они полностью релаксируют.

По степени воздействия на металлические материалы режимы плазменной обработки условно можно разделить на три вида: жесткое воздействие (б > 5-106 Вт/см2, Ы~> 10), умеренное (1-Ю6 < 0 < 5106Вт/см2, 1 <Ы< 10) и слабое (() < 1-Ю6 Вт/см2, 1 < N< 10). Подобное деление проведено исходя из различной степени нагрева облучаемого материала и изменения топографии поверхности после обработки: жесткое воздействие вызывает интенсивное плавление и кипение материала; умеренное приводит к плавлению приповерхностных слоев; при

слабом воздействии происходит нагрев поверхностных слоев материала и в некоторых случаях - локальное оплавление поверхности вблизи верхней границы значений удельной мощности.

Исследования топографии поверхности образцов показали, что для всех использованных умеренных и жестких режимов обработки, независимо от вида плазмы, воздействие потоками ВТИП вызывает плавление приповерхностных слоев. В результате последующего затвердевания на поверхности образуется характерный микрорельеф в виде волн расплава (рис. 1).

Рис. 1. Топография поверхности сталей ШХ15 (а), 38Х2МЮА (б) и 45 (в), облученных потоками импульсной азотной плазмы

Как видно на рис. 1, а, при облучении в относительно «мягком» режиме (£? = 8,5-105 Вт/см2, N = 3), приводящем к незначительному оплавлению поверхности, волны расплава имеют строгую направленность, связанную с дефектами (царапинами) на исходной поверхности мишени. Увеличение жесткости облучения (2 и ЛО приводит к формированию после обработки более развитого микрорельефа поверхности (рис. 1, б и в) с наслоением волн расплава, причем число наслоений оказывается кратным числу импульсов облучения. Подобная топография поверхности наблюдалась для всех исследованных сталей, обработанных потоками импульсной азотной плазмы, а также для других видов плазмы (водородной, гелиевой, аргоновой и др.). При этом установлено, что степень развитости формирующегося рельефа для одинаковых энергозатрат на получение потоков ВТИП (т.е. при постоянном напряжении зарядки конденсаторов II и числе импульсов облучения Ы) зависит от типа плазмы. В частности, с увеличением атомной массы плазмообразующего газа микрорельеф поверхности становится более развитым, что, по-видимому, обусловлено в первую очередь увеличением длительности импульса потока плазмы при повышении атомной массы рабочего газа и, следовательно, глубины зоны термического воздействия.

При жестких режимах обработки в ряде случаев наблюдается образование локальных микротрещин, которые расположены преимущественно в вершинах волн расплава. Это свидетельствует о возникновении в приповерхностном слое, как

показано выше, высокого уровня термических напряжений. В некоторых местах наблюдаются скопления небольших кратеров, возникших, по-видимому, в результате перегрева и выброса расплава при кипении, а также выхода внедренного газа из облученного материала. Учитывая это, применительно к технологическому использованию потоков ВТИП больший интерес представляют умеренные и слабые режимы обработки. При этом анализ полученных результатов показал, что, используя относительно мягкие режимы воздействия, можно проводить полировку поверхности материалов или готовых изделий.

Металлографические исследования структуры поперечных и косых шлифов показали, что в результате обработки потоками плазмы изменяется микроструктура приповерхностных слоев и создается модифицированный слой (МС) с многослойной структурой (рис. 2). Количество и толщина слоев зависят от параметров потоков ВТИП (<2 и Л'), а также теплофизических характеристик материала, определяющих температуру его нагрева. Установлено, что появление нескольких различных по структуре слоев происходит практически скачкообразно с увеличением удельной мощности потока при достижении условий плавления поверхностного слоя, т.е. при () > 1 ■ 106 Вт/см2. При этом образуется несколько зон с различной структурой (рис. 2, а): 1 - белый нетравящийся слой; 2 - модифицированный слой, обладающий пониженной травимостью на зерно, образующийся при затвердевании расплавленного материала; 3 — переходный слой (зона термического влияния); 4 - исходная матрица. При жестких режимах обработки в переходном слое в зернах, расположенных на глубинах до 100-150 мкм от поверхности, наблюдается большое количество полос скольжения (рис. 2, б), что свидетельствует о прошедшей в данной области пластической деформации в результате релаксации термических напряжений. Общая толщина модифицированного слоя при увеличении числа импульсов воздействия изменяется в интервале от нескольких до ~ 25 мкм (рис. 3). Необходимо отметить, что при достижении плавления толщина МС практически совпадает с толщиной расплавленного слоя, определенной расчетным путем, и для одинаковых условий получения потоков плаз-

1 -»

2 —>

3 —►

4 —►

Рис. 2. Микроструктуры поперечных шлифов из стали 45 (а) и 0Х13МБЧ (б) после обработки потоками плазмы: а— 0= 1,3 10б Вт/см2, N=3; б - £> = 5 ■ 10б Вт/см2, 10

17

эо

Рис. 3, Зависимость толщины модифицированного слоя для образцов из стали У8, обработанных потоками азотной плазмы, от числа импульсов облучения

5

(2= 1,1-106 Вт/см2)

о

о

г

4

«

8

10

ы

мы увеличивается с повышением массы плазмообразующего газа. В случае, когда () < 1-106 Вт/см2, в большинстве экспериментов обнаружен только один слой с измененной микроструктурой, толщина которого слабо зависит от удельной мощности потока и составляет около 10-15 мкм. Кроме того, установлено, что при относительно мягких режимах воздействия наблюдается столбчатая структура МС, причем ее ориентация к поверхности и границе раздела «модифицированный слой - исходный материал» изменяется вдоль зоны обработки.

Методом просвечивающей электронной микроскопии было обнаружено, что МС представляет собой микро- или субмикрокристаллическую столбчатую или дислокационную ячеистую упорядоченные структуры (УС) (рис. 4). В сечении ячейки имеют преимущественно гексагональную форму. Стенки ячеек, как правило, состоят из скоплений дислокаций, а для сложнолегированных сплавов декорированы мелкодисперсными выделениями частиц первичных фаз карбонитри-дов типа ■П(С.Ы), ЫЬ(С,М) и др. (рис. 4, б). При облучении потоками водородной и дейтериевой плазм на границах ячеек наблюдались газовые пузырьки размером до 20-30 нм. Для разных полиэдрических зерен образующаяся ячеистая структура имеет различную форму - от гексагонов до усеченных, вытянутых в одном направлении «полосчатых» ячеек (рис. 4, в). Характерный размер гексагональных ячеек (У меняется в интервале от 50 нм до 1,0 мкм в зависимости от £), химического состава и фазово-структурного состояния исходного материала (рис. 5). Эмпирический анализ полученных зависимостей показал, что для всех исследованных материалов выполняется соотношение 1Ь~

Послойный электронно-микроскопический анализ показал, что толщина модифицированного слоя с УС достигает до 10-20 мкм. При этом на глубинах более 20 мкм ячеистая структура исчезает и наблюдается структура, близкая к исходной, но имеющая более высокую плотность дислокаций. Повышенная плотность дислокаций обнаружена даже на обратной стороне тонких (~ 0,3 мм) отожженных мишеней, что является одним из прямых экспериментальных доказательств

а б в

Рис. 4. Структура материалов, обработанных потоками импульсной плазмы: а - 0Х16Н15МЗБ, б-ОХ20Н45М4Б, в-НП2Эви (а — 2 = 5106Вт/см2, // = 3; 6,6-2= 1,3-Ю6Вт/см2,3)

проявления «эффекта дальнодействия» при обработке металлических материалов потоками ВТИП. Выявлено, что упорядоченная структура обладает повышенной температурной стабильностью и для аустенитных сталей сохраняется при отжиге вплоть до температуры Т— 1173 К (( = 1 ч), которая значительно превышает температуру рекристаллизации данных сталей.

Было установлено, что в пределах отдельного зерна столбчатые ячейки располагаются под определенным углом наклона р к поверхности мишени в зависимости от ориентации исходного зерна. Это свидетельствует о существовании кристаллографического направления для предпочтительного роста столбчатых гексагонов. При этом, в одном предельном случае, для плотноупакованных плоскостей (например, в случае никеля для плоскостей типа {100}) возникает УС, ориентированная практически по нормали к поверхности (Р « 0"), а, в другом (Р « 90°), наблюдаются полосчатые ячейки, ориентированные параллельно плоскости мишени. Для монокристаллических материалов вдоль всей поверхности образуется однородная УС с углом наклона, определяемым кристаллографической ориентацией монокристалла.

Исходя из приведенных выше результатов, следует, что обработка потоками импульсной плазмы позволяет формировать многослойные приповерхностные зоны с градиентным модифицированным структурно-фазовым состоянием (рис. 6).

Анализ полученных результатов позволил сделать заключение о качественно различных механизмах образования упорядоченной структуры, обуславливаемых реализацией условий плавления приповерхностных слоев или доплавилыгого режима воздействия. В случае плавления образование столбчатой УС является следствием прошедшей на стадии затвердевания ячеистой кристаллизации расплава при создании в непосредственной близости от поверхности раздела твердой и жидкой фаз зоны концентрационного переохлаждения расплава, что приводит к накоплению примеси на фронте кристаллизации и нестабильности плоского

/Л.МК

0,6

О, мвт/см Рис. 5. Зависимость размера ячеек от удельной мощности потока: 1 -12Х18Н10Т, 2 —НП2Эви, 3 -0Х16Н15МЗБ, 4 -03Х20Н45М4Б

0 1-5 15-20 50-100 г.мкм

Рис. 6. Схематическое изображение модифицированного слоя: 1-зона перегретого (кипевшего) расплава (для <2> 5 МВт/см2); 2 -зона УС; 3 -переходная область с повышенной плотностью дислокаций; 4 -исходная структура

фронта кристаллизации [2, 3]. Общий критерий концентрационного переохлаждения, определяющий развитие неустойчивого фронта раздела при кристаллизации имеет вид

Л

(4)

где - температурный градиент в жидкости перед поверхностью раздела; Л - скорость перемещения фронта кристаллизации; — коэффициент диффузии растворенного компонента в жидкой фазе; ко = СУС^ — равновесный коэффициент распределения примеси; С0 и СЬЕ — предельные равновесные концентрации легирующего элемента (примеси) в твердой и жидкой фазах соответственно при температуре Т = Г5(С0); ть - угловой коэффициент (наклон) линии ликвидуса, определяемый из диаграммы состояния [гп1 = йТ^йС^). В соответствии с данным механизмом средний размер образующихся гексагональных ячеек может быть оценен из выражения

/* = 2

2т, оЛС,,-С,;)

О,Я

(5)

Проведенные по формуле (5) расчеты размеров ячеек столбчатой УС для образцов сплавов системы №-С показали хорошее соответствие с экспериментальными значениями (рис. 7), что свидетельствует о применимости данной модели для объяснения экспериментально наблюдаемой структуры. Для расчета параметров процесса плавления, необходимых для оценки размеров ячеек, использована одномерная модель абляции полубесконечного тела при обработке потоками ВТИП и механизм непрерывного роста кристаллов.

Рис. 7. Зависимость экспериментальных (♦) и рассчитанных (■) поперечных размеров гексагональных ячеек от удельной мощности потока для образцов из никеля НШЭви

2 а 4 О, 10" Вт/см

Наблюдаемая при обработке в режимах без плавления дислокационная ЯС, очевидно, является следствием прошедшей на стадиях нагрева и охлаждения приповерхностных слоев мишени высокоскоростной пластической деформации под действием термомеханических напряжений. При этом неравномерность распределения дислокаций в пластически деформируемом материале - результат кинетической неустойчивости и самоорганизации, развивающихся в дислокационном ансамбле из-за взаимодействия дислокаций с локальными препятствиями и друг с другом. Данный механизм подробно рассмотрен в работах Г.А. Малыгина [4, 5]. Полученное решение системы уравнений для эволюции плотности дислокаций (р) в пластически деформируемом кристалле с учетом процессов размножения и иммобилизации дислокаций на препятствиях различной природы, а также их движения и аннигиляции позволило определить критические величины деформации (£к) и плотности дислокаций, необходимые для возникновения пространственно неоднородной дислокационной структуры и ее период Л (размер ячеек):

(1 + ¥„)2

Л =

Х„ (2/3-¥о)(3/2-чО Л.

где ф

1-е1

£1 РГ

и^/Г-п X/

(б)

(7)

; Хд — коэффициент

. Уо^Р,

аннигиляции дислокаций; х,- и %т — коэффициенты иммобилизации и размножения дислокаций на препятствиях недислокационной природы; коэффициент размножения дислокаций на дислокациях леса; Х0 и ^ - эффективное расстояние перемещения дислокаций и коэффициент, учитывающий образование новых дислокационных петель при двойном поперечном скольжении (£>1).

Рассчитанные нами критические параметры, характеризующие ЯС, для поли-

кристаллического никеля, обработанного потоками ВТИП, с учетом коэффициентов размножения дислокаций на примесных препятствиях и дислокациях леса и коэффициента аннигиляции дислокаций (величина критической деформации -е. ~ 10 %; максимально возможная плотность дислокаций в границах ячеек — Ртах ~ 1012 см"2; минимальная плотность дислокаций в объеме ячеек - рт;п ~ 1010 см"2; равновесное значение периода распределения дислокаций при больших деформациях - средний размер ячеек Л„ ~ 1,3 мкм) хорошо согласуются с экспериментально определенными методом просвечивающей электронной микроскопии параметрами создаваемой упорядоченной дислокационной структуры. Это позволяет сделать заключение о правомерности использования данной модели и, что упорядоченная дислокационная ЯС по механизму образования может быть отнесена к известному классу самоорганизующихся диссипативных структур.

Проведенные рентгеновские исследования показали (табл. 1), что для углеродистых и низколегированных сталей независимо от вида плазмообразующего газа после обработки в режимах с плавлением, как правило, образуются две фазы -мартенсит закалки (а') и остаточный аустенит (у). При этом относительное количество фаз определяется условиями облучения и видом материала.

Таблица 1

Результаты рентгеновских исследований сталей, модифицированных потоками азотной плазмы (£3 = 1,4 МВт/см2; ВТИП1 3, ВТИП2 -Ы = 5)

Содер- Параметры кристаллической Угловая

Марка Обра- Фазо- жание решетки а (а') - фазы ширина ш

стали ботка вый у-фазы, а, им с, нм V линии (200)

состав % 10~3 нм3 а'- фазы, град

20 Исх. а - 0,2867 - 23,57 0,20

ВТИП1 а'+у 2 0,2862 0.2958 24,23 1,60

35Х Исх. а — 0,2868 - 23,59 0,17

ВТИП1 а'+у 3 0,2857 0.2966 24,21 1,67

25Х1МФ Исх. а - 0,2868 - 23,59 0,23

ВТИП1 а'+у 5 0,2860 0.2958 24,20 1,45

14Х17Н2 Исх. а - 0,2867 - 23,57 0,24

ВТИП1 а'+7 82 0,2856 0.2922 23,83 1,0

ВТИП2 а'+у 85 0,2853 0.2931 23,86

В ряде случаев наблюдается образование сложных оксидов типа Ре203-Н20 и Ре304 + Ре203-Н20, что обусловлено наличием остаточных газов в рабочей камере. Кроме того, при определенных условиях обработки потоками азотной плазмы в результате частичного распада а'-фазы появлялись «следы» метастабильной а"-фазы, соответствующей нитриду Ре|6Ы2, и /-фаза (нитрид Ре4М), а при облу-

22

чении более плотной (р = 67 Па) плазмой в приповерхностных слоях формируется структура, состоящая из азотистого мартенсита, остаточного аустенита и а"-фазы, причем содержание у-фазы составляет порядка 15-20 %. Для разных плазмообразующих газов (гелий, азот, аргон, воздух), фиксированном напряжении зарядки конденсаторной батареи (С/ =18 кВ) и числе импульсов воздействия (N = 3) в образцах из стали 38Х2МЮА минимальное (практически одинаковое) количество аустенита наблюдалось при облучении азотной и гелиевой плазмами, а наибольшее его содержание обнаружено при обработке плазмами, полученными при использовании в качестве рабочего газа воздуха атмосферы и тяжелого инертного газа аргона.

Обработка потоками ВТИП вызывает изменения параметров кристаллической решетки и значительное угловое уширение дифракционных максимумов (табл. 1). В частности, установлено, что интегральная угловая ширина увеличивается, как и параметр решетки, с ростом плотности энергии падающего потока и числа импульсов облучения. Это обусловлено измельчением блоков когерентного рассеяния и хорошо согласуется с образованием модифицированного слоя с упорядоченной структурой. Подобные результаты по изменению профиля рентгеновских линий были получены также для коррозионно-стойких сталей разных классов.

Результаты рентгеноструктурных исследований трубчатых образцов из стали ЭП823 показали, что межплоскостные расстояния вдоль нормали к поверхности, совпадающей с направлением действия потока плазмы, значительно уменьшаются. При этом максимальные изменения обнаружены в зернах, для которых обработка проходила вдоль кристаллографического направления <001>. Установлено, что в результате плазменной обработки изменяется текстура труб (рис. 8). В частности, вторичная текстурная компонента (111) значительно ослабляется, а компонента (001) усиливается, уменьшается размытие текстуры, а степень ее совер-

ен

001

011

а

Рис. 8. Изменение исходной текстуры (а) поверхности труб из сплава Э823 после обработки потоками импульсной плазмы (б)

шенства растет. Причиной изменения текстуры поверхностного слоя является его расплавление и последующая кристаллизация с образованием УС вдоль направления близкого к <001> и возникновением волн сжатия, приводящих к некоторой пластической деформации материала. После пострадиационного отжига изменение текстуры происходит в обратную сторону, и исходная текстура частично восстанавливается.

Механические свойства модифицированных материалов. В работе впервые проведены комплексные исследования и выявлены основные закономерности изменения механических свойств (микротвердости, прочностных и трибологических характеристик) различных конструкционных и функциональных материалов, модифицированных потоками ВТИП, в зависимости от режимов плазменной и исходной обработки образцов. Установлено, что для всех исследованных материалов обработка в умеренных и жестких режимах приводит к упрочнению поверхности, однако, степень упрочнения (к = #ВТИП /#исх ) зависит от многих

упр и (1

факторов: условий облучения, вида материала и его исходного состояния. Как правило, значения Н^ для облученных образцов достаточно высоки, превосходят исходные величины и при определенных режимах обработки коэффициент упрочнения достигает 3—4 и более раз (рис. 9). Это обусловлено изменениями структурно-фазового состояния приповерхностных слоев модифицированных материалов. Однако при относительно низких плотностях энергии потока плазмы (д <, 7-13'Дж/см2), наоборот, обнаружено некоторое снижение микротвердости поверхности, происходящее вследствие отжига исходной неравновесной структуры материала.

* 4000 2000 о

40 , 60

д, Дж/см

Рис. 9. Зависимости микротвердости поверхности сталей от плотности энергии (а) и числа импульсов облучения (б) потоками азотной плазмы: 1 - СтЗ; 2 - У8; 3 - 65Г

Установлено, что для одинаковых режимов плазменной обработки воздействие наиболее эффективно для простых углеродистых сталей, коэффициент упрочнения которых возрастает по мере увеличения содержания углерода в стали, и

для двухфазных материалов с аллотропическими модификациями. Максимальное упрочнение поверхности среди исследованных материалов наблюдалось для высокоуглеродистых сталей У8 и 65Г. При этом образцы, предварительно упрочненные традиционными способами термообработки (закалка или закалка + отпуск) или путем их наклепа (х/д) и обладающие повышенными значениями микротвердости, имеют существенно меньшую степень упрочнения в сравнении с отожженными. Снижение степени упрочнения поверхности наблюдается также при жестких режимах облучения по сравнению со слабыми и умеренными условиями, что достаточно наглядно проявляется при измерениях распределения Hß по глубине мишени (рис. 10). При этом впервые было обнаружено, что с повышением удельной мощности потока до ~ 3-106 Вт/см2 и выше образуется два максимума в распределении микротвердости по глубине, причем пики Н^ смещаются в глубь мишени с ростом Q, а общая толщина упрочненного слоя значительно увеличивается и достигает более 50 мкм. Второй максимум появляется на глуби-

Рис. 10. Распределение микротвердости по глубине для образцов из стали 12XI8H10T, обработанных потоками ВТИП в различных условиях: I — жесткие; II — умеренные; III -слабые

нах, существенно превышающих толщину слоя с УС, находится в переходной области, имеющей, как показали электронно-микроскопические исследования, повышенную плотность дислокаций, и является результатом проявления эффекта дальнодействия.

Сравнение результатов рентгеноструктурных исследований и измерений микротвердости позволило установить однозначную корреляцию между значениями микротвердости облученных образцов и угловой шириной со интерференционных линий (рис. 11, а), а также между и степенью тетрагональности До> (рис. 11,6) азотистого мартенсита независимо от типа плазмы.

Установлено, что для одинаковых энергозатрат на получение потоков плазмы (постоянных значениях и, N н р) для образцов из армко-железа и СтЗ наблюдается увеличение #ц в ряду плазмообразующих газов Н2, Не, несмотря на достигаемое при этом более низкое значение плотности энергии потоков ВТИП для азотной плазмы. Это, по-видимому, обусловлено более высокими микроискажениями, возникающими в образцах при воздействии потоками азотной плазмы в

3500 3000 ^ 2500 2000 1500 1000

/ / /ч' / *

//

4000 3500 3000

к

2500 2000 1500

а О-Т"»- £ 40). чад-

Рис. 11. Взаимосвязь микротвердости модифицированных образцов с угловой шириной интерференционных линий (а) и степенью тетрагональности азотистого

мартенсита (б)

сравнении с водородной и гелиевой, а также фазовыми изменениями, происходящими в модифицированном слое, в частности, возможным образованием нитридов железа типа Ре16Ы2 (а"-фаза) и Ре^ (у'-фаза). В случае обработки низколегированных сталей, установленная тенденция изменения Нц в зависимости от состава плазмообразующего газа сохраняется, однако, относительные изменения микротвердости менее значительны. Сравнение результатов по изменению структурно-фазового состояния и поверхностного упрочнения сталей, обработанных потоками импульсной плазмы разного состава, показывает, что основным процессом, определяющим модифицирование сталей, является их высокоскоростная закалка. При этом для определенных режимов обработки дополнительное влияние оказывает имплантация в мишень рабочего вещества плазмы и примесей.

Полученные результаты (с учетом данных по влиянию массы рабочего газа на толщину модифицированного слоя) позволяют сделать заключение, что для поверхностного упрочнения низколегированных сталей потоками ВТИП с целью максимального повышения их микротвердости и снижения стоимости обработки целесообразнее использовать азотную плазму. На основании экспериментальных данных выявлены оптимальные для поверхностного упрочнения режимы плазменной обработки и на опытной партии режущего инструмента (метчики М1 Ох 1,25 и сверла диаметром 8,0 мм) показано, что обработка азотной плазмой повышает его ресурс в условиях производственных испытаний в 3-3,5 раза в сравнении со штатным инструментом.

Показано, что обработка образцов аустенитных сталей потоками плазмы в жестких режимах приводит к существенному (до 2 раз) уменьшению коэффициента сухого трения в приработанном состоянии и сокращению продолжительности процесса приработки (рис. 12). При этом установлено, что даже после споли-рования приповерхностного модифицированного слоя толщиной ~ 15 мкм с суб-

микрокристаллической структурой сохраняется уменьшение (на 35 %) коэффициента трения, что свидетельствует об эффекте дальнодействия при импульсной плазменной обработке. Анализ профилограмм трека износа показал, что модифицированная сталь имеет более высокую износостойкость при меньшей шероховатости поверхности трека.

Исследовано влияние обработки потоками ВТИП на изменения прочностных характеристик металлических материалов при их кратковременных статических испытаниях на растяжение (рис. 13). Анализ полученных результатов позволил заключить, что обработка потоками ВТИП может повышать до 4 раз предел упругости (Сту) и на 40-60 % временное сопротивление на разрыв (сг„) при сохранении уровня исходной пластичности образцов. Максимальное увеличение прочностных свойств достигается на предварительно отожженных, чистых металлах и происходит линейно с ростом удельной мощности потока в соответствии с выражением

где К — коэффициент пропорциональности, зависящий от вида материала и его исходного состояния (для отожженного никеля К~ 6,6-10""5 МПа/(Вт/см2)).

сухого трения от пути трения для образцов из стали 12Х18Н10Т в исходном состоянии (1) и после обработки потоками ВТИП в жестких условиях (2)

О 10 20 с,'/.

Рис. 13. Диаграммы растяжения стандартных плоских образцов из никеля НП2ЭвИ в исходном состоянии (1 - отжиг; 4 - х/д) и после обработки потоками плазмы с одной (2) и с двух (3, 5) сторон

Выявлено, что основными факторами, приводящими к повышению прочностных характеристик образцов, являются создание модифицированных слоев, имеющих упорядоченную субмикрокристаллическую структуру, являющихся барьером для движения и выхода дислокаций, и повышенной плотности дислокаций на глубинах, во много раз превышающих толщину модифицированного слоя, под действием полей термонапряжений («эффект дальнодействия»). Предложена качественная физическая модель процесса деформации и разрушения

модифицированных образцов. На начальных стадиях нагружения модифицированный слой, обладающий более высокими прочностными характеристиками, препятствуют деформации всего образца. При увеличении нагрузки и достижении в этом слое напряжений, соответствующих ст^, происходит его хрупкое разрушение, и начинается пластическое деформирование основного объема материала, приводящее в итоге к разрушению всего образца. При этом пластичность материала в целом определяется пластичностью исходного материала и, как правило, сохраняется на том же уровне. Данная модель подтверждается результатами исследования фрактографии образцов, испытанных на растяжение (рис. 14). Как видно на рис. 14, б, для образцов, обработанных потоками ВТИП, выше места общего вязкого разрушения на поверхности отчетливо видна ступенька высотой около 10 мкм, соответствующей толщине модифицированного слоя, образующаяся при его хрупком разрушении.

Рис. 14. Микроструктура излома после испытаний на растяжения образцов в исходном состоянии (а) и предварительно обработанных потоками плазмы (б)

Необходимо отметить, что механические свойства возрастают даже для относительно толстых образцов (/0 ~1,5 мм), когда соотношение /0 и 50, а упрочнение полностью сохраняется при пострадиационном отжиге обработанных стальных образцов вплоть до температуры 873 К {I = 1 ч).

Полученные результаты по изменению механических свойств модифицированных сталей, данные электронно-микроскопических и рентгеновских исследований структуры свидетельствуют о наличии эффекта дальнодействия при обработке металлических материалов потоками импульсной плазмы. На основании проведенных оценочных расчетов возникающих в образцах полей термонапряжений и результатов эксперимента по исследованию распределения микротвердости по глубине пластины, облученной потоками ВТИП при жестком закреплении одного ее конца, на разных расстояниях от места закрепления предложен и обоснован качественный физический механизм экспериментально установленного эффекта дальнодействия. Основным фактором, вызывающим изменение

структуры и механических свойств металлических материалов на расстояниях, значительно превышающих глубину проникновения излучения и нагрева (плавления) материала, является деформационное упрочнение, происходящее под действием термических напряжений, возникающих в процессе нагрева и последующего охлаждения мишени.

Поверхностное легирование металлических материалов. Отработаны методики, и выявлены основные закономерности жидкофазного легирования относительно массивных, плоских образцов из армко-железа и стали марки СтЗ, пуансонов из стали ШХ15, а также отрезков тонкостенных (~ 0,5 мм) твэльных труб диаметром 10,5 мм из ферритно-мартенситной стали 16Х12МВСБФР путем перемешивания предварительно нанесенных элементов (хром, никель, титан, ванадий, алюминий и др.). Впервые, установлено что воздействие потоками ВТИП с £? = (1—6)-10б Вт/см2 при длительности импульса до 20 мкс позволяет проводить легирование низкоуглеродистых сталей на глубины до 20-45 мкм с концентрацией вводимого элемента до 20 мас.% в зависимости от типа и толщины предварительно нанесенного слоя легирующего элемента и удельной мощности потока.

Анализ полученных результатов показал, что глубины проникновения легирующих элементов значительно превосходят толщины нанесенных различными способами покрытий, а также структурно-модифицированных плазменной обработкой слоев. При этом наблюдается заметное перемешивание элементов подложки (основного металла) и покрытия и достаточно однородное распределение легирующих элементов по глубине (рис. 15, 16). Морфология поверхности образцов после жидкофазного легирования зависит от типа и толщины нанесенной пленки и режимов плазменной обработки. В частности, возможно получение относительно гладкой поверхности, формирование «волн» расплава, образование капель, обогащенных материалом покрытия, или сетчато-подобной структуры из нерегулярных длинных островков застывшего расплава. Выявлено, что при легировании наблюдается существенное упрочнение приповерхностных слоев, и микротвердость поверхностно-легированной стали марки СтЗ может достигать 2500 МПа, что более чем в 3 раза превышает //и исходной стали и в 2 раза модифицированной потоками ВТИП без дополнительного легирования, а также соответствующие значения для сложнолегированных коррозионно-стойких сталей аустенитного класса типа Х18Н10 и Х16Н15. Следовательно, используя дешевые, низкоуглеродистые стали, можно получать приповерхностные слои, обладающие высокой адгезией с основой, и имеющие структурно-фазовый состав и уровень эксплуатационных характеристик, например, микротвердость и коррозионную стойкость, соответствующие сложнолегированным сталям.

а К

■Е

С, мае.%

ао 14

V. У

—— Ва

г* 1

—*— о-

500

^ О « 20 30 40 м

Рис. 15. Оже-спектр с поверхности образца из стали СтЗ, легированной никелем (а), и профиль распределения никеля по глубине (б) после жидкофазного легирования (2 = 2-106 Вт/см2, //= 10); г - расстояние от поверхности, х - по косому шлифу

ГлуБтоа, лошт

Рис. 16. Распределение элементов по глубине мишени в поверхностно-легированной алюминием твэльной трубке из стали ЭП823 (глэ = 0,4 мкм)

Качественный рентгеновский фазовый анализ показал, что в поверхностно-легированных образцах не происходит образование интерметаллидных фаз, однако, существенно изменяется структура приповерхностных слоев, что выражается в значительном уширении рентгеновских линий. Основное отличие при легировании разными элементами заключается в различном изменении величины параметра кристаллической решетки, что свидетельствует об образовании в приповерхностных слоях твердых растворов.

Влияния плазменной обработки на коррозию и эрозию при ионном облучении. Исследована коррозионная стойкость ряда низколегированных и коррозионно-стойких сталей, применяемых в атомной энергетике, при испытаниях на межкристаллитную коррозию методом АМ, в жидком свинце, при взаимодействии с парами имитаторов продуктов деления, а также циркониевых сплавов в пароводяной среде.

Результаты коррозионных испытаний методом АМ показали, что усредненная по времени испытаний (4 = 24 ч) скорость коррозии низколегированной стали 38Х2МЮА уменьшилась с ~ 21,0 до 3,3 и 6,7 мкм/ч при обработке плазмой из

30

аргона и воздуха соответственно, а для азотной и гелиевой плазм, наблюдалось практически полное подавлении коррозии модифицированной поверхности. Для образцов из коррозионно-стойких сталей, обработанных потоками азотной и гелиевой плазм, коррозионная стойкость повышалась в 5-8 раз: максимальная глубина зоны коррозионного взаимодействия уменьшалась с 63 до 8 мкм и с 31 до б мкм для сталей 08Х18Н10Т и 14Х17Н2 соответственно. Установлено, что для данных сталей состав плазмы практически не влияет на степень уменьшения коррозии, а ее характер изменяется с межкристаллитного на фронтальный (рис. 17).

Рис. 17. Микроструктура (х160) поперечных шлифов из стали 08Х18Н10Т после коррозионных испытаний: а - исходное состояние; б — предварительная обработка потоками гелиевой плазмы ([/=16 кВ, Лг= 3)

Впервые установлено, что модифицирование потоками плазмы приповерхностных слоев твэльных труб из стали ЭП823 приводит к уменьшению их коррозии в жидком свинце с повышенным содержанием кислорода при температурах 650 и 750 "С, как при статических, так и при динамических (К= 1,0± 0,1 м/с) испытаниях более чем в 2 раза по сравнению со штатными трубами. Пострадиационный отжиг образцов перед испытаниями дополнительно повышает коррозионную стойкость, и толщина образующегося оксидного слоя уменьшается более чем в 3 раза. Это обусловлено, как показали результаты проведенных рентгеновских исследований, релаксацией напряжений, возникающих при плазменной обработке. Поверхностное легирование труб алюминием, сплавом на основе силумина и хромом приводит к более значительному (в 3-10 раз) снижению коррозии, а в некоторых случаях (в частности, при Сц > 13-14 мае. %) к полному ее подавлению.

Влияние предварительной плазменной обработки на коррозию стали в жидком свинце обусловлено созданием модифицированного слоя с микрокристаллической структурой и измененным структурно-фазовым состоянием, являющегося барьером для проникновения кислорода в глубь материала. В случае поверхностного легирования, в частности, алюминием и сплавом на основе силумина на поверхности образуется тонкая плотная пленка оксида А1203, которая дополнительно препятствует проникновению кислорода.

Выявлено, что обработка потоками ВТИГТ в режимах, вызывающих плавление и перекристаллизацию приповерхностного слоя, повышает коррозионную стойкость твэльных труб из аустенитной стали ЧС-68 при взаимодействии с имитаторами продуктов деления (теллур, цезий) при температурах до 725 °С в сравнении со штатными образцами: уменьшается глубина зоны коррозионного взаимодействия и более чем на порядок величины (с 5,3 ± 0,1 до 0,4 ± 0,1 мг/см2) - удельный привес. Модифицированные низколегированные стали 09Г2СА и 25Г2С также обладают повышенной коррозионной стойкостью при взаимодействии с парами имитаторов продуктов деления при температурах испытания до 500 °С и временах выдержки до 720 часов При этом характер коррозионного повреждения модифицированных сталей изменяется с межкристаллитного на фронтальный.

Проведенные исследования показали, что происходящие в сплавах циркония при плазменной обработке структурно-фазовые превращения, образование развитого рельефа поверхности и создание остаточных растягивающих напряжений не способствуют заметному повышению коррозионной стойкости твэльных труб в пароводяной среде, а в ряде случаев приводят к увеличению их привеса по сравнению со штатной обработкой.

Впервые обнаружено, что предварительное воздействие потоками ВТИП, приводящее к образования МС существенно (до 25 раз) уменьшает эрозию сталей и никелевых сплавов вследствие радиационного блистеринга при последующем облучении ионами гелия с энергиями 20 и 40 кэВ (рис. 18).

Рис. 18. Эрозия поверхности отожженных (а) и обработанных потоками ВТИП (б) образцов никеля НШЭви после облучения ионами Не+ (Е = 40 кэВ, В = 1-Ю18 ион/см2)

Также впервые установлено, что предварительная обработка потоками плазмы до 2-7 раз понижает коэффициенты физического распыления при облучении в плазме тлеющего разряда и моноэнергетическим пучком ионов в зависимости от состава образцов и режимов плазменной обработки. Показано, что уменьшение распыления обусловлено изменениями химического состава модифицированного слоя и образованием при ионном облучении конусов вследствие наличия ячеистой упорядоченной структуры.

Предложена качественная физическая модель образования конусов для модифицированных образцов (рис.19), основанная на формировании выпуклого рельефа в центральной части каждой гексагональной ячейки (рис. 19, а и г) и увеличении коэффициента распыления с ростом угла падения ионов б по отношению к нормали к поверхности (К(0) = 7(0)хсоз^(8), где для тяжелых ионов коэффициент / ~ 5/3 ). Вследствие этого с повышением флюенса облучения исходный микрорельеф поверхности будет трансформироваться (рис. 19, б), и, в итоге, образуются конусы (рис. 19, в и д), основаниями которых являются многогранные (гексагональные) ячейки.

Рис. 19. Схема образования конусов в процессе физического распыления: типичный рельеф поверхности (а) и его схематическое изображение (г) после обработки потоками ВТИП; вид- тоже после ионного распыления;

б —угловая зависимость коэффициента распыления и схема изменения рельефа; (• — выделения первичных мелкодисперсных фаз, о - газовые пузырьки, — скопление дислокаций по стенкам УС)

Эрозия различных материалов при облучении потоками ВТИП. Проведено комплексное экспериментальное исследование эрозии перспективных конструкционных и защитных материалов первой стенки ТЯР при воздействии потоками импульсной водородной плазмы. Установлено, что основными механизмами эрозии в зависимости от удельной мощности падающего потока являются образование радиационно-технологических блистеров, испарение (сублимация), выброс капель кипящего металла и растрескивание поверхности (рис. 20).

Коэффициенты эрозии для всех исследованных сталей и никелевых сплавов при умеренных режимах облучения изменяются в интервале от 5 до 12 мкг/(Дж-см2), при этом они обратно пропорциональны их теплопроводности (51 ~ к'п ~ 1). Анализ полученных результатов на основе сравнения материалов по всем параметрам эрозии поверхности (плавление, потеря массы, растрескивание, образование блистеров) позволил сделать вывод о том, что в результате воздействия по-

а

Рис. 20. Топография поверхности после воздействия потоками ВТИП в умеренных (а) и жестких (б, в) режимах: а - сталь 1Х13М2Ю2; б - никелевый сплав 03Х20Н45М4БРЦ; в — молибденовый сплав ЦМ-6

токами ВТИП коррозионно-стойкие стали и никелевые сплавы ведут себя примерно одинаково. Максимальную эрозию имели образцы из легкоплавкого алюминия и сплавов на его основе, исследованные нами в качестве материала, подобного по теплофизическим свойствам бериллию, приповерхностные слои которых даже при умеренных режимах подвергаются интенсивному плавлению и кипению. В случае мягких условий воздействия потоками ВТИП существенных изменений топографии и эрозии поверхности не наблюдалось.

Экспериментально исследовано поведение конструкционных материалов при последовательном облучении пучками ионов гелия и потоками плазмы. Установлено, что воздействие потоков плазмы с удельной мощностью потока до 2 МВт/см2 приводит к выделению до 92% гелия, предварительно имплантированного в материал с энергией 40 кэВ, что сопровождается образованием в металле открытой пористости со средним размером пор 0,1-0,3 мкм и плотностью до 3109 см-2. Выявлено также, что на процессы захвата и газовыделения внедренного водорода (дейтерия) существенное влияние оказывает тип кристаллической структуры материала. В частности, ферритные стали захватывают в 2-3 раза больше водорода, чем аустенитные, при этом водород находится в них, в основном, в виде метана (дейтеро-метана).

С точки зрения эксплуатационных свойств конструкционных материалов первой стенки ТЯР одной из важных проблем является проницаемость трития. Учитывая это, было проведено исследование влияния предварительной обработки потоками ВТИП на водородопроницаемость никеля в процессе облучения моноэнергетическим пучком ионов водорода с энергией 9 кэВ при температуре 300 "С. Обнаружено, что предварительное воздействие потоками плазмы приводит к заметному (в 3-6 раз) уменьшению водородопроницаемости материалов (рис. 21).

^«/■"дт/!»1«:)

_1_1_

%нин.

*

Рис. 21. Интенсивности плотностей прошедшего потока водорода для исходного никеля (70) и для образцов, об-

работанных потоками ВТИП с входной

(флюенс ионов Ф = 6-10" 1Г/см2)

(7[) и выходной (У2) сторон

Проведено комплексное изучение эрозии, изменения топографии поверхности, структурно-фазового состояния, химического состава и поверхностного упрочнения широкого круга сплавов на основе ванадия, рассматриваемых в качестве перспективного конструкционного материала первой стенки для демонстрационного энергетического термоядерного реактора. Показано, что все исследованные сплавы ванадия при воздействии умеренных потоков ВТИП подвержены плавлению и эрозии поверхности, а сплавы с высоким содержанием титана (более 10 мас.%) или хрома (более 8 мас.%) и сложнолегированные сплавы - дополнительно интенсивному растрескиванию поверхности. Коэффициенты эрозии возрастают с увеличением удельной мощности падающего потока, для умеренных условий воздействия изменяется в диапазоне 18-26 мкг/(Дж-см ) и, в пределах погрешности измерений, практически не зависят от состава сплава. Выявлено, что с точки зрения эрозионной стойкости ванадия в условиях воздействия ожидаемых срывов плазмы в ТЯР наиболее благоприятное влияние оказывает его совместное легирование титаном и хромом в количествах порядка 4 мас.%. Увеличение содержания данных и введение дополнительных легирующих элементов (У, 81) не приводит к существенному уменьшению потери массы мишени, вызывая при этом межзеренное растрескивание. Повышение удельной мощности потоков плазмы до £> ~ 4,5 МВт/см2 приводит к растрескиванию образцов и из сплава \МТ1-4Сг.

Установлено, что воздействие потоками ВТИП не вызывает значительного селективного испарения компонентов сложно легированных сплавов ванадия, что свидетельствует о высокой термической стабильности их состава, а качественный рентгеновский фазовый анализ показал, что фазовый состав ванадиевых сплавов также практически не изменяется.

В соответствии с разработанной в настоящее время конструкцией разрядной камеры реактора ИТЭР наиболее актуальными и практически значимыми являются исследования эрозии различных экранных материалов. Учитывая это, проведены исследования радиационной стойкости, изменения состава и структуры

конструкционных материалов с покрытиями с малым атомным номером (Ве, А1, 'ПК и др.), с многослойными покрытиями, в том числе, алмазоподобными с разными промежуточными слоями, углеграфитовых материалов, композитного сплава на основе вольфрама, представляющего собой пористую вольфрамовую основу, пропитанную расплавом (мае. %: 23,5% Си-(1,5-3,5)% №), и интерметал-лидных сплавов системы Т]-А1-У.

Выявлено, что покрытия, полученные алитированием и силицированием в среде жидкого лития, выдерживают без заметного разрушения воздействие потоками ВТИП с удельной мощностью до 5 МВт/см2. Основным фактором, приводящим к повреждению покрытий, является высокоскоростной нагрев приповерхностных слоев и сопутствующие ему явления (плавление, испарение, возникновение термических напряжений). При этом трещины распространяется только в покрытии, раздваиваются на границе с матрицей, а разрушения подложки и снижения ее конструктивной прочности не происходит. Для жестких режимов облучения (£> > 5 МВт/см ) происходит полное разрушение покрытий и повреждение материала подложки на глубину до 2-5 мкм. Тугоплавкие нитридные покрытия А1М) также подвержены значительной эрозии и могут выполнять защитную функцию лишь при небольшом (Ы< 10) числе срывов плазмы (рис. 22).

& «

о 2

га и

2 X

Ё 1

2 „с

4

1г

Число импульсов, N

Рис. 22. Зависимость коэффициентов эрозии образцов из стали ЭП-172 (♦) и с покрытием на основе нитрида алюминия (■) от числа импульсов облучения (£>~5,9 МВт/см2)

Углеграфитовые материалы рассматриваются как наиболее перспективные экранные материалы первой стенки ТЯР, обладающие в силу своих тепло физических свойств наибольшей термостойкостью. Однако интенсивное воздействие потоками дейтериевой плазмы вызывает сублимацию и растрескивание углеграфитовых материалов (рис. 23). При этом коэффициенты эрозии исследованных уг-леграфитов, как и металлических материалов, обратно пропорциональны их теплопроводности. Зависимость коэффициентов эрозии от числа импульсов облучения представлена на рис. 24. Как видно на рис. 24, коэффициент эрозии промышленных углеродных материалов уменьшается с увеличением числа импульсов и выходит на постоянный уровень. При этом наименьшую эрозию имели образцы силицированного графита марки ПГ-МС с добавками меди. Для образцов реактор-

36

Рис. 23. Эрозия поверхности образцов из углеси-талла УСБ-15 после воздействия потоками водородной ВТИП: а - 2 = 2 МВт/см2, Ы= 10; 6-0= 10 МВт/см2, ^=30

Рис. 24. Зависимость коэффициентов эрозии образцов угле-графитов от числа импульсов (<2 = 1 МВт/см2)

ного графита ГР, пропитанного металлическим расплавом (50% "П-50% Си), установленное увеличение коэффициентов эрозии с ростом N обусловлено выходом легкоплавкого (7*^ = 1228 К) расплава на поверхность и его интенсивным испарением. С увеличением числа импульсов процессы выхода расплава и его испарения приходят в динамическое равновесие, и при многократном облучении № > 10-15) величина коэффициента эрозии стабилизируется. Подобные результаты были получены нами при исследовании эрозии образцов композитного сплава системы \У—Си. Установлено, что при облучении потоками водородной плазмы (2 = 7 МВт/см2) коэффициенты эрозии образцов композита \V-Cu (5 я 0,17-0,18 мкг/(Дж см2)) выше, чем для образцов листового вольфрама марки В-МП, однако они имеют значительно большую стойкостью к трещинообразо-ванию.

Обнаружено, что в случае облучения образцов объемно-борированного угле-графита УСБ-15 даже в умеренных режимах происходит коагуляция бора на поверхности в виде сферических частиц диаметром 0,5-4 мкм (рис. 23, а), а поверхностные слои обедняются бором. Учитывая это, возможно значительное возрастание эрозии графитовых материалов первой стенки в результате химического распыления с образованием летучих углеводородных соединений. Поэтому было подробно исследовано физическое и химическое распыления промышленных и поверхностно-борированных углеграфитов МПГ-8 и УСБ-15 при облучении полиэнергетическим пучком ионов водорода со средней энергией Е = 9,0 кэВ до флюенсов /) = (0,85-3,0)-Ю20ион/см2 в температурном диапазоне Т = 330-870 К. Поверхностное борирование образцов осуществлялось методом изотермического химического осаждения при температуре 1223 К в течение 4 ч. Толщина поверх-ностно-борированного слоя составляла 15-20 мкм, слой состоял преимущественно из карбидов В4С.

На рис. 25 представлена зависимость коэффициентов распыления различных углеграфитов от температуры. Установлено, что поверхностное борирование образцов графита марки МПГ-8 уменьшает величину коэффициентов распыления в области максимума в 2,5-3 раза (см. кривые 1 и 2), что с учетом практического равенства коэффициентов распыления для исходного и борированного графита МПГ-8 при комнатной температуре свидетельствует о существенном подавлении химического распыления. Выявлено, что для образцов борированного углеситал-ла УСБ-15 значения коэффициентов распыления при комнатной температуре и Т = 770 К одинаковы и в 2 раза ниже, чем для исходного углеситалла: 5-10"3 и МО-2 ат./ион соответственно. Следовательно, поверхностное борирование углеситалла практически полностью подавляет его химическое распыление при облучении ионами водорода и в 2 раза уменьшает значение коэффициента физического распыления.

На рис. 26 приведен типичный снимок топографии образцов поверхностно-борированного графита после распыления ионами водорода, которая отличается от топографии исходного графита после распыления наличием радиациионно-стимулированных вискеров, состоящих, как показал Оже-спектральный анализ, из углерода. При этом основная часть поверхности (свободная от вискеров) заметно обеднена углеродом, что и объясняет подавление химического распыления поверхностно-борированных образцов.

ГЧ4,г^л а ЙЁЙйГ*»

300 500 700 900 т.к

Рис. 25. Зависимость коэффициентов Рис. 26. Топография поверхност-

распыления углеграфитов от температуры: но-борированного графита МПГ-8 1-МПГ-8; 2-борированный МПГ-8; З-УСБ-15 (Г= 770 К,D = 0,85- Ю20 Н+/см2)

Исследована эрозия, трещиностойкость, изменения химического состава и фазового состояния интерметаллидных сплавов системы Ti-Al-V, рассматриваемых в качестве альтернативного экранного материала первой стенки, при облучении потоками водородной ВТИП. Выявлено, что литые интерметаллидные сплавы с различным содержанием компонентов обладают достаточно высокой стойкостью к селективному испарению элементов и сохранению исходного химического состава приповерхностных слоев в условиях воздействия, имитирующего срывы

плазмы. При этом установлено, что сплав Тг^АЦзУи обладает более высокой стойкостью к эрозии по сравнению с другими сплавами. Степень его эрозии практически не зависит от режима предварительной термообработки и числа импульсов облучения, и усредненные величины 5 равны 0,25-0,30 мкг/(Дж-см2), что находится на уровне коэффициента эрозии силицированного графита марки ПГ-МС. Однако все исследованные интерметаллидные сплавы, полученные методом многократной дуговой плавки в атмосфере аргона, при облучении потоками импульсной плазмы подвержены значительному растрескиванию поверхности. Для исследования возможности повышения трещиностойкости интерметаллид-ных материалов при воздействии потоками импульсной водородной плазмы впервые проведено изучение эрозии сплавов Т152А14а и ТцзАЦаУ,, полученных компактированием (спеканием) микрокристаллических порошков совместно с 6 мас.% легкоплавкой связки состава (мас.%) 68,5% Т1-28% У-3,5% Ве.

На рис. 27 приведены зависимости коэффициентов эрозии различных интер-металлидов после воздействия потоками ВТИП. Из полученных результатов видно, что коэффициент эрозии сплавов системы Т1-А1-У значительно меньше, чем для сплавов Т1-А1, что свидетельствует о положительном влиянии добавок тугоплавкого ванадия на уменьшение эрозии при воздействии потоками импульсной плазмы. При этом образцы литого интерметаллидного сплава Т^зАЬаУ, обладают более высоким сопротивлением испарению при облучении потоками ВТИП в сравнении с компактированными с использованием связки. Это можно объяснить выходом на поверхность и испарением легкоплавкой связки (Т1-28\/-3,5Ве) с образованием пор на поверхности. Исследования элементного состава методом рентгеноспектрального микроанализа показали, что после воздействия потоками ВТИП на поверхности литых интерметаллидов наблюдается уменьшение содержания легкоплавкого алюминия при одновременном повышении концентрации титана и практически неизменном, в пределах погрешности измерения, содержании ванадия. Для компактированных образцов также происходит снижение концентрации алюминия и увеличение содержания титана. Однако, в отличие от литых сплавов, в спеченных образцах обнаружено уменьшение на поверхности концентрации тугоплавкого ванадия, что обусловлено преимущественным испарением в процессе облучения материала легкоплавкой связки.

По полученным значениям коэффициентов эрозии была рассчитана толщина испаряемого материала в зависимости от числа импульсов облучения, которая для 21 импульса составила 4,1 и 4,3 мкм для образцов литого и спеченного интерметаллидного сплава ^зАЦзУ? соответственно. С учетом числа ожидаемых срывов плазмы в реакторе ИТЭР (IV = 500) общая экстраполируемая величина утонения данных сплавов вследствие срывов плазмы может достигнуть - 100 мкм,

что значительно меньше толщины планируемого защитного экрана (5-10 мм).

При исследовании методами оптической и растровой электронной микроскопии торцевой микроструктура литых и спеченных образцов интерметаллид-ных сплавов системы "П-А1-У после воздействия потоками ВТИП установлено, что образующиеся трещины развиваются преимущественно перпендикулярно к облучаемой поверхности (рис. 28). При этом глубина проникновения трещин существенно зависит от технологии получения сплавов. В частности, для образцов

5

■па1у+6ч ' т1а1у дтоя

Рис. 27. Зависимости коэффициентов эрозии образцов сплавов системы Т1-А1-У от числа импульсов облучения (£> = 4,7 МВт/см2)

Рис. 28. Микроструктура торцевых шлифов из сплавов Т14зА148У9 после облучения потоками ВТИП (£? = 4,7 МВт/см2, N=21): а - литой сплав; 6 — компактированный

литых интерметаллидов глубина проникновения трещин может достигать ~ 70 мкм, а в некоторых случаях наблюдается образование тангенциальных трещин (рис. 28, а). Это может приводить к значительной деградации механических и теплофизических свойств сплавов. С другой стороны, для компактированных образцов максимальная глубина распространения трещин не превышает 15 мкм и, как правило, ограничивается толщиной модифицированного слоя (рис. 28, б). Образование подобных трещин не будет оказывать существенного влияния на эксплуатационные свойства экранного материала. Таким образом, трещиностой-кость интерметаллидных сплавов, полученных компактированием (спеканием), заметно выше, чем для литых.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны физические основы технологии поверхностной обработки металлических материалов и готовых изделий потоками высокотемпературной импульсной плазмы с удельной мощностью потока в интервале (З-ЮО)-Ю5 Вт/см2 и длительностью импульсов 10-60 мкс, включающие принципы целенаправленного формирования структурно-фазового состояния, обеспечивающего повышенные

механические свойства, коррозионную и эрозионную стойкость широкого круга металлов и сплавов различного назначения, выбор режимов обработки и тип плазмообразующего газа.

2. Впервые обнаружено, что обработка металлических материалов потоками импульсной плазмы позволяет формировать многослойные приповерхностные зоны с модифицированным структурно-фазовым состоянием и создавать градиентные композиционные материалы.

Впервые установлено, что в поверхностном слое толщиной до 20 мкм образуется субмикрокристаллическая упорядоченная ячеистая структура с характерным поперечным размером ячеек от 0,05 до 1,5 мкм, определяемым условиями облучения, видом материала и его исходной обработкой. Выявлено, что ячеистая микроструктура в сталях обладает стойкостью во всем температурном интервале их применения.

3. Предложены и обоснованы качественно различные физические механизмы образования упорядоченной микроструктуры модифицированного слоя при реализации плавления приповерхностных слоев или доплавильного нагрева материала. Показано, что при плавлении образование упорядоченной столбчатой структуры обусловлено ячеистой кристаллизацией расплава в условиях его концентрационного переохлаждения. При плазменной обработке в режимах без плавления формируется ячеистая дислокационная структура вследствие кинетической неустойчивости и самоорганизации, развивающихся в дислокационном ансамбле из-за взаимодействия дислокаций с локальными препятствиями и друг с другом в результате высокоскоростной пластической деформации под действием термомеханических напряжений.

4. Впервые выявлено, что при обработке сталей разных классов потоками импульсной плазмы вследствие высокоскоростной закалки, как правило, образуется двухфазная структура — мартенсит (а'-фаза) и остаточный аустенит (у-фаза), а для азотной плазмы также наблюдаются «следы» метастабильных фаз нитридов железа разной стехиометрии. Показано, что формируемое структурно-фазовое состояние сталей определяется типом плазмы, удельной мощностью потока, плотностью частиц плазмы и числом импульсов облучения.

5. Установлено, что модифицирование структурно-фазового состояния приповерхностных слоев металлических материалов приводит к изменению их механических характеристик: увеличению микротвердости поверхности до 3-4 раз, повышению предела упругости до 4 раз и временного сопротивления на разрыв на 40-60 % при сохранении уровня исходной пластичности, уменьшению коэффициента сухого трения до 2 раз и повышению износостойкости образцов.

Выявлено, что наибольшее поверхностное упрочнение происходит в углеродистых и низколегированных сталях, наиболее чувствительных к высокоскоростной закалке.

6. Экспериментально установлено наличие эффекта дальнодействия при обработке металлических материалов потоками импульсной плазмы, предложен и обоснован качественный физический механизм данного эффекта. Показано, что изменения структуры и механических свойств на расстояниях, значительно превышающих глубину проникновения излучения и нагрева (плавления) материала, происходит вследствие деформационного упрочнения под действием термических напряжений, возникающих в процессе нагрева и последующего охлаждения.

7. Показана возможность целенаправленного поверхностного легирования металлических материалов на глубины до 20-45 мкм с концентрацией вводимого элемента до 20 мас.% методом жидкофазного перемешивания при обработке потоками импульсной плазмы мишеней с предварительно нанесенными легирующими элементами. Впервые отработана методика и режимы жидкофазного поверхностного легирования тонкостенных (твэльных) стальных трубок алюминием и хромом с достаточно равномерным распределением элементов по глубине в слое, более чем на порядок величины превышающем толщину предварительно нанесенного покрытия.

8. Выявлено, что обработка потоками импульсной плазмы повышает в 3-10 раз коррозионную стойкость как низколегированных, так и коррозионно-стойких сталей при испытаниях на межкристаллитную коррозию, в потоке жидкого свинца и при взаимодействии с имитаторами продуктов деления ядерного топлива и изменяет характер коррозионного взаимодействия с межкристаллитно-го на фронтальный. Установлено, что для подавления окисления поверхностно-легированных труб из стали ЭП823 в потоке свинца с повышенным содержанием кислорода при температуре 650 °С концентрация алюминия в приповерхностных слоях должна быть выше 13-14 мае. %, а хрома - более 16,5 мае. %.

9. Впервые обнаружено, что обработка металлических материалов потоками импульсной плазмы приводит к уменьшению их эрозии из-за радиационного бли-стеринга до 25 раз, коэффициентов распыления в плазме тлеющего разряда до 7 раз, а при облучении моноэнергетическим пучком ионов до 2 раз. Показано, что уменьшение распыления обусловлено формированием на поверхности при ионном облучении конусов вследствие создания упорядоченной ячеистой структуры модифицированного слоя и изменением его химического состава. Предложена качественная физическая модель образования конусов на поверхности образцов, модифицированных потоками плазмы.

На основании полученных результатов разработан способ защиты рабочих поверхностей электрофизических установок, в частности, первой стенки ТЯР от эрозии вследствие блистеринга и физического распыления, защищенный авторским свидетельством на изобретение.

10. Впервые проведено комплексное экспериментальное исследование эрозии перспективных конструкционных и защитных материалов первой стенки термоядерного реактора при облучении потоками импульсной водородной плазмы, имитирующем ожидаемые срывы плазмы в ТЯР. Установлено, что основными механизмами эрозии в зависимости от удельной мощности падающего потока и вида материала являются: образование радиационно-технологических блистеров, выброс капель кипящего металла, испарение (сублимация) и растрескивание поверхности. При этом коэффициенты эрозии исследованных материалов обратно пропорциональны их теплопроводности.

11. Впервые обнаружено, что предварительное воздействие потоками плазмы приводит к уменьшению в 3-6 раз водородопроницаемости мембран из никеля при последующем облучении пучком ионов водорода. Выявлено, что комбинированное воздействие моноэнергетическими пучками ионов гелия и потоками импульсной дейтериевой плазмы значительно изменяет характер и степень эрозии конструкционных материалов и поведение предварительно внедренного гелия, причем установленные изменения зависят от последовательности облучения.

Таким образом, на основании проведенных исследований и анализа полученных результатов развито новое научное направление — модифицирование металлических материалов потоками высокотемпературной импульсной плазмы; выявлены основные механизмы и закономерности изменения структурно-фазового состояния, эксплуатационных свойств различных функциональных материалов и готовых изделий при обработке потоками импульсной плазмы и разработаны физические основы технологий поверхностной обработки; установлены основные механизмы и закономерности эрозии перспективных материалов первой стенки ТЯР в условиях, имитирующих ожидаемые срывы тока плазмы.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Калин Б.А., Скоров ДМ., Якушин В.Л. Проблемы выбора материалов для термоядерных реакторов: Радиационная эрозия. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 184 с.

2. Изменение структуры металлов при воздействии импульсных концентрированных потоков энергии / Калин Б.А., Польский В.И., Шишкин Г.Н., Якушин В.Л. и др. // Радиационная стойкость материалов атомной техники. М.: Энергоатомиздат. 1989. С. 50-61.

3. Калин Б.А, Польский В.И., Якушин В.Л. Способ защиты рабочих поверхностей первой стенки термоядерного реактора A.C. (СССР), № 1526479.

43

4. Изменение состава и морфологии покрытий с малым атомным номером при воздействии импульсных плазменных потоков / Калин Б.А., Фомина Е.П., Якушин В.Л. и др. //Поверхность. Физика, химия, механика. 1990. № 10.С. 128-137.

5. Влияние имплантированного гелия на радиационную стойкость никеля в условиях, имитирующих срывы тока плазмы в ТЯР / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. и др. // Радиационное материаловедение: Труды межд. конф. по радиационному материаловедению (Алушта, 1990). Харьков: ХФТИ. 1990. Т. 7. С. 78-85.

6. Радиационная повреждаемость и модификация материалов при воздействии импульсных потоков плазмы / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. и др. // Физика и химия обработки материалов. 1991. № 2. С. 20-30.

7. Модификация структуры и механических свойств материалов при обработке импульсными потоками плазмы / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. и др. // ВАНТ: Физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 1991. Вып. 1(55). С. 108-112.

8. Радиационная эрозия материалов, модифицированных плазменной обработкой / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. и др. //Там же. С. 113-116.

9. Влияние имплантированного гелия на стойкость никеля при имитации срыва плазмы термоядерного реактора / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. и др. // Атомная энергия. 1992. Т. 72. Вып. 6. С. 565-570.

10. Калин Б.А., Якушин В.Л., Польский В.И. Модификация металлических материалов при обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы // Известия высших учебных заведений: Физика. 1994. № 5. С. 109-126.

11. Sputtering of surface-boronized graphite by hydrogen ion bombardment / Kalin B.A., Yakushin V.L., Polsky V.I., Virgilev Yu.S. // J. of Nucl. Mater. 1994. Vol. 212-215. P. 1206-1210.

12. Поверхностное легирование металлов с использованием потоков высокотемпературной плазмы / Якушин В.Л., Калин Б.А., Польский В.И. и др. // Известия РАН: Металлы. 1994. № 6. С. 74-82.

13. Application of amorphous filler metals in production of fusion reactor high heat flux components / Kalin B.A., Fedotov V.T., Grigoriev A.E., Sevriukov O.N., Pliushev A.N., Skuratov L.A., Polsky V.I., Yakushin V.L. // Fusion Engineering and Design. 1995. Vol. 28. P. 119-124.

14. Erosion and microstructure change of materials during disruption-simulation experiments in plasma accelerator / Kalin B.A., Polsky V.I., Yakushin V.L. et al. // J. of Nucl. Mater. 1995. Vol. 220-222. P. 934-938.

15. Калин Б.А., Якушин В.Л., Волков H.B. Исследование радиационной эрозии конструкционных материалов ТЯР // Физика металлов и металловедение. 1996. Т. 81. Вып. 6. С. 158-162.

16. Захват и проницаемость изотопов водорода в конструкционных материалах в условиях, имитирующих срывы плазмы в ТЯР / Якушин В.Л., Калин Б.А., Залужный

A.Г. и др. // Известия РАН: Металлы. 1996. № 5. С. 122-127.

17. Investigation of vanadium alloys in CTR plasma disruption - simulation experiments / Yakushin V.L., Kalin B.A., Kraskovskaya N.V. et al. // J. of Nucl. Mater. 1996. Vol. 233-237. P. 390-394.

18. Use of high temperature pulsed plasma fluxes in modification of metal materials / Kalin

B.A., Yakushin V.L., Vasiliev V.I., Tserevitinov S.S. // Surface Coatings and Technology. 1997. Vol. 96, No. 1. P. 110-116.

19. Modification of metal materials by pulsed plasma fluxes irradiation / Yakushin V.L.,

Kalin В.A., Vasiliev V.I., Tserevitinov S.S. // ВАНТ: Физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 1997. Вып. 1(65), 2(66). С. 177- 189.

20. Поведение титановых сплавов при последовательном облучении потоками водородной плазмы / Бондаренко Г.Г., Удрис Я.Я., Чихарев Н.В., Якушин В.Л. // Физика и химия обработки материалов. 1998. № 1. С. 51-54.

21. Kalin В.A., Yakushin V.L., Volkov N.V. Modification of the fuel cladding materials surface by pulsed plasma fluxes and ion mixing // Annual Meeting on Nuclear Technology" 98 (Munich, 1998): Proceedings. INFORUM Verlags. 1998. P. 753-754.

22. Kalin B.A., Yakushin V.L., Fomina E.P. Tritium barrier development for austenitic stainless steel by its aluminizing in a lithium melt. Fusion Engineering and Design. 1998. Vol. 41. P. 119-127.

23. Investigation of fusion reactor candidate materials erosion in plasma disruption simulation experiments / Yakushin V.L., Kalin B.A., Shul'ga A.V. et al. // J. of Nucl. Mater. 1998. Vol. 258-263. P. 1127-1132.

24. О поведении алюминиевых материалов при облучении мощными импульсными потоками водородной плазмы / Бондаренко Г.Г., Удрис Я.Я., Чихарев Н.В., Якушин В.Л. // Известия РАН: Металлы. 1998. № 3. С. 78-81.

25. Эрозия поверхности композита W-Cu при импульсном облучении интенсивной водородной плазмой / Александров В.В., Бондаренко Г.Г., Удрис Я.Я., Якушин

B.Л. // Известия РАН: Металлы. 1999. №4. С. 87-91.

26. Modification of Carbon- and Low-Alloyed Steels by High Temperature Pulsed Plasma Fluxes / Yakushin V.L., Kalin B.A., Skrytnyi V.I., Bulanov I.A. // Proceedings 1" Intern. Congress on Radiation Physics, High Current Electronics, and Modification of Materials. 2000. Vol. 3. P. 295-298.

27. Bondarenko G.G., Udris Ya.Ya., Yakushin V.L. On behaviour of W-Cu compositions as a candidate divertor material under irradiation high intensive hydrogen plasma // Fusion Engineering and Design. 2000. Vol. 51-52. P. 81-84.

28. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов / Грибков В.А., Григорьев Ф.И., Калин Б.А., Якушин В.Л. -М.: Круглый год, 2001.-528 с.

29. Влияние обработки потоками высокотемпературной импульсной плазмы на коррозионную стойкость фрагментов твэлов ЯЭУ / Якушин В.Л, Калин Б.А., Кохтев

C.А., Кравцов Д.В. // 6th Intern. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings. Томск: Изд. Дом «Курсив». 2002. С. 405-408.

30. Альтернативные подходы при выборе материалов первой стенки реактора ДЕМО / Калин Б.А., Якушин В.Л., Волков Н.В. и др. // ВАНТ: Термоядерный синтез. 2002. Вып. 3-4. С. 39-46.

31. Якушин В.Л, Калин Б.А. Модифицирование структурно-фазового состояния металлических материалов при воздействии потоков высокотемпературной импульсной плазмы // 12th International conference on radiation physics and chemistry of inorganic materials: Proceedings. Tomsk: TPU. 2003. P. 569-574.

32. Influence of a preliminary pulsed plasma treatment on the corrosion resistance of EP823 steel in liquid lead / Yakushin V.L., Kalin B.A., Polsky V.I. et al. // Annual Meeting on Nuclear Technology 2004 (Dusseldorf, 2004): Proceedings. Berlin: INFORUM Verlags. 2004. P. 532-535.

33. Surface Alloying of Thin-Walled Tube Sections Using High Temperature Pulsed Plasma Fluxes/ Yakushin V., Kalin В., Dzhumaev P., Polsky V. // 7th Intern. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings. Tomsk: Publishing house of the IAO SB RAS, 2004. P. 305-308.

34. Изменение структуры и текстуры в объеме оболочечных труб из сплавов на основе циркония при ионно-плазменной обработке поверхности / Перлович Ю.А., Грехов М.М., Исаенкова М.Г., Фесенко В.А., Калин Б.А., Якушин В.Л. // ВАНТ: Физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2004. № 3(85). С. 59- 65.

35. Якушин В.Л. Поверхностное упрочнение углеродистых и низколегированных сталей потоками высокотемпературной импульсной плазмы // Технология машиностроения. 2004. № 5. С. 38-43.

36. Эрозия интерметаллидных сплавов на основе TiAl при воздействии, имитирующем ожидаемые срывы плазмы в ТЯР / Калин Б.А., Якушин В.Л., Польский В.И. и др. // Физика и химия обработки материалов. 2005. №2. С. 49-56.

37. Якушин В.Л. Модифицирование углеродистых и низколегированных сталей потоками высокотемпературной импульсной плазмы. Металлы. 2005. № 2. С. 12-24.

38. Повышение коррозионной стойкости стали ЭП823 в жидком свинце путем ее обработки потоками высокотемпературной импульсной плазмы / Якушин В.Л., Калин Б.А., Джумаев П.С. и др. // ВАНТ: Физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2005. № 3 (86). С. 128-133.

39. Якушин В.Л. Модифицирование металлических материалов и изделий потоками высокотемпературной импульсной плазмы / Труды XV межд. совещ. «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь, 2005). М.: НИИ ПМТ МГИЭМ (ТУ). 2005. С. 304-310.

40. Bulk Texture and Structure Changes in Tubes of Zr alloy due to the Long-Range Effect of Ion-Plasma Surface Treatment / Perlovich Yu., Grckhov M., Isaenkova M., Fesenko V., Kalin B, Yakushin V. // Materials Science Forum. Vol. 495497. Pt.l. P. 687-692.

41. Влияние импульсной обработки потоками высокотемпературной плазмы на повышение коррозионной стойкости хромистой ферритно-мартенситной стали в жидком свинце / Якушин В.Л., Калин Б.А., Джумаев П.С. и др. // Физика и химия обработки материалов. 2005. №4. С. 33-45.

42. Самойлова Е.В., Якушин В.Л. Влияние состава потоков высокотемпературной импульсной плазмы на структурно-фазовое состояние, поверхностное упрочнение и коррозионную стойкость сталей. Металлы. 2005. №4. С. 88-94.

43. Якушин В.Л. Механизмы образования упорядоченных структур в металлических материалах, обработанных потоками импульсной плазмы / Труды XVI межд. совещ. «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь, 2006). М.: НИИ ПМТ МГИЭМ (ТУ). 2006. С. 9-19.

Список цитируемой литературы

1. Боли В., Уэйнер Дж. Теория температурных напряжений. - М.: Мир, 1964. - 517с.

2. Чалмерс Б. Теория затвердевания. - М.: Металлургия, 1968. - 288 с.

3. Тиллер У.А. Затвердевание // Физическое металловедение. Вып. 2. Под ред. Р. Канна.-М.: Мир, 1968. С. 155-226.

4. Малыгин Г.А. Кинетический механизм образования периодических дислокационных структур // Физика твердого тела. 1989. Т. 31. Вьгп.1. С. 175-180.

5. Малыгин Г.А. Эволюция параметров ячеистых дислокационных структур с деформацией в металлах // Физика металлов и металловедение. 1990. № 5. С. 22-30.

Подписано в печать 29.08. 2006 г.

Тираж 100 экз. Заказ № 5•3 У

Формат 60*90/16. Объем 2 п.л.

Типография ООО «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900

Москва, Варшавское ш., 36

(495) 975-78-56

www.autoreferat.ru

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Методы модифицирования приповерхностных слоев материалов с использованием концентрированных потоков энергии (краткий обзор).

1.1. Роль поверхности в обеспечении работоспособности изделий и традиционные способы ее обработки.

1.2. Основные процессы взаимодействия концентрированных потоков энергии с твердым телом, методы модифицирования поверхностных слоев.

1.3 Структурно-фазовые изменения металлов и сплавов при обработке потоками импульсной плазмы.

1.4. Модифицирование физико-механических свойств материалов при воздействии потоками плазмы.

1.5. Выводы.

ГЛАВА 2. Материалы, условия облучения и методы исследования.

2.1. Исследованные материалы.

2.1.1. Коррозионно-стойкие стали и никелевые сплавы.

2.1.2. Углеродистые и низколегированные стали.

2.1.3. Сплавы на основе ванадия.

2.1.4. Экранные материалы первой стенки ТЯР.

2.2. Условия обработки потоками импульсной плазмы.

2.2.1. Импульсный плазменный ускоритель МК-200.

2.2.2. Импульсная плазменная установка «Десна-М».

2.3. Условия облучения ионами гелия и аргона.

2.4. Экспериментальные методы исследования структурно-фазового состояния.

2.5. Измерение механических характеристик материалов.

2.6. Термодесорбция и водородопроницаемость.

2.7. Определение коэффициентов эрозии и распыления.

ГЛАВА 3. Структурно-фазовое состояние металлических материалов, обработанных потоками высокотемпературной импульсной плазмы.

3.1. Оценка температурно-силовых полей, возникающих в материалах при воздействии потоками импульсной плазмы.

3.2. Топография поверхности и структура модифицированных материалов.

3.2.1. Топография поверхности облученных образцов.

3.2.2. Металлографические исследования поперечной структуры сталей.

3.3. Электронно-микроскопические исследования структуры модифицированных слоев.

3.3.1. Тонкая структура приповерхностных слоев.

3.3.2. Послойный электронно-микроскопический анализ микроструктуры.

3.3.3. Влияние кристаллографической ориентации исходного зерна на упорядоченную структуру.

3.4. Механизмы образования упорядоченной структуры.

3.4.1. Формирование структуры при режимах обработки с плавлением.

3.4.2. Расчет параметров гексагональной ячеистой структуры для сплавов системы Ni - С.

3.4.3. Образование структуры при обработке без плавления.

3.5. Рентгеновские исследования модифицированных сталей.

3.5.1. Структурно-фазовое состояние сталей.

3.5.2. Рентгеноструктурные исследования тонкостенных труб.

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. Механические свойства материалов, модифицированных плазменной обработкой.

4.1. Поверхностное упрочнение металлов и сплавов.

4.1.1. Изменение микротвердости поверхности.

4.1.2. Распределение микротвердости по глубине мишени.

4.2. Трибологические характеристики.

4.3. Изменение прочностных характеристик.

4.4. Эффект дальнодействия при воздействии импульсными потоками плазмы

4.5. Выводы.

ГЛАВА 5. Поверхностное легирование металлов с использованием потоков импульсной плазмы.

5.1. Основы метода поверхностного жидкофазного легирования.

5.2. Основные закономерности поверхностного легирования углеродистых сталей.

5.3. Поверхностное легирование тонкостенных труб.

5.4. Выводы.

ГЛАВА 6. Влияния предварительной плазменной обработки на коррозию и эрозию при ионном облучении.

6.1. Повышение коррозионной стойкости труб из стали ЭП в жидком свинце путем плазменной обработки.

6.2. Коррозия конструкционных сталей при взаимодействии с имитаторами продуктов деления.

6.3. Влияние плазменной обработки на коррозию сплавов циркония.

6.4. Коррозионная стойкость модифицированных сталей при испытаниях методом AM.

6.5. Влияние плазменной обработки на радиационный блистеринг.

6.6. Физическое распыление модифицированных материалов.

6.7. Выводы.

ГЛАВА 7. Исследование эрозии и повреждаемости различных материалов при облучении потоками импульсной плазмы.

7.1. Повреждение материалов в условиях воздействия, имитирующего ожидаемые срывы плазмы в ТЯР (краткий обзор).

7.1.1. Основные требования к материалам, обращенным к плазме.

7.1.2. Кандидатные материалы первой стенки.

7.1.3. Поведение кандидатных материалов в условиях, имитирующих срывы плазмы.

7.2. Повреждаемость и эрозия конструкционных материалов при облучении потоками импульсной водородной плазмы.

7.2.1. Коррозионно-стойкие стали, сплавы на основе никеля, алюминия и тугоплавких металлов.

7.2.2. Сплавы на основе ванадия.

7.2.3. Металлические материалы с покрытиями.

7.3. Эрозия экранных материалов первой стенки ТЯР.

7.3.1. Углеродные конструкционные материалы.

7.3.2. Композитный сплав на основе вольфрама.

7.3.3. Интерметаллидные сплавы системы Ti-Al-V.

7.4. Влияние имплантированного гелия на эрозию при воздействии потоками плазмы.

7.5. Захват и проницаемость изотопов водорода в металлах, облученных потоками плазмы.

7.6. Выводы.

Актуальность темы. Исследование влияния воздействия потоками высокотемпературной импульсной плазмы (ВТИП) на материалы, помимо изучения фундаментальных физических явлений, представляет значительный интерес в связи с двумя направлениями исследований, проводимых в настоящее время:

• разработкой физико-химических основ экологически чистых технологий модифицирования материалов при обработке концентрированными потоками энергии (КПЭ);

• использованием потоков ВТИП для имитации срывов плазмы, ожидаемых в термоядерных реакторах типа токамак.

Одним из приоритетных направлений физики твердого тела является разработка физических основ и способов повышения эксплуатационных характеристик различных материалов. Как известно [1-3], эффективность, долговечность и надежность деталей и узлов систем и механизмов в значительной степени определяются их поверхностными свойствами. Учитывая это, разработка методов модифицирования поверхностных слоев материалов и изделий является актуальной задачей для развития новых современных технологий. Среди таких технологий весьма перспективными и широко используемыми в промышленно-развитых странах являются методы обработки поверхности концентрированными потоками энергии и ионной имплантации [2-26]. Выполненные в последние два десятилетия исследования показали [15,25, 27], что среди нетрадиционных методов обработки металлических материалов для целенаправленного изменения их структурно-фазового состояния и физико-механических свойств весьма эффективным является применение потоков высокотемпературной импульсной газовой плазмы, являющихся одним из видов концентрированных потоков энергии.

Воздействие потоками ВТИП на металлические материалы приводит к созданию приповерхностных слоев с модифицированным структурно-фазовым состоянием, в том числе и неравновесным, имеющих, как правило, высокие физико-механические и физико-химические свойства: микротвердость, износостойкость, прочностные характеристики, эрозионную и коррозионную стойкость и другие. При этом обработка потоками ВТИП обладает рядом преимуществ не только в сравнении с традиционными технологическими процессами термомеханической и химико-термической обработок, но и с воздействием других видов концентрированных потоков энергии, к числу которых относятся лазерное излучение, сильноточные электронные и мощные ионные пучки и другие. Основными преимуществами данного метода в сравнении с другими нетрадиционными технологиями обработки являются [25,28,29]:

- одновременное использование рабочего вещества плазмы как средства для нагрева и легирования приповерхностных слоев материала;

- возможность финишной обработки относительно больших (до 0,15 м ) площадей поверхности или готовых изделий за короткий промежуток времени (один или несколько импульсов длительностью от 3-5 до 100 мкс);

- возможность одновременной всесторонней обработки поверхности изделий цилиндрической формы;

- относительно высокая микрооднородность структуры, состава и свойств обработанной поверхности.

В качестве основных недостатков следует отметить высокую наукоемкость разрабатываемой технологии, недостаточную изученность процессов, происходящих при взаимодействии потоков импульсной плазмы с твердым телом, в сравнении с другими методами, а также трудности в управлении потоком плазмы в имеющихся в настоящее время ускорителях.

К началу выполнения данной работы были проведены лишь отдельные исследования [30-35] по изучению влияния воздействия потоками ВТИП на изменения микроструктуры, микротвердости и коррозионной стойкости некоторых материалов. Однако для создания технологий обработки серийных изделий потоками высокотемпературной импульсной плазмы необходимо проведение комплексных научных исследований для выявления закономерностей изменений структурно-фазового состояния материалов и создания физических основ технологий, определяющих требуемые физико-механические и эксплуатационные свойства и, в конечном счете, ресурс изделий.

Другим важным в научном и практическом значении направлением изучения взаимодействия потоков высокотемпературной импульсной плазмы с твердым телом является исследование закономерностей эрозии материалов энергонапряженных конструкций и, в частности, перспективных материалов первой стенки разрабатываемых термоядерных реакторов (ТЯР) типа токамак в условиях, имитирующих ожидаемые срывы тока плазмы.

Осуществление управляемой термоядерной реакции - один из перспективных путей решения энергетических проблем человечества. В термоядерных реакторах типа токамак компонентами конструкции, контактирующими с плазмой, являются первая стенка, лимитер и дивертор. Материалы этих конструкций будут работать в жестких условиях термоциклических нагрузок, обусловленных цикличностью режима горения плазмы, подвергаться интенсивному воздействию ионов изотопов водорода и гелия, а также распыленных атомов материалов компонентов конструкции, контактирующими с плазмой, с непрерывным энергетическим спектром в широком интервале энергий [36,37]. Следует особо отметить, что для реакторов с магнитным удержанием плазмы, работающих в циклическом режиме, характерным видом воздействия на материалы первой стенки, лимитера и дивертора будут срывы плазмы, достигающие по удельной мощности до ~ 10 МВт/см при длительности воздействия от 0,1 до 3 мс, что может вызвать сильные локальные оплавления поверхности, кипение, испарение (сублимацию) и растрескивание материала. Такие виды повреждений помимо загрязнения плазмы примесями, в конечном итоге, могут привести к ухудшению эксплуатационных свойств и даже выходу узлов реактора из строя. Поэтому выбор материалов для компонентов конструкции рабочей камеры и исследование их радиационной эрозии, в том числе в условиях, имитирующих ожидаемые срывы плазмы, являются актуальными и важными задачами при разработке различных проектов и концепций ТЯР.

К моменту начала выполнения данной работы в литературе практически отсутствовали экспериментальные результаты по изучению эрозии перспективных материалов первой стенки термоядерных реакторов в условиях воздействия, имитирующего ожидаемые срывы плазмы, за исключением нескольких публикаций [30, 38-40], поэтому нами исследовался довольно широкий круг конструкционных и экранных материалов. К тому же, жесткость условий работы, недостаток данных о свойствах материалов и, особенно, их поведении в рабочих условиях, различные варианты конструкций первой стенки ТЯР также объясняют рассмотрение большого количества видов конструкционных и экранных материалов. Поскольку выбранные на сегодняшний день материалы первой стенки международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР - коррозионно-стойкая сталь SS316LN, Be, W и углеграфитовые композиты обладают целым рядом недостатков, окончательный выбор материалов, контактирующих с плазмой для термоядерных реакторов второго поколения (ДЕМО и др.) еще не сделан и исследования в этом направлении весьма актуальны.

Таким образом, актуальность темы настоящей работы в научном плане определяется развитием нового научного направления - модифицирование металлических материалов потоками высокотемпературной импульсной газовой плазмы, выявлением основных механизмов и закономерностей изменения структурно-фазового состояния и разработкой физических основ технологий обработки, а в практическом отношении - установлением основных закономерностей изменения эксплуатационных свойств различных функциональных материалов и изделий при обработке потоками импульсной плазмы и эрозии перспективных материалов первой стенки ТЯР в условиях, имитирующих ожидаемые срывы тока плазмы.

Подтверждение актуальности работы. Актуальность данной работы подтверждается тем, что исследования выполнялись в рамках Государственных научно-технических программ «Технологии, машины и производства будущего», «Управляемый термоядерный синтез и плазменные процессы»; Федеральных целевых программ «Интеграция науки и высшего образования России», «Национальная технологическая база» (раздел «Ядерные технологии нового поколения»); инновационных научно-технических программ «Радиационные комплексы и технологии для научного приборостроения, медицины, обработки сельхозпродукции, производства товаров народного потребления», «Плазменно-лучевые технологии и радиационные комплексы»; межотраслевой программы сотрудничества между Минобразования России и Минатомом России по направлению «Научно-инновационное сотрудничество», грантов ДАНТ Минатома РФ в области фундаментальных и поисковых НИР; фундаментальных, поисковых и прикладных НИОКР; Проектов Международного научно-технического центра (МНТЦ) №№ 019-94 и 746-98.

Цель работы - разработка физических основ экологически чистых и энергоэкономичных технологий модифицирования структурно-фазового состояния и эксплуатационных свойств металлических материалов и выявление основных механизмов и закономерностей повреждения твердых тел при воздействии потоками высокотемпературной им

7 2 пульсной газовой плазмы с плотностью мощности падающего потока до 10 Вт/см при длительности импульсов 10-60 мкс.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи.

1. Выявление закономерностей изменения микроструктуры материалов при воздействии потоками ВТИП в зависимости от вида материала, его исходного состояния и режимов плазменной обработки.

2. Исследование изменений структурно-фазового состояния и элементного состава приповерхностных слоев при воздействии потоками импульсной плазмы.

3. Оценка температурно-силовых полей, возникающих в металлических материалах при облучении потоками ВТИП.

4. Разработка физических механизмов модифицирования структурно-фазового состояния и свойств материалов при плазменном воздействии.

5. Определение степени изменения эксплуатационных свойств модифицированных материалов в зависимости от режимов плазменной обработки, вида материала и его исходного состояния; оптимизация режимов обработки для целенаправленной модификации свойств материалов.

6. Исследование возможности легирования металлов через жидкую фазу с использованием потоков ВТИП.

7. Установление характера, закономерностей и степени повреждаемости перспективных конструкционных и экранных материалов первой стенки ТЯР при воздействии потоками импульсной плазмы.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем.

• Разработаны физические основы модифицирования металлических материалов и изделий потоками высокотемпературной импульсной плазмы с удельной мощностью падающего потока 3'105-5'106 Вт/см2 при длительности импульсов 10-60 мкс.

• Впервые выявлены основные закономерности изменения структурно-фазового состояния сталей различного назначения в зависимости от их состава, исходного состояния и режимов плазменной обработки.

• Впервые обнаружено, что при воздействии потоками высокотемпературной импульсной плазмы на металлические конструкционные материалы в приповерхностной области образуется модифицированный слой толщиной до 25 мкм, имеющий упорядоченную субмикрокристаллическую столбчатую или дислокационную ячеистую структуры и обладающий повышенными физико-механическими свойствами.

• Впервые проведены комплексные исследования и выявлены закономерности поверхностного упрочнения и изменения механических свойств металлических материалов в зависимости от их состава, исходного состояния и режимов плазменной обработки.

• Впервые установлено, что импульсная плазменная обработка низколегированных, углеродистых и коррозионно-стойких сталей приводит к повышению их коррозионной стойкости в разных агрессивных средах, включая потоки жидкого свинца, и изменяет механизм коррозии с межкристаллитного на фронтальный.

• Впервые обнаружено, что предварительная импульсная плазменная обработка уменьшает радиационную эрозию образцов металлических материалов при последующем ионном облучении и уменьшает их водородопроницаемость.

• Впервые проведено комплексное, всестороннее исследование эрозии широкого класса перспективных конструкционных и экранных материалов первой стенки ТЯР в условиях, приближенных к ожидаемым срывам тока плазмы, при облучении в импульсных плазменных ускорителях (ИПУ) с использованием водородной и дейтериевой высокотемпературной плазмы.

• Впервые исследована эрозия образцов интерметаллидных сплавов системы Ti-Al-V, полученных разными методами, и установлено, что образцы, полученные компактиро-ванием быстрозакаленных микрокристаллических порошков, обладают высокой стойкостью к эрозии, трещиностойкостью и стабильностью элементного состава приповерхностных слоев в условиях воздействия, имитирующего срывы плазмы.

Практическая значимость работы заключается, прежде всего, в том, что проведенные комплексные исследования и полученные результаты позволяют создавать новые экологически чистые и энергоэкономичные технологии целенаправленного изменения физико-механических и коррозионных свойств конструкционных и функциональных материалов разных классов и готовых изделий при их обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы. Выявленные основные закономерности изменения структурно-фазового состояния, поверхностного упрочнения, повышения коррозионной стойкости в разных средах и уменьшения радиационной эрозии металлических материалов, модифицированных потоками ВТИП, могут быть использованы при выборе оптимальных режимов обработки для повышения эксплуатационных характеристик изделий различного назначения. На основе полученных результатов установлены режимы обработки режущего инструмента (сверл и метчиков), повышающие их ресурс в условиях заводских испытаний в 3-3,5 раза.

Полученные в работе результаты по изменению микроструктуры и фазового состава твердых тел, обнаруженный эффект дальнодействия при импульсной плазменной обработке представляют интерес для исследователей, занимающихся изучением фундаментальных проблем взаимодействия излучения с твердым телом.

Выявлены основные закономерности радиационной эрозии перспективных конструкционных и экранных материалов первой стенки ТЯР, включая коррозионно-стойкие стали, сплавы на основе никеля, ванадия и вольфрама, углеграфитовые материалы, материалы с покрытиями, литые и компактированные интерметаллидные сплавы системы Ti-Al-V в условиях, имитирующих срывы плазмы, и даны практические рекомендации о возможности использования исследованных материалов в ТЯР, предложены методы повышения их эрозионной и термостойкости с точки зрения воздействия на них срывов плазмы. На основе полученных результатов разработан способ уменьшения радиационной эрозии металлических материалов при ионном облучении путем их предварительной обработки потоками высокотемпературной импульсной плазмы, на который получено авторское свидетельство на изобретение. Данные результаты могут быть использованы для выбора материалов первой стенки термоядерного реактора ДЕМО и оценки их работоспособности и ресурса в условиях воздействия срывов тока плазмы.

Научные и практические результаты диссертации используются в учебном процессе в Московском инженерно-физическом институте в лекционных курсах и лабораторном практикуме по дисциплинам «Модифицирование материалов концентрированными потоками энергии и ионной имплантацией» и «Специальные вопросы материаловедения ТЯР», а также при подготовке дипломных проектов.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Основные закономерности изменения структурно-фазового состояния сталей разных классов и назначения в зависимости от их состава, исходного состояния и режимов импульсной плазменной обработки.

2. Экспериментальные результаты по изменению микроструктуры приповерхностных слоев металлических материалов, обработанных потоками высокотемпературной импульсной газовой плазмы.

3. Экспериментальные результаты комплексных исследований и закономерности поверхностного упрочнения и изменения механических свойств металлических материалов в зависимости от их состава, исходного состояния и режимов плазменной обработки.

4. Экспериментальные результаты по влиянию импульсной плазменной обработки на коррозионную стойкость образцов низколегированных, углеродистых и коррозионно-стойких сталей и сплавов циркония в разных агрессивных средах, включая потоки жидкого свинца.

5. Физические модели формирования микро- или нанокристаллических упорядоченных ячеистых структур в приповерхностном слое металлических материалов в результате воздействия потоками высокотемпературной импульсной плазмы.

6. Качественные физические модели эффекта дальнодействия, уменьшения физического распыления при ионном облучении и повышения механических свойств металлических материалов в результате предварительного воздействия потоками ВТИП.

7. Методика поверхностного жидкофазного легирования образцов, в том числе, фрагментов тонкостенных труб с использованием потоков импульсной плазмы.

8. Экспериментальные результаты по определению коэффициентов и механизмов эрозии различных материалов при воздействии потоками импульсной плазмы в зависимости от плотности мощности падающего потока и числа импульсов облучения.

9. Результаты исследований влияния последовательного воздействия моно- и полиэнергетических пучков ионов гелия, водорода и аргона, а также импульсных потоков плазмы на топографию, радиационный блистеринг, физическое распыление и водородо-проницаемость коррозионно-стойких сталей и никелевых сплавов.

Автор защищает выявленные лично и в соавторстве основные закономерности и физические механизмы изменения микроструктуры, структурно-фазового состояния, эксплуатационных свойств и эрозии различных функциональных материалов и изделий при воздействии потоками импульсной плазмы. Формулировка цели и задач работы, основные экспериментальные исследования, обобщение и анализ полученных результатов, обоснование и разработка физических моделей выполнены лично автором.

Достоверность полученных результатов и выводов диссертационной работы подтверждается комплексным использованием современных методов исследования, тщательностью проведения экспериментов и оценкой величины погрешности проводимых измерений, экспериментальной проверкой теоретических предположений и физических моделей, сопоставлением с результатами других авторов, признанием полученных результатов на различных международных и отечественных конференциях и в опубликованных научных работах.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих международных, всесоюзных, всероссийских и отраслевых конференциях и совещаниях:

II, III и IV Всес. конф. «Взаимодействие излучения, плазменных и электронных потоков с веществом» (Москва, 1986; Сухуми, 1988; Фрунзе, 1990); зональной научно-техн. конф. «Обработка материалов высоко концентрированными источниками энергии» (Пенза, 1988); I, III, IV Всес. конф. «Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц» (Томск, 1988, 1994, 1996); XV и XVI Бакурианской школе по радиационной физике металлов и сплавов (Бакуриани, 1988, 1989); Всес. конф. «Ионно-лучевая модификация материалов» (Каунас, 1989); Всес. симпозиуме «Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела» (Ташкент, 1989); Всес. семинаре «Взаимодействие импульсных плазменных потоков с веществом» (Алма-Ата, 1989); X и XIII межд. конф. «Физика прочности и пластичности металлов и сплавов» (Куйбышев, 1989; Самара, 1992); первом межд. совещ. стран СЭВ «Радиационная физика твердого тела» (Сочи, 1989); VII межотраслевой школе по физике радиационных повреждений твердого тела (Алушта, 1990); межд. конф. по радиационному материаловедению (Алушта, 1990); Всес. и II межд. конф. «Радиационное воздействие на материалы термоядерных реакторов» (Ленинград, 1990; Санкт-Петербург, 1992); IV Всес. семинаре «Радиационная повреждаемость и работоспособность конструкционных материалов (Петрозаводск, 1990); II и III межотраслевом совещ.; V—VIII, X, XI межнациональном и XII—XVI межд. совещ. «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь, 1992,1993; 1995-1998,2000,2001 и 2002-2006); Intern. Conf. «Evolution of Microstructure in Metals During Irradiation» (Chalk River, Canada, 1992); консультационном симпозиуме «Международное сотрудничество в области конверсионных технологий» (Санкт-Петербург, 1993); 6th, 7th and 8th Intern. Conf. «Fusion reactor materials» (Stresa, Italy, 1993; Obninsk, Russia, 1995; Sendai, Japan, 1997); 11th Intern. Conf. «Plasma Surface Interections in Controlled Fusion Devices» (Mito, Ibaraki, Japan, 1994); второй Московской межд. конф. по композитам (Москва, 1994); четвертой межотраслевой конф. по реакторному материаловедению (Димитровград, 1995); Fourth and Fifth Intern.

Symposium on Fusion Nuclear Technology (Tokyo, Japan, 1997; Roma, Italy, 1999); Fourth Russian-Chinese Symposium «Advanced Materials and Processes» (GRINM, Beijing, China, 1997); ежегодных научных сессиях МИФИ (Москва, 1998-2005); Annual Meeting on Nuclear Technology (Germany; Munich, 1998; Diisseldorf, 2004); первом, третьем, четвертом и шестом межд. Уральском семинаре «Радиационная, физика металлов и сплавов» (Снежинск, 1995,1999,2001, 2005); Annual meeting of Korea Institute of Surface Engineering (Seoul, Korea, 2000); 1st and 2nd Intern. Congress on Radiation Physics, High Current Electronics, and Modification of Materials (Tomsk, Russia, 2000 and 2006); шестой и седьмой Российская конф. по реакторному материаловедению (Димитровград, 2000 и 2003); XV и XVI межд. конф. по физике радиационных явлений и радиационному материаловедению (Алушта, Украина, 2002 и 2004); 6th and 7th Intern. Conf. on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows (Tomsk, Russia, 2002, 2004); Russian (CIS) - Dutch Partnering Event on nanomaterials, metals, alloys, coatings, industrial ceramics and polymers (Amsterdam, Netherlands, 2003); межд. семинаре «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-VII)» (Обнинск, 2003); 12th Intern. Conf. on radiation physics and chemistry of inorganic materials (Tomsk, Russia, 2003); межд. конф. «Новые перспективные материалы и технологии их получения (НПМ) - 2004» (Волгоград, 2004); France-Russia Seminar «New Achievements in Materials Science» (Nancy, France, 2004); 14th Intern. Conf. on Textures of Materials (Leuven, Belgium, 2005); 17th Intern. Conf. on Plasma Surface Interactions in Controlled Fusion Devices (Hefei Anhui, China, 2006).

Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 126 печатных работах, включая монографию, учебник для студентов высших учебных заведений, учебное пособие, 3 авторских свидетельства на изобретения, 34 статьи в рецензируемых научных отечественных и иностранных изданиях, 14 статей в трудах международных конференций и 25 статей в сборниках научных трудов и различных конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, основных выводов и списка литературы. Диссертация изложена на 357 страницах, включая 169 рисунков, 65 таблиц и 380 наименований в списке литературы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны физические основы технологии поверхностной обработки металлических материалов и готовых изделий потоками высокотемпературной импульсной плазмы с удельной мощностью потока в интервале (З-ЮО)-Ю5 Вт/см2 и длительностью импульсов 10-60 мкс, включающие принципы целенаправленного формирования структурно-фазового состояния, обеспечивающего повышенные механические свойства, коррозионную и эрозионную стойкость широкого круга металлов и сплавов различного назначения, выбор режимов обработки и тип плазмообразующего газа.

2. Впервые обнаружено, что обработка металлических материалов потоками импульсной плазмы позволяет формировать многослойные приповерхностные зоны с модифицированным структурно-фазовым состоянием и создавать градиентные композиционные материалы.

Впервые установлено, что в поверхностном слое толщиной до 20 мкм образуется субмикрокристаллическая упорядоченная ячеистая структура с характерным поперечным размером ячеек от 0,05 до 1,5 мкм, определяемым условиями облучения, видом материала и его исходной обработкой. Выявлено, что ячеистая микроструктура в сталях обладает стойкостью во всем температурном интервале их применения.

3. Предложены и обоснованы качественно различные физические механизмы образования упорядоченной микроструктуры модифицированного слоя при реализации плавления приповерхностных слоев или доплавильного нагрева материала.

Показано, что при плавлении образование упорядоченной столбчатой структуры обусловлено ячеистой кристаллизацией расплава в условиях его концентрационного переохлаждения. При плазменной обработке в режимах без плавления формируется ячеистая дислокационная структура вследствие кинетической неустойчивости и самоорганизации, развивающихся в дислокационном ансамбле из-за взаимодействия дислокаций с локальными препятствиями и друг с другом в результате высокоскоростной пластической деформации под действием термомеханических напряжений.

4. Впервые выявлено, что при обработке сталей разных классов потоками импульсной плазмы вследствие высокоскоростной закалки, как правило, образуется двухфазная структура - мартенсит (а'-фаза) и остаточный аустенит (у-фаза), а для азотной плазмы также наблюдаются «следы» метастабильных фаз нитридов железа разной стехиометрии. Показано, что формируемое структурно-фазовое состояние сталей определяется типом плазмы, удельной мощностью потока, плотностью частиц в плазме и числом импульсов облучения.

5. Установлено, что модифицирование структурно-фазового состояния приповерхностных слоев металлических материалов приводит к изменению их механических характеристик: увеличению микротвердости поверхности до 3-4 раз, повышению предела упругости до 4 раз и временного сопротивления на разрыв на 40-60 % при сохранении уровня исходной пластичности, уменьшению коэффициента сухого трения до 2 раз и повышению износостойкости образцов.

Выявлено, что наибольшее поверхностное упрочнение происходит в углеродистых и низколегированных сталях, наиболее чувствительных к высокоскоростной закалке.

6. Экспериментально установлено наличие эффекта дальнодействия при обработке металлических материалов потоками импульсной плазмы, предложен и обоснован качественный физический механизм данного эффекта. Показано, что изменение структуры и механических свойств на расстояниях, значительно превышающих глубину проникновения излучения и нагрева (плавления) материала, происходит вследствие деформационного упрочнения под действием термических напряжений, возникающих в процессе нагрева и последующего охлаждения.

7. Показана возможность целенаправленного поверхностного легирования металлических материалов на глубины до 20-45 мкм с концентрацией вводимого элемента до 20 мас.% методом жидкофазного перемешивания при обработке потоками импульсной плазмы мишеней с предварительно нанесенными легирующими элементами.

Впервые отработана методика и режимы жидкофазного поверхностного легирования тонкостенных (твэльных) стальных трубок алюминием и хромом с достаточно равномерным распределением элементов по глубине в слое, более чем на порядок величины превышающем толщину предварительно нанесенного покрытия.

8. Выявлено, что обработка потоками импульсной плазмы повышает в 3-10 раз коррозионную стойкость как низколегированных, так и коррозионно-стойких сталей при испытаниях на межкристаллитную коррозию, в потоке жидкого свинца и при взаимодействии с имитаторами продуктов деления ядерного топлива и изменяет характер коррозионного взаимодействия с межкристаллитного на фронтальный. Установлено, что для подавления окисления поверхностно-легированных труб из стали ЭП823 в потоке свинца с повышенным содержанием кислорода при температуре 650 °С концентрация алюминия в приповерхностных слоях должна быть выше 13-14 мае. %, а хрома - более 16,5 мае. %.

9. Впервые обнаружено, что обработка металлических материалов потоками импульсной плазмы приводит к уменьшению их эрозии из-за радиационного блистеринга до 25 раз, коэффициентов распыления в плазме тлеющего разряда до 7 раз, а при облучении моноэнергетическим пучком ионов до 2 раз. Показано, что уменьшение распыления обусловлено формированием на поверхности при ионном облучении конусов вследствие создания упорядоченной ячеистой структуры модифицированного слоя и изменением его химического состава. Предложена качественная физическая модель образования конусов на поверхности образцов, модифицированных потоками плазмы.

На основании полученных результатов разработан способ защиты рабочих поверхностей электрофизических установок, в частности, первой стенки ТЯР от эрозии вследствие блистеринга и физического распыления, защищенный авторским свидетельством на изобретение.

10. Впервые проведено комплексное экспериментальное исследование эрозии перспективных конструкционных и защитных материалов первой стенки термоядерного реактора при облучении потоками импульсной водородной плазмы, имитирующем ожидаемые срывы плазмы в ТЯР. Установлено, что основными механизмами эрозии в зависимости от удельной мощности падающего потока и вида материала являются: образование радиационно-технологических блистеров, выброс капель кипящего металла, испарение (сублимация) и растрескивание поверхности. При этом коэффициенты эрозии исследованных материалов обратно пропорциональны их теплопроводности.

11. Впервые обнаружено, что предварительное воздействие потоками плазмы приводит к уменьшению в 3-6 раз водородопроницаемости мембран из никеля при последующем облучении пучком ионов водорода. Выявлено, что комбинированное воздействие моноэнергетическими пучками ионов гелия и потоками импульсной дейтериевой плазмы значительно изменяет характер и степень эрозии конструкционных материалов и поведение предварительно внедренного гелия, причем установленные изменения зависят от последовательности облучения.

Таким образом, на основании проведенных исследований и анализа полученных результатов развито новое научное направление - модифицирование металлических материалов потоками высокотемпературной импульсной плазмы; выявлены основные механизмы и закономерности изменения структурно-фазового состояния, эксплуатационных свойств различных функциональных материалов и готовых изделий при обработке потоками импульсной плазмы и разработаны физические основы технологий поверхностной обработки; установлены основные механизмы и закономерности эрозии перспективных материалов первой стенки ТЯР в условиях, имитирующих ожидаемые срывы тока плазмы.

1. Алехин В.П. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов. М.: Наука, 1983.-320 с.

2. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками / Под ред. Дж. М. Поута и др. М.: Машиностроение, 1987. - 424 с.

3. Физика износостойкости поверхности металлов: Сборник научных трудов. Л.: ФТИ им. А.Ф. Иоффе, 1988. - 230 с.

4. Абрамян Е.А., Альтеркоп Б.А., Кулешов Г.Д. Интенсивные электронные пучки. Физика. Техника. Применение. М.: Энергоатомиздат, 1984. - 232 с.

5. Аброян И.А., Андронов А.Н., Титов А.И. Физические основы электронной и ионной технологии. М.: Высшая школа, 1984. - 320 с.

6. Ионная имплантация / Под ред. Дж. К. Хирвонена: Пер. с англ. М.: Металлургия, 1985.-392 с.

7. Лазерная и электронно-лучевая обработка материалов: Справочник / Рыкалин Н.Н., Углов А. А., Зуев В.В., Кокора А.Н. М.: Машиностроение, 1985. - 496 с.

8. Применение высокоинтенсивных импульсных пучков электронов в технологии металлов / Демидов Б.А., Ивкин М.В., Петров В.А. и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1985. №12. С. 87-92.

9. Ивановский Г.Ф., Петров В.И. Ионно-плазменная обработка материалов. М.: Радио и связь, 1986.-232 с.

10. Диденко А.Н., Лигачев А.Е., Куракин И.Б. Воздействие пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. М.: Энергоатомиздат, 1987. - 184 с.

11. Модификация свойств металлов под действием мощных ионных пучков / Погребняк А.Д., Ремнев Г.Е., Чистяков С.А., Лигачев А.Е. // Известия Вузов. Физика. 1987. № 1. С. 52-65.

12. Гусева М.И. Ионная имплантация в неполупроводниковые материалы // Итоги науки и техники. Серия: Физические основы лазерной и пучковой технологии. Т. 5. Ионно-пучковая технология.-М.: ВИНИТИ, 1989. С. 5-54.

13. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. М.: Машиностроение, 1989.-304 с.

14. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. М.: Металлургия, 1990. - 216 с.

15. Взаимодействие излучения, плазменных и электронных потоков с веществом: Тез. докл. IV Всес. конф. (Фрунзе, 1990) / Под ред. Д.М. Дыхне и др. М.: ИАЭ им. И.В. Курчатова, 1990. - 164 с.

16. Быковский Ю.А., Неволин В.Н., Фоминский В.Ю. Ионная и лазерная имплантация металлических материалов. М.: Энергоатомиздат, 1991. - 240с.

17. Piekoszevski J., Langner J. High intensity pulsed ion beams in material processing: equipment and application // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 1991. Vol. B53.P. 148-160.

18. Proskurovsky D.I., Rotshtein V.P., Ozur G.E. Use of low-energy, high-current electron beams for surface treatment of materials // Surface and Coatings Technology. 1997. Vol. 96. No. 1. P. 117-122.

19. Бойко В.И., Валяев А.Н., Погребняк А.Д. Модификация металлических материалов импульсными мощными пучками частиц // Успехи физических наук. 1997. Т. 169. Вып. 11. С. 1243-1271.

20. Обработка изделий из титановых сплавов низкоэнергетическими электронными пучками микросекундной длительности / Ночовная Н.А., Шулов В.А., Назаров Д.С. и др. // Физика и химия обработки материалов. 1998. № 1. С. 27-33.

21. Источники мощных ионных пучков для практического применения / Ремнев Г.Е., Исаков И.Ф., Опекунов М.С., Матвиенко В.М. // Известия высших учебных заведений. Серия: Физика. 1998. № 4. С. 92-111.

22. Рябчиков А.И., Дегтярев С.В., Степанов И.Б. Источники «Радуга» и методы импульс-но-периодической ионно-лучевой и ионно-плазменной обработки материалов // Там же. С. 193-207.

23. Proceedings 1st Intern. Congress on Radiation Physics, High Current Electronics, and Modification of Materials (Tomsk, Russia, 2000). 2000. Vol. 3.-549 p.

24. Перспективные радиационно-пучковые технологии обработки материалов / Грибков

25. B.А., Григорьев Ф.И., Калин Б.А., Якушин B.JI. М.: Круглый год, 2001. - 528 с.

26. Лозован А.А. Ионно-плазменная обработка поверхностей изделий сложной формы и соединений. М.: «МАТИ»-РГТУ им. К.Э. Циолковского, 2001. - 175 с.

27. Калин Б.А. Радиационно-пучковые технологии обработки материалов // Физика и химия обработки материалов. 2001. № 4. С. 5-16.

28. Калин Б.А., Якушин В.Л., Польский В.И. Модификация металлических материалов при обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы // Известия высших учебных заведений. Физика. 1994. № 5. С. 109-126.

29. Kalin В.А., Yakushin V.L., Vasiliev V.I., Tserevitinov S.S. Use of High Temperature Pulsed Plasma Fluxes in Modification of Metal Materials // Surface and Coatings Technology. 1997. Vol. 96.No. l.P. 110-116.

30. Влияние облучения водородной плазмой на механические свойства ванадия и ниобия / Гончаренко В.П., Гончаренко Д.К., Грицина В.И. и др. // ВАНТ. Серия: Физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 1983. Вып. 1(24). С. 83-86.

31. Образование аморфной металлической поверхности при облучении импульсным потоком водородной плазмы / Алексеев В.А., Конкашбаев И.К., Киселев Е.А. и др. // Письма в ЖТФ. 1983. Т. 9. Вып. 1. С. 42-46.

32. Применение плазмоимпульсного нагрева для получения метастабильных структур на поверхности твердых тел / Алиханов С.Г., Бахтин В.П., Васильев В.И. и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1983. № 5. С. 142-146.

33. Электрохимические свойства интерметаллидов, полученных на поверхности титана при обработке импульсным потоком плазмы и облучением импульсно-периодическим СОг-лазером / Алексеев В.А., Баранов В.Ю., Кожевников А.У. и др. // Там же. С. 106-107.

34. Изменение структуры поверхности промышленных металлов под воздействием импульсной плазмы / Алексеев В.А., Киселев Е.А., Киселева Т.Д. и др. // Там же. С. 108-109.

35. Калин Б.А., Скоров Д.М., Якушин В.Л. Проблемы выбора материалов для термоядерных реакторов: Радиационная эрозия. М.: Энергоатомиздат, 1985 - 184 с.

36. Конструкционные материалы для реакторов термоядерного синтеза / Под ред. академика Н.М. Жаворонкова. М.: Наука, 1988. - 232 с.

37. Повреждение поверхностей ванадия и ниобия при облучении на плазменном ускорителе / Беликов А.Г., Гончаренко В.П., Гончаренко Д.К. и др. // Атомная энергия. 1981. Т. 51. Вып. 6. С. 376-379.

38. Изменение морфологии поверхности Ni, V, Nb при облучении гелиевой плазмой / Беликов А.Г., Гончаренко В.П., Гончаренко Д.К. и др. // ВАНТ. Серия: Физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 1983. Вып. 2(25). С. 57-60.

39. Повреждение поверхности конструкционных материалов при воздействии плазменных сгустков / Польский В.И., Калин Б.А., Карцев П.И. и др. // Атомная энергия. 1984. Т. 56. Вып. 2. С. 83-88.

40. Калин Б.А., Солонин М.И. Перспективные технологии получения и обработки материалов: Учебное пособие. М.: МИФИ, 1999. -52 с.

41. Report of the National Critical Technologies Panel. Arlington, Virginia. USA, 1991. -126 p.

42. Бернштейн M.JI., Займовский B.A. Механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1979.-496 с.

43. Конструкционные материалы ядерных реакторов / Бескоровайный Н.М., Калин Б.А., Платонов П.А., Чернов И.И. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 704 с.

44. Якушин В.Л., Калин Б.А. Модификация материалов при воздействии концентрированных потоков энергии и ионной имплантации: Учебное пособие. Ч. 1. Физико-химические основы и аппаратура. М.: МИФИ, 1998. - 88 с.

45. Копецкий Ч.В., Вяткин А.Ф. О некоторых направлениях развития современного материаловедения // Вестник АН СССР. 1982. № 1. С. 47-56.

46. Крапошин B.C. Обработка поверхности металлических материалов лазерным излучением // Поверхность. Физика, химия, механика. 1982. № 3. С. 1-12.

47. Белый А.В., Макушок Е.М., Поболь И.Л. Поверхностная упрочняющая обработка с применением концентрированных потоков энергии / Под ред. В.И. Беляева. Минск: Навука i тэхника, 1990. - 179 с.

48. Ротштейн В.П. Модификация структуры и свойств металлических материалов интенсивными электронными пучками: Автореф. .дис. д-ра физ.-мат. наук. Томск: ИСЭ СО РАН, 1995.-30 с.

49. Влияние облучения мощным электронным пучком на топографию поверхности и физико-химическое состояние поверхностного слоя жаропрочных сплавов / Ягодкин Ю.Д., Пастухов К.М., Кузнецов С.И. и др. // Физика и химия обработки материалов. 1995. №5. С. 111-119.

50. Modification of titanium alloy parts properties by intensive electron beams / Shulov V.A., Nochovnaya N.A., Proskurovski D.I. et al. // Proc. of 11th Int. Conf. High Power Particle Beams (BEAMS-96). Prague. 1996. Vol. 2. P. 826-830.

51. Обработка изделий из титановых сплавов низкоэнергетическими электронными пучками микросекундной длительности / Ночовная Н.А., Назаров Д.С., Проскуровский Д.И., Ротштейн В.П. // Физика и химия обработки материалов. 1998. № 1. С. 27-33.

52. Гнюсов С.Ф., Иванов Ю.Ф. Модификация структуры и механических свойств твердого сплава сильноточным электронным пучком // Известия РАН: Металлы. 1998. № 5. С. 95-99.

53. Гнюсов С.Ф., Иванов Ю.Ф., Ротштейн В.П. Поверхностная и объемная модификация марганцовистой стали сильноточным низкоэнергетическим электронным пучком // Физика и химия обработки материалов. 2003. № 1. С. 16-21,

54. Pulsed electron beam facility (GESA) for surface treatment of materials / Engelko V., Yatsenko В., Mueller G., Bluhm H. // Vacuum. 2001. Vol. 62. P. 211-216.

55. Results of steel corrosion tests in flowing liquid Pb/Bi at 420-600 °C after 2000 h / Muller G., Heinzel A., Konys J. et al. //J. of Nucl. Mater. 2002. Vol. 301. P. 40-46.

56. Белов А.Б. Разработка технологии модификации поверхности лопаток КВД из жаропрочных а+р-титановых сплавов с применением сильноточных импульсных электронных пучков: Автореф. .дис. канд. техн. наук. М.: ОАО ММП им. В.В. Чернышева, 2005.-24 с.

57. Аморфизация поверхности сплавов при облучении импульсными наносекундными пучками ионов / Асаинов О.Х., Диденко А.Н., Ремнев Г.Е. и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1985. № 1. С. 150-154.

58. Structure Modification and Mechanical Properties of Alloys Exposed to Pulsed Ion Beam / Didenko A.N., Isakov I.F., Remnev G.E. et al. //Nucl. Instr. and Meth. 1986. B.17. P. 165-169.

59. Повышение эксплутационных характеристик сплавов под действием мощных ионных пучков / Ремнев Г.Е., Погребняк А.Д., Исаков И.Ф. и др. // Физика и химия обработки материалов. 1987. № 6. С. 4-11.

60. Модификация структуры приповерхностного слоя вольфрама под действием мощного ионного пучка / Веригин А.А., Крючков Ю.Ю., Погребняк А.Д. и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1988. № 9. С. 106-111.

61. Structural, Physical and Chemical Changes Induced in Metals and Alloys Exposed to High Power Ion Beams / Pogrebnjak A.D., Remnev G.E., Kurakin I.B., Ligachev A.E. // Nucl. In-strum. and Meth. 1989. B.36. P. 286-305.

62. Ремнев Г.Е., Погребняк А.Д. Применение мощных ионных пучков для технологических целей // Новости науки и техники. Серия: Новые материалы, технология их производства и обработки. М.: ВИНИТИ, 1990. Вып. 2. - 30 с.

63. Remnev G.E., Shulov V.A. Applications of high-power ion beams for technology // Laser and Particle Beams. 1993. Vol. 11. No. 4. P. 707-731.

64. Исследование структуры a-Fe, модифицированной в результате воздействия мощного ионного пучка / Погребняк А.Д. Шаркеев Ю.П., Махмудов Н.А. и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1993. № 1. С. 93-102.

65. Ремнев Г.Е. Получение мощных ионных пучков для технологических целей: Автореф. дис. д-ра техн. наук. Томск: НИИЯФ ТПУ. 1994. - 67 с.

66. Исследование состояния поверхности обработанных мощным ионным пучком лопаток компрессора ГТД из сплава ВТ9 после эксплуатационных испытаний на технологическом двигателе / Напольнов А.Н., Львов А.Ф., Шулов В.А. и др. // Титан. 1995. № 1-2. С.30-34.

67. Фазово-структурное состояние поверхностного слоя металлических мишеней при воздействии мощных ионных пучков / Коротаев А.Д., Тюменцев А.Н., Почивалов Ю.И. и др. // Физика металлов и металловедение. 1996. Т. 81. Вып. 5. С. 118-127.

68. Обработка титанового сплава ВТ8М мощными ионными пучками наносекундной длительности / Шулов В.А., Ночовная Н.А., Ремнев Г.Е. и др. // Физика и химия обработки материалов. 1997. № 4. С. 5-12.

69. Дефектная субструктура в металлах на различной глубине от поверхности воздействия мощных ионных пучков / Коротаев А.Д., Тюменцев А.Н., Почивалов Ю.И. и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 1998. №1. С. 108-117.

70. Овчинников С.В. Фазово-структурные превращения в сплавах на основе никеля и молибдена при воздействии мощных ионных пучков / Автореф. .дис. канд. наук. -Томск: СФТИ ТГУ, 1999. 22 с.

71. Модификация твердых сплавов мощными ионными пучками и послерадиационной термической обработкой / Калистратова Н.П., Полещенко К.Н., Геринг Г.И. и др. // Физика и химия обработки материалов. 1999. № 1. С. 10-14.

72. Изменение трибологических свойств металлокерамических твердых сплавов ионно-плазменной и ионно-лучевой обработкой / Полещенко К.Н., Поворознюк С.Н., Бабой А.О., Иванов Ю.Ф. // Физика и химия обработки материалов. 2002. № 2. С. 5-8.

73. Кинетика испарения и абляции при облучении мощными ионными пучками изделий из жаропрочных сплавов с защитными покрытиями / Шулов В.А., Ночовная Н.А., Ремнев Г.Е., Львов А.Ф. // Физика и химия обработки материалов. 2003. № 1. С. 22-28.

74. Использование импульсных потоков плазмы для антикоррозионной обработки поверхности металлов / Томашов Н.Д., Скворцова И.Б., Алексеев В.А. и др. // Защита металлов. 1988. Т. 24. № 5. С. 395-400.

75. Ионное распыление стали Х18Н10Т после плазменной обработки / Гордеева Г.В., Гусева М.И., Ионова Е.С. и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1989. № 8. С. 154-157.

76. Влияние облучения импульсными потоками плазмы на механические свойства аусте-нитных нержавеющих сталей Х16Н15МЗБ и Х18Н10Т. Препринт ХФТИ 89-64 / Зеленский В.Ф., Неклюдов И.М., Воеводин В.Н. и др. Харьков: ХФТИ, 1989. 12 с.

77. Радиационная повреждаемость и модификация материалов при воздействии импульсных потоков плазмы / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. и др. // Физика и химия обработки материалов. 1991. № 2. С. 20-30.

78. Модификация структуры и механических свойств материалов при обработке импульсными потоками плазмы / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. и др. // Там же. С. 108-112.

79. Изменение структуры армко-железа при импульсной азотно-плазменной обработке / Волошин М.Н., Гасин Д.А., Кораблева И.Р. и др. // Физика и химия обработки материалов. 1993.№ i.e. 67-70.

80. Особенности упрочнения стали У8 с помощью импульсно-плазменной обработки / Волошин М.Н., Гасин Д.А., Кораблева И.Р., Скляренко Н.Н. // Физика и химия обработки материалов. 1994. № 1. С. 16-20.

81. Поверхностное легирование металлов с использованием потоков высокотемпературной плазмы / Якушин В.Л., Калин Б.А., Польский В.И. и др. // Известия РАН: Металлы. 1994. №6. С. 74-82.

82. Use of high temperature pulsed plasma fluxes in modification of metal materials / Kalin B.A., Yakushin V.L., Vasiliev V.I., Tserevitinov S.S. // Surface Coatings and Technology. 1997. Vol. 96. No. l.P. 110-116.

83. Characteristics of modified surface layers on steel samples processed by pulsed plasma streams / Garcusha I.E., Bandura A.N., Bovda A.M. et al. // In: 24. P. 299-302.

84. Изменение микротвердости ванадия и его сплавов под действием облучения потоками водородной плазмы / Апарина Н.П., Боровицкая И.В., Васильев В.И. и др. // Металлы. 2000. №5. С. 108-111.

85. Модификация поверхностного слоя титановых сплавов импульсно-плазменной обработкой / Погребняк А.Д., Соколов С.В., Базыль Е.А. и др. // Физика и химия обработки материалов. 2001. № 4. С. 49-55.

86. Модификация структуры и свойств поверхностных слоев углеродистых сталей при воздействии компрессионного плазменного потока / Углов В.В., Анищик В.М., Аста-шинский В.В. и др. // Физика и химия обработки материалов. 2002. № 3. С. 23-28.

87. Dense plasma interaction with materials / Edit, by Ulo Ugaste. Tallin, 2003. B2. - 96 p.

88. Interaction of pulsed streams of deuterium plasma with aluminium alloy in a plasma focus device. II. Investigation of irradiated material / Pimenov V.N., Maslyaev S.A., Ivanov L.I. et al. // In: 95. P. 40-50.

89. Модификация твердого сплава BK6 компрессионными плазменными потоками / Углов

90. B.В., Анищик В.М., Черенда Н.Н., Понарядов В.В. // Труды XIV межд. совещ. «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь, 2004). М.: НИИ ПМТ МГИЭМ (ТУ). 2004. С. 602-606.

91. Изменение микроструктуры и механических свойств железа в результате воздействия компрессионного плазменного потока / Углов В.В., Анищик В.М., Асташинский В.В. и др. // Физика и химия обработки материалов. 2004. № 4. С. 37-42.

92. Поверхностная обработка инструментальных сталей плазменными потоками квазистационарного ускорителя / Углов В.В., Анищик В.М., Стальмошенок Е.К. и др. // Физика и химия обработки материалов. 2004. № 5. С. 44-49.

93. Якушин В. Л. Поверхностное упрочнение углеродистых и низколегированных сталей потоками высокотемпературной импульсной плазмы // Технология машиностроения. 2004. № 5. С. 38-43.

94. Якушин B.JI. Модифицирование углеродистых и низколегированных сталей потоками высокотемпературной импульсной плазмы // Металлы. 2005. № 2. С. 12-24.

95. Структурно-фазовое состояние системы титан-сталь, облученной компрессионным плазменным потоком азота / Углов В.В., Анищик В.М., Черенда Н.Н. и др. // Физика и химия обработки материалов. 2005. № 2. С. 36-41.

96. Структура и состав покрытий, сформированных при обработке материалов компрессионными плазменными потоками / Углов В.В., Черенда Н.Н., Анищик В.М. и др. // Физика и химия обработки материалов. 2005. № 4. С. 28-32.

97. Кратерообразование на поверхности материалов при мощном импульсном воздействии / Ремнев Г.Е., Русин Ю.Г., Плотников С.В., Погребняк А.Д. // Труды 2-ой межд. конф. по электронно-лучевым технологиям (ЭЛТ-88). Болгария. Варна. 1988.1. C. 629-634.

98. Шулов В.А., Ремнев Г.Е., Ночовная Н.А. Явление кратерообразования при взаимодействии мощных ионных пучков с поверхностью металлов и сплавов: Общая характеристика // Поверхность. Физика, химия, механика. 1993. № 12. С. 110-121.

99. Шулов В.А., Ремнев Г.Е., Ночовная Н.А. Явление кратерообразования при взаимодействии мощных ионных пучков с поверхностью металлов и сплавов: Влияние предварительной обработки // Поверхность. Физика, химия, механика. 1995. № 6. С. 12-22.

100. Геринг Г.И., Ковивчак B.C., Панова Т.К. Особенности структурно-фазового состояния поверхности титановых сплавов под действием мощного ионного пучка // Поверхность. Физика, химия, механика. 1995. № 12. С. 68-72.

101. Влияние кратерообразования на усталостную прочность и коррозионную стойкость жаропрочных материалов, облученных мощным ионным пучком / Шулов В.А., Ночовная Н.А., Ремнев Г.Е., Львов А.Ф. // Физика и химия обработки материалов. 2001. № 4. С. 40-45.

102. Влияние облучения мощным электронным пучком на состояние поверхностного слоя жаропрочных сплавов / Ягодкин Ю.Д., Пастухов К.М., Миляева Е.В. и др. // В кн.: 51. С. 183-185.

103. Application of high power pulsed electron and ion beams in aircraft engine building // Shulov V.A., Nochovnaya N.A., Remnev G.E., Proskurovski D.I. // Abstracts of 12th Inter. Conf. High Power Particle Beams (BEAMS-98). Haifa. 1998. Vol.1. P. 295.

104. Озур Г.Е., Проскуровский Д.И. Формирование субмикросекундных низкоэнергетических сильноточных электронных пучков в пушке с плазменным катодом // Письма в ЖТФ. 1998. Т. 14, № 5. С. 413-416.

105. Макаров А.Б., Проскуровский Д.И., Ротштейн В.П. Формирование зоны теплового влияния в железе и стали 45 при воздействии низкоэнергетических сильноточных электронных пучков. Препринт № 17. Томский научный центр. СО РАН, 1993. -63 с.

106. Коррозионная стойкость углеродистой стали после воздействия мощных электронных пучков / Лаврентьев В.И., Писаненко А.И., Панарин В.Е. и др. // Металлофизика и новейшие технологии. 1999. Т. 21, № 3. С. 44-48.

107. Gnyusov S.F., Ivanov Yu.F., Rotshtein V.P. Surface and bulk modification of austenite and high-magnesium steel type 110Г13 with low-energy, high-current electron beam // In: 24. P. 240-244.

108. Treatment of metals and alloys with low-energy, high-current electron beams: General characteristics, mechanisms, application / Rotshtein V.P., Proskurovski D.I., Ozur G.E. et al. // Ibid. P. 250-257.

109. Модификация поверхности стали 12X18H10T импульсными потоками плазмы. I. Структурная неоднородность и распределение микротвердости по глубине / Баимбе-тов Ф.Б., Иминова Н.А., Нурбаев К.З. и др. // В кн.: 15. С. 107-108.

110. Ivanov Yu.F., Rotshtein V.P., Markov A.B. Solubility of secondary phases and formation of quenched structures in Fe-based alloys by pulsed electron beam melting // In: 24. P. 58-62.

111. Изменение структуры стали 30ХГНСА и сплава Feg3Bi7 под воздействием импульсной высокотемпературной плазмы / Антадзе Ю.Г., Чанкветадзе Э.А., Шоршоров М.Х. и др.//Вкн.: 15.С. 100-101.

112. Модификация металлической поверхности импульсным потоком плазмы / Гасин Д.А., Жусупкелдиев Ш., Матвиенко В.В., Урюков Б.А. // Там же. С. 121.

113. Compressive plasma flows interaction with steel surface: structure and mechanical properties of modified layer / Anishchik V.M., Uglov V.V., Astashynski V.V. et al. // Vacuum. 2003. Vol. 70. P. 269-274.

114. Structure-phase transformation of high speed steel by various high intensity ion-plasma treatments / Uglov V.V., Anishchik V.M., Astashynski V.V. et al. // Surface and Coatings Technology. 2004. Vol. 180-181. P. 108-112.

115. Трибологические свойства системы титан-сталь, облученной компрессионными плазменными потоками / Углов В.В., Анищик В.М., Черенда Н.Н. и др. // В кн.: 97. С. 280-284.

116. Модификация трибологических свойств быстрорежущей стали компрессионными плазменными потоками / Черенда Н.Н., Углов В.В., Стальмошенок Е.К. и др. // Там же. С. 295-299.

117. Поверхностная обработка материалов импульсным потоком плазмы в устройстве типа Z-пинч / Ляшенко В.Н., Николаенко В.В., Федорова О.В. и др. // Там же. С. 110-111.

118. Обработка ВТИП перспективный способ поверхностного упрочнения деталей для легковых автомобилей / Николаенко В.В., Ляшенко В.Н., Федорова О.В. и др. // В кн.: 15. С. 146-147.

119. Воздействие плазменных и ионных потоков на свойства поверхности ванадия и ванадиевых сплавов / Васильев В.И., Гомозов Л.И., Гусева М.И. и др. // Известия РАН: Металлы. 1994. №5. С. 3-8.

120. Модификация поверхностного слоя титановых сплавов импульсно-плазменной обработкой / Погребняк А.Д., Соколов С.В., Базыль Е.А. и др. // Физика и химия обработки материалов. 2001. № 4. С. 49-55.

121. Ионное распыление стали Х18Н10Т после плазменной обработки / Гордеева Г.В., Гусева М.И., Ионова Е.С. и др. // В кн.: 128. С. 109.

122. Структура железа и сплава 36НХТЮ, облученных интенсивным импульсным электронным пучком наносекундной длительности / Лыков С.В., Попов П.Б., Семенихин

123. A.Н. и др. // Там же. Ч. I. С. 115-117.

124. Формирование упрочненных зон в сталях, облученных интенсивными импульсными электронными пучками / Итин В.И., Кашинская И.С., Лыков С.В. и др. // В кн.: 3. С. 119-123.

125. Влияние облучения ВТИП на свойства деталей из титановых сплавов / Николаенко

126. B.В., Ляшенко В.Н., Федорова О.В., Церевитинов С.С. // Всес. семинар «Взаимодействие импульсных плазменных потоков с веществом» (Алма-Ата, 1989): Тез. докл. Алма-Ата: КазГУ. 1989. С. 21-22.

127. Обработка сталей и сплавов высокотемпературной импульсной плазмой / Лясоцкий И.В., Федоров С.В., Кучерявый Ю.В. и др. // Там же. С.17-18.

128. Обработка серых чугунов высокотемпературной импульсной плазмой / Накорнеева Т.Д., Щербаков Э.Л., Телегина И.А. // В кн.: 15. С. 145.

129. Структурные превращения поверхностей металлов, обработанных импульсной газовой плазмой / Алиханов С.Г., Бахтин В.П., Васильев В.И. и др. // В кн.: 135. С. 26-28.

130. Исследование кристаллической структуры сталей после обработки импульсной плазмой / Васильев В.И., Глушков И.С., Копьев М.И. и др. // Там же. С. 29-31.

131. Влияние плазменной обработки на коррозионно-электрохимичеекое поведение алюминия в хлоридном расплаве / Герасимова J1.A., Озеряная И.Н., Кудяков В.Я., Ляшенко

132. B.Н. // В кн.: 139. С. 28-29.

133. Получение поверхностных микрокристаллических слоев на нержавеющих сталях путем обработки их высокотемпературной импульсной плазмой с целью уменьшения склонности к коррозии / Васильев В.И., Лясоцкий И.В., Мянко В.И. и др. // В кн.: 15.1. C.120.

134. Влияние различных видов плазменной обработки на коррозионную стойкость алюминия в хлоридном расплаве / Герасимова Л.А., Кудяков В.Я., Ляшенко В.Н., Цереви-тинов С.С. //Там же. С. 124-125.

135. Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. Поверхностное борирование как метод подавления химического распыления углеграфитовых материалов // Радиационная физика твердого тела: Тез. докл. II межотрасл. совещ. (Севастополь, 1992). М.: МИЭМ. С.83-84.

136. Распыление борированного графита ионами водорода / Калин Б.А., Приставко М.В., Якушин В.Л. и др. // Атомная энергия. 1992. Т. 73. Вып. 4. С. 285-289.

137. Исследование повреждаемости перспективных материалов ТЯР при воздействии, имитирующем срывы плазмы / Калин Б.А., Якушин В.Л., Шульга А.В. и др. // Радиационная физика твердого тела: Тез. докл. VI межнац. совещ. (Севастополь, 1996). М.: МИЭМ. С. 4.

138. Investigation of fusion reactor candidate materials erosion in plasma disruption simulation experiments / Yakushin V.L., Kalin B.A., Shul'ga A.V. et al. // J. of Nucl. Mater. 1998. Vol. 258-263. P. 1127-1132.

139. Влияние воздействия импульсных потоков дейтериевой плазмы на покрытия с малым атомным номером (Al, Si, Be) / Калин Б.А., Польский В.И., Фомина Е.П., Якушин В.Л., Церевитинов С.С. // В кн.: 128. С. 113-114.

140. Изменение состава и морфологии покрытий с малым атомным номером при воздействии импульсных плазменных потоков / Калин Б.А., Фомина Е.П., Якушин В.Л. и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1990. № 10. С. 128-137.

141. Erosion and microstructure change of materials during disruption-simulation experiments in plasma accelerator / Kalin B.A., Polsky V.I., Yakushin V.L. et al. // J. of Nucl. Mater. 1995. Vol. 220-222. P. 934-938.

142. Эрозия интерметаллидных сплавов на основе TiAl при воздействии, имитирующем ожидаемые срывы плазмы в ТЯР / Калин Б.А., Якушин B.J1., Польский В.И. и др. // Физика и химия обработки материалов. 2005. № 2. С. 49-56.

143. Особенности электродинамического ускорения водородной плазмы до больших (108 см/с) скоростей / Сиднев В.В., Скворцов Ю.В., Соловьева В.Г., Умрихин Н.М. // Физика плазмы. 1984. Т. 10. Вып. 2. С. 392-399.

144. Лебедев А.Д., Урюков Б.А. Импульсные ускорители плазмы высокого давления. -Новосибирск: Институт теплофизики СО АН СССР, 1990. 290 с.

145. Ионный ускоритель ИЛУ на 100 кэВ с сепарацией ионов по массе / Гусев В.М., Бу-шаров Н.П., Нафтулин С.М., Проничев A.M. // Приборы и техника эксперимента. 1969. Т. 4. С. 19-25.

146. Влияние низкоэнергетической ионной имплантации на механические свойства сплавов титана и железа / Вальднер В.О., Квядарас В.П., Ермаков Г.А. и др. // Физика и химия обработки материалов. 1987. № 2. С. 18-24.

147. Черников В.Н., Захаров А.Т., Писарев А.А. Электронно-микроскопическое изучение дефектов в молибдене, облученном ионами D+ с энергией 15 кэВ // Известия АН СССР. Серия: Физическая. 1980. Т. 44. №6. С. 1210-1216.

148. Русаков А.А Рентгенография металлов. М.: Атомиздат, 1977. - 480 с.

149. Эндрюс К., Дай сон Д., Киоун С. Электронограммы и их интерпретация. М.: Мир, 1971.-256 с.

150. Глазов В.М., Вигдорович В.Н. Микротвердость металлов и полупроводников. М.: Металлургия, 1969.-248 с.

151. Метод испытания на растяжение тонких листов и лент: ГОСТ 11701-66. М.: Из-во Стандартов, 1979. - 11 с.

152. Выделение водорода из стали 0Х16Н15МЗБ при нагреве / Залужный А.Г., Скоров Д.М., Жолнин А.Г. и др. // Атомная энергия. 1979. Т. 47. Вып. 2. С. 113-114.

153. Конструкция установки для определения водорода в металлах методом вакуумного нагрева со сниженным фоном водорода / Залужный А.Г., Жолнин А.Г., Копытин В.П. и др.//Заводская лаборатория. 1986. Т. 52. № 1. С. 31-33.

154. Влияние одновременного облучения ионами водорода и гелия на радиационную эрозию поверхности нержавеющей стали 0Х16Н15МЗБ / Баранова Е.К., Бушаров Н.П., Горбатов Е.А. и др. // Атомная энергия. 1983. Т. 55. Вып. 2. С. 115-117.

155. Водородопроницаемость никеля и стали 0Х20Н60Б в процессе ионного облучения / Залужный А.Г., Гусева М.И., Копытин В.П. и др. // Атомная энергия. 1988. Т. 65. Вып. 2. С. 102-106.

156. Залужный А.Г., Копытин В.П., Сторожук О.М. Водородопроницаемость поликристаллического никеля в процессе бомбардировки ионами водорода. Там же. С. 106-109.

157. Залужный А.Г., Копытин В.П., Сторожук О.М. Водородопроницаемость конструкционных материалов при бомбардировке легкими ионами. Препринт 053-89. М.: МИФИ, 1989.-28 с.

158. Структурные повреждения в конструкционных материалах, облученных потоками плазмы / Калин Б.А., Польский В.И., Шишкин Г.Н., Якушин В.Л. и др. // В кн.: 135. С. 45-47.

159. Изменение структуры металлов при воздействии импульсных концентрированных потоков энергии / Калин Б.А., Польский В.И., Шишкин Г.Н., Якушин В.Л. и др. // Радиационная стойкость материалов атомной техники. М.: Энергоатомиздат. 1989. С. 50-61.

160. Изменение структуры и механических свойств конструкционных материалов, модифицированных импульсными потоками плазмы / Калин Б.А., Польский В.И., Шишкин

161. Г.Н., Якушин В.Л. // Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела: Тез. докл. Всес. симпозиума (Ташкент, 1989). Ташкент: ФАН. 1989. С. 169-170.

162. Изменение микроструктуры металлических материалов при воздействии потоков высокотемпературной импульсной плазмы / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. и др. // Проблемы физического материаловедения: Сб. научных трудов. М.: МИФИ. 1991. С. 15-31.

163. Радиационная повреждаемость и модификация материалов при воздействии импульсных потоков плазмы / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. и др. // Физика и химия обработки материалов. 1991. № 2. С. 20-30.

164. Калин Б.А., Якушин В.Л., Польский В.И. Модификация металлических материалов при обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы // В кн.: 150. С. 81-82.

165. Использование потоков импульсной плазмы в технологии модификации металлических материалов / Калин Б.А., Якушин В.Л., Васильев В.И., Церевитинов С.С. // В кн.: 51. С. 242.

166. Investigation of vanadium alloys in CTR plasma disruption simulation experiments / Yakushin V.L., Kalin B.A., Kraskovskaya N.V. et al. // J. of Nucl. Mater. 1996. Vol. 233-237. P. 390-394.

167. Калин Б.А., Якушин В.Л. Технология модификации металлических материалов // Изобретатели машиностроению. 1997. № 2. С. 7-8.

168. Калин Б.А., Нестеров В.И., Якушин В.Л. Исследование стали ЭП-450, облученной потоками импульсной плазмы, методом ядерной гамма-резонансной спектроскопии // Там же. С. 162-164.

169. Modification of metal materials by pulsed plasma fluxes irradiation / Yakushin V.L., Kalin B.A., Vasiliev V.I., Tserevitinov S.S. // ВАНТ. Серия: Физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 1997. Вып. 1(65), 2(66). С. 177-189.

170. Модификация сталей при обработке потоками импульсной азотной плазмы / Якушин В.Л., Калин Б.А., Ледников С.В. и др. // Научная сессия МИФИ-99: Сб. научных трудов. М.: МИФИ. 1999. Т. 5. С. 25-26.

171. Modification of Carbon- and Low-Alloyed Steels by High Temperature Pulsed Plasma Fluxes / Yakushin V.L., Kalin B.A., Skrytnyi V.I., Bulanov I.A. // In: 24. P. 295-298.

172. Якушин B.JI., Калин Б.А. Модифицирование структурно-фазового состояния сталей при обработке потоками высокотемпературной импульсной плазмы // Научная сессия МИФИ-2003: Сб. научных трудов. М.: МИФИ. 2003. Т. 9. С. 60-63.

173. Влияние обработки потоками импульсной плазмы на коррозионную стойкость стали ЭП823 в жидком свинце / Якушин B.JI., Калин Б.А., Польский В.И и др. // В кн.: 119. С. 306-311.

174. Фазовое превращение а-»р->а и двойникование в a-Zr при ионно-плазменной обработке сплава Zr-1% Nb / Перлович Ю.А., Исаенкова М.Г., Фесенко В.А., Грехов М.М., Калин Б.А., Якушин В.Л. // Там же. С. 97-98.

175. Самойлова Е.В., Якушин В.Л. Влияние состава потоков импульсной плазмы на модифицирование низколегированных сталей // В кн.: 97. С. 338-343.

176. Якушин В.Л. Поверхностное упрочнение углеродистых и низколегированных сталей потоками высокотемпературной импульсной плазмы // Технология машиностроения. 2004. № 5. С. 38-43.

177. Якушин В.Л. Модифицирование углеродистых и низколегированных сталей потоками высокотемпературной импульсной плазмы // Металлы. 2005. № 2. С. 12-24.

178. Yakushin V.L. Modification of Carbon and Low-Alloy Steels by High-Temperature Pulsed Plasma Fluxes // Russian Metallurgy (Metally). Vol. 2005. No. 2. P. 104-114.

179. Якушин В.Л. Модифицирование металлических материалов и изделий потоками высокотемпературной импульсной плазмы // В кн.: 126. С. 304-310.

180. Самойлова Е.В., Якушин В.Л. Влияние состава потоков высокотемпературной импульсной плазмы на структурно-фазовое состояние, поверхностное упрочнение и коррозионную стойкость сталей // Металлы. 2005. № 4. С. 88-94.

181. Samoilova E.V., Yakushin V.L. Effect of the Composition of a High-Temperature Pulsed Plasma Streams on the Structure, Surface Hardening, and Corrosion Resistance of Steels // Russian Metallurgy (Metally). Vol. 2005. No. 4. P. 361-366.

182. Боли В., Уэйнер Дж. Теория температурных напряжений. М.: Мир, 1964. - 517с.

183. Динамика взаимодействия сверхзвукового плазменного потока с твердотельной мишенью / Архипов Н.И., Житлухин A.M., Сафронов В.И. и др. // Плазменные ускорители и ионные инжекторы: Тез. докл. Днепропетровск: ДГУ. 1986. С. 146-147.

184. Взаимодействие плазменных потоков с металлами / Конкашбаев И.К., Пляшкевич Л.Н., Рыльцева Т.В., Струнников В.М. // В кн.: 128. С. 90-91; В кн.: [136]. С. 111-113.

185. Гладуш Г.Г., Тимашев А.Н. Расчет столкновения плазменных сгустков с плоской мишенью // В кн.: 128. С. 92-93.

186. Гладуш Г.Г., Тимашев А.Н. Расчет динамики столкновения импульсных плазменных сгустков с твердотельной мишенью // В кн.: 136. Ч. II. С. 12-14.

187. Thermal Stresses and Twinning in Thin Copper Samples Irradiated with a High-Current Electron Beam / Bardenshtein A.L., Bushnev L.S., Dudarev E.F. et al. // In: 24. P. 43-47.

188. Лариков Л.Н., Юрченко Ю.Ф. Структура и свойства металлов и сплавов: Справочник. Тепловые свойства металлов и сплавов. Киев: Наукова думка, 1985. - 438 с.

189. Арцимович Л.А. Управляемые термоядерные реакции. М.: Из-во физико-математической литературы, 1961.-468 с.

190. Модифицирование циркониевых сплавов 3110 и Э635 потоками импульсной плазмы / Якушин B.JL, Калин Б.А., Гурский Р.Л. и др. // Научная сессия МИФИ-2002: Сб. научных трудов. М.: МИФИ. 2002. Т. 9. С. 56-57.

191. Образование упорядоченных структур в поверхностном слое металла, облученного импульсными плазменными потоками / Калин Б.А., Польский В.И., Шишкин Г.Н., Якушин В.Л., Церевитинов С.С. // В кн.: 136. Ч. И. С. 92-94.

192. Модификация структуры и механических свойств материалов при воздействии импульсных потоков плазмы / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. и др. // В кн.: 139. С. 26-27.

193. Пикеринг Ф.Б, Физическое металловедение и разработка сталей. М.: Металлургия, 1982.- 182 с.

194. Химушин Ф.Ф. Жаропрочные стали и сплавы. М.: Металлургия, 1969. - 360 с.

195. Состав газа в блистерах, образующихся при воздействии водородной и дейтериевой плазмы на аустенитные стали / Жолнин А.Г., Залужный А.Г., Калин Б.А., Польский

196. B.И. // Атомная энергия. 1986. Т. 60. Вып. 6. С. 360-361.

197. Паршин A.M. Структура, прочность и пластичность нержавеющих и жаропрочных сталей и сплавов, применяемых в судостроении. Л.: Судостроение, 1972. - 250 с.

198. Образование упорядоченных структур на поверхности металла, облученного плазменными сгустками / Девятко Ю.Н., Калин Б.А., Месяц Г.А. и др. // Доклады Академии Наук СССР. 1989. Т. 309. № б. С.1371-1373.

199. Якушин В.Л. Механизмы образования упорядоченных структур в металлических материалах, обработанных потоками импульсной плазмы // Труды XVI межд. совещ. «Радиационная физика твердого тела» (Севастополь, 2006). М.: ГНУ «НИИ ПМТ». 2006.1. C. 9-19.

200. Чалмерс Б. Теория затвердевания. М.: Металлургия, 1968. - 288 с.

201. Тиллер У.А. Затвердевание // Физическое металловедение. Вып. 2. Под ред. Р. Канна. -М.: Мир, 1968. С. 155-226.

202. Флеминге М. Процессы затвердевания. М.: Мир, 1977. - 423 с.

203. Физическое металловедение: В 3-х томах. Под ред. Р.У. Канна, П.Т. Хаазена. Т. 2: Фазовые превращения в металлах и сплавах с особыми физическими свойствами. М.: Металлургия, 1987. - 624 с.

204. Углов А.А., Смуров И.Ю., Гуськов А.К. О расчете плавления металлов концентрированным потоком энергии // Физика и химия обработки материалов. 1985. № 3. С. 3-8.

205. Ершова Т.П., Каменецкая Д.С., Ильина Л.П. Расчет T-P-N диаграммы состояния системы Ni-C до давления 100 кбар // Известия АН СССР: Металлы. 1981. № 4. С. 201-210.

206. Судзуки Т., Есинага X., Такеути С. Динамика дислокаций и пластичность. М.: Мир, 1989.-296 с.

207. Schiller С., Walgraef D. Numerical simulation of persistent slip band formation // Acta Met. 1988. Vol. 36. No. 3. P. 563-574.

208. Малыгин Г.А. Кинетический механизм образования периодических дислокационных структур // Физика твердого тела. 1989. Т. 31. Вып. 1. С. 175-180.

209. Хакен Г. Синергетика. М. 1980. - 406 с.

210. Малыгин Г.А. Самоорганизация дислокаций и локализация скольжения в пластически деформируемых кристаллах: Обзор // Физика твердого тела. 1995. № 1. С. 3-42.

211. Малыгин Г.А. Коэффициент диффузии дислокаций механизмом двойного поперечного скольжения// Физика твердого тела. 1988. Т. 30. Вып. 10. С. 3174-3177.

212. Малыгин Г.А. Эволюция параметров ячеистых дислокационных структур с деформацией в металлах // Физика металлов и металловедение. 1990. № 5. С. 22-30.

213. Prinz F., Argon A.S. Dislocation cell formation during plastic deformation of copper single crystals // Phys. Stat. Sol. (a). 1980. Vol. 57. No. 2. P. 741-753.

214. Рубцов A.C., Рыбин B.B. Структурные особенности пластической деформации на стадии локализации течения // Физика металлов и металловедение. 1977. Т. 44. Вып. 3. С. 611-622.

215. Миркин Л.И. Рентгеноструктурный контроль машиностроительных материалов: Справочник. М.: Машиностроение, 1979. - 134 с.

216. Perlovich Yu., Struev S., Kapliy S. A new precise X-ray method for building of inverse pole figures// Tenth Intern. Conf. on Textures of Materials: Abstracts. Technische Universitat Clausthal. Deutsche Gesellschaft fur Materialkunde. 1993. P. 137.

217. Вассерман Г., Гревен И. Текстуры металлических материалов. М.: Металлургия, 1969.-655 с.

218. Упрочнение никеля и нержавеющих сталей при воздействии импульсных плазменных потоков / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. и др. // В кн.: 128. С. 104.

219. Повышение устойчивости материалов первой стенки термоядерного реактора под воздействием импульсных потоков плазмы / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л., Церевитинов С.С. // В кн.: 136. Ч. III. С. 53-55.

220. Модификация структуры и механических свойств материалов при обработке импульсными потоками плазмы / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. и др. // ВАНТ. Серия: Физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 1991. Вып. 1(55). С. 108-112.

221. Поверхностное легирование металлов с использованием потоков высокотемпературной плазмы / Якушин В.Л., Калин Б.А., Польский В.И. и др. // Известия РАН: Металлы. 1994. №6. С. 74-82.

222. Криштал М.А., Жуков А.А., Кокора А.Н. Структура и свойства сплавов, обработанных излучением лазера. М.: Металлургия, 1973. - 192 с.

223. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных металлических материалах / Диденко А.Н., Шаркеев Ю.П., Козлов Э.В., Рябчиков А.И. Томск: Изд-во НТЛ, 2004. -328 с.

224. Панин В.Е. Синергетические принципы физической мезомеханики // Физическая ме-зомеханика. 2000. Т. 3. № 6. С. 5-36.

225. Панин В.Е., Панин А.В. Эффект поверхностного слоя в деформируемом твердом теле // Физическая мезомеханика. 2000. Т. 8. № 5. С. 7-15.

226. Tabor D. The hardness of metals. London: Clarendon Press, 1951. - 175 p.

227. Gilman J. Hardness a strength microprobe // The Science of Hardness Testing and its Research Applications. Amer. Soc. of Metals. Park. Ohio. 1973. P. 51-54.

228. Физические величины: Справочник / Бабичев А.П., Бабушкина Н.А., Братковский A.M. и др. Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. -1232 с.

229. Панин В.Е., Деревягина Л.С., Валиев Р.З. Механизм локализованной деформации субмикрокристаллической меди при растяжении // Физическая мезомеханика. 1999. Т. 2. № 1-2. С. 89-95.

230. Механизмы локализованного сдвига на мезоуровне при растяжении ультрамелкозернистой меди / Тюшенцев А.Н., Панин В.Е., Деревягина Л.С., Валиев Р.З. // Физическая мезомеханика. 1999. Т. 2, № 6. С. 115-123.

231. Деформационное поведение и механические свойства ультрамелкозернистого титана, полученного методом равноканального углового прессования / Дударев Е.Ф., Грабо-вецкая Г.П., Колобов Ю.Р. и др. // Металлы. 2004. № 1. С. 87-95.

232. Конева Н.А., Козлов Э.В. Физическая природа стадийности пластической деформации // Структурные уровни пластической деформации и разрушения. Под ред. В.Е. Панина. Новосибирск: Наука, 1990. С. 123-185.

233. Панин В.Е., Слосман А.И., Колесова Н.А. Закономерности пластической деформации и разрушение на мезоуровне поверхностно-упрочненных образцов при статическом разрушении // Физика металлов и металловедение. 1996. Т. 82. Вып. 2. С. 129-136.

234. Успенская Г.В., Генкин М.В., Тетельбаум Д.И. Изменение межплоскостных расстояний в глубоких слоях кремния при бомбардировке ионами средних энергий // Кристаллография. 1973. Т. 18. Вып. 2. С. 363-366.

235. Структурные превращения при бомбардировке железа, никеля и молибдена ионами Ar+, N+ и С+ / Павлов П.В., Тетельбаум Д.И., Павлов А.П., Зорин Е.И. // Доклады АН СССР. 1974. Т. 217. №2. С. 330-332.

236. Рентгенографическое исследование структурных изменений в молибдене, облученном ионами гелия / Калин Б.А., Перлович Ю.А., Скоров Д.М., Фесенко В.А., Якушин В.Л. и др. // Поверхность. Физика, химия, механика. 1984. № 3. С. 140-147.

237. Возбуждение волн плазменным потоком на расплавленной поверхности металла / Бахтин В.П., Васильев В.И., Гребенщиков Ю.Б. и др. // В кн.: 128. С. 96-97; В кн.: [136]. С. 108-110.

238. Мартыненко Ю.В., Московкин П.Г. Об эрозии стенок токамака при срывах плазмы // ВАНТ: Термоядерный синтез. 1991. Вып. 4. С. 17-19.

239. Рыкалин Н.Н., Углов А.А., Анищенко Л.М. Высокотемпературные технологические процессы: Теплофизические основы. М.: Наука, 1985. - 214 с.

240. Тепловые процессы при обработке поверхности металлов сильноточными наносе-кундными пучками ионов / Асаинов О.Х., Кривобоков В.П., Лигачев А.Е., Сапульская Г.А. // Физика и химия обработки материалов. 1987. № 2. С.53-59.

241. Массоперенос легирующих примесей при облучении металлов лазерным импульсом с немонотонным распределением энергии в луче / Углов А.А., Смуров И.Ю., Тагиров К.И., Гуськов А.Г.//Металлы. 1991. №2. С. 187-193.

242. Application of pulsed electron beams for improvement of material surface properties / Mueller G., Bluhm H., Heinzel A. et al. // In: 194. P. 328-331.

243. Коррозионная стойкость сталей в тяжелых жидкометаллических теплоносителях: состояние и перспективы / Русанов А.Е., Скворцов Н.С., Литвинов В.В., Левин О.Э. // Материалы второй Рос. конф. «Материалы ядерной техники» (МАЯТ-2). М.: ВНИИНМ. 2005. С. 87.

244. Особенности модификации системы «пленка-подложка» мощным ионным пучком/ Ковивчак B.C., Попов Е.В., Панова Т.К., Бурлаков Р.Б. // In: 194. Р. 380-383.

245. Воздействие мощного протон-углеродного пучка на систему «металлическая пленка-диэлектрическая подложка» / Ковивчак B.C., Попов Е.В., Панова Т.К., Бурлаков Р.Б. // Физика и химия обработки материалов. 2003. № 2. С. 31-33.

246. Григорович В.К. Электронное строение и термодинамика сплавов железа. М.: Наука, 1970. -292 с.

247. Kalin В.A., Yakushin V.L., Volkov N.V. Modification of the fuel cladding materials surface by pulsed plasma fluxes and ion mixing // Annual Meeting on Nuclear Technology' 98 (Munich, Germany, 1998). INFORUM Verlags. 1998. P. 753-754.

248. Влияние предварительной обработки импульсными плазменными потоками на распыление при ионном облучении / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин B.JL, Церевити-нов С.С. // В кн.: 136. Ч. 1. С. 100-102.

249. Радиационная эрозия материалов, модифицированных плазменной обработкой / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин B.J1. и др. // ВАНТ. Серия: Физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 1991. Вып. 1(55). С. 113-116.

250. Эрозионная стойкость материалов, предварительно обработанных импульсными плазменными потоками / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин B.JL, Церевитинов С.С. // В кн.: 139. С. 8-9.

251. Калин Б.А., Польский В.И., Якушин B.JL Способ защиты рабочих поверхностей первой стенки термоядерного реактора. А.с. (СССР). № 1526479, приоритет от 17.02.1988 г.

252. Эрозия никеля марки НГОЭви при последовательном облучении ионами гелия и импульсными потоками плазмы / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин B.JL и др. // В кн.: 15. С. 127-128.

253. Влияние имплантированного гелия на стойкость никеля при имитации срыва плазмы термоядерного реактора / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин B.JL и др. // Атомная энергия. 1992. Т. 72. Вып. 6. С. 565-570.

254. Калин Б.А., Якушин B.JL, Волков Н.В. Исследование радиационной эрозии конструкционных материалов ТЯР // Физика металлов и металловедение. 1996. Т. 81. Вып. 6. С. 158-162.

255. Miiller G., Schumacher G., Zimmermann F. Investigation on oxygen controlled liquid corrosion of surface treated steels // J. ofNucl. Mater. 2000. Vol. 278. P. 85-89.

256. Кравцов Д.В., Кохтев C.A., Мещеринова И.А. Влияние легирования феррито-мартенситных сталей на их коррозионную стойкость в жидком свинце // ВАНТ. Серия: Физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 2004. № 3 (85). С. 23-25.

257. Влияние плазменной обработки на коррозию аустенитной стали ЧС-68 при взаимодействии с имитаторами продуктов деления / Калин Б.А., Кохтев С.А., Якушин B.JL,

258. Чернышев К.Б. // Четвертая межотраслевая конф. по реакторному материаловедению: Тез. докл. (Димитровград, 1995). Димитровград: ГНЦ НИИАР. 1995. С. 133.

259. Aitken Е.А., Evans S.K., Rubin B.F. Out-of- pile investigations of fission product-cladding reactions in fast reactor fuel pins // Report NEDO-12321. Publ. General Electric. Vallecitos. 1972. -17p.

260. Разработка перспективных конструкционных материалов для АЭС / Солонин М.И., Бибилашвили Ю.К., Иолтуховский А.Г. и др. // ВАНТ. Серия: Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 1999. Вып. 3(75). С. 3-26.

261. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов: Кн. 1 / Решетников Ф.Г., Бибилашвили Ю.К., Головнин И.С. и др. М.: Энергоатомиздат, 1995. С. 126-178.

262. Томашов Н.Д., Чернова Г.П. Теория коррозии и коррозионно-стойкие конструкционные сплавы. -М.: Металлургия, 1993.-416 с.

263. Калин Б.А., Скоров Д.М., Якушин В.Л. Способ защиты узлов разрядной камеры термоядерного реактора. А.с. (СССР). № 1083815, приоритет от 13 ноября 1981 г.

264. Гусева М.И., Мартыненко Ю.В. Радиационный блистеринг // Успехи физических наук. 1981 Т. 135. Вып. 4. С. 671-691.

265. Влияние макрорельефа на распыление ниобия, сплава ВН-2АЭ и нержавеющей стали Х18Н10Т в гелиевом тлеющем разряде / Калин Б.А., Кирилин Н.М., Скоров Д.М., Якушин В.Л. // Взаимодействие атомных частиц с твердым телом. Харьков: ХГУ. 1976. Ч. 1.С. 120-123.

266. Калин Б.А., Скоров Д.М., Якушин В.Л. Разрядная камера термоядерного реактора. А.с. (СССР). №658991.

267. Wehner G.K. Whiskers, cones and pyramids created in sputtering by ion bombardment // NASA. CR-159549. 1979.-45 p.

268. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Пер. с англ. / Под ред. Р. Бериша. -М.: Мир, 1986.-488 с.

269. Состояние и проблемы исследований конструкционных материалов первой стенки ТЯР с магнитным удержанием плазмы / Альтовский И.В., Орлов В.В., Банных О.А. и др.//Вкн.: 37. С. 136-149.

270. Design and material selection for ITER first wall / blanket, divertor and vacuum vessel / Ioki K., Barabash V., Cardella A. et al. // J. of Nucl. Mater. 1998. Vol. 258-263. P. 74-84.

271. Tavassoli A.A.F. Materials design data for fusion reactors // Ibid. P. 85-96.

272. Assessment and selection of materials for ITER in-vessel components / Kalinin G., Barabash V., Cardella A. et al. // J. of Nucl. Mater. 2000. Vol. 283-287. P. 10-19.

273. Ehrlich K., Bloom E.E., Kondo T. International strategy for fusion materials development // Ibid. P. 79-88.

274. ITER status, design and material objectives / Aymar R. and International Team // J. of Nucl. Mater. 2002. Vol. 307-311. P. 1-9.

275. Материаловедческие проблемы создания приемного диверторного устройства реактора ОТР/ИТЭР / Барабаш В.Р., Мазуль И.В., Саксаганский Г.Л. и др. // ВАНТ. Серия: Физика радиац. повреждений и радиац. материаловедение. 1991. Вып. 1 (55). С. 34-42.

276. Исследование физико-химических, механических и вакуумных свойств углеситалла и эрозии его поверхности при бомбардировке ионами водорода и гелия / Виргильев Ю.С., Волков Г.М., Гусев В.М. и др. Препринт ИАЭ-3248/8. М.: ИАЭ, 1980.-24 с.

277. Selection, development and characterisation of plasma facing materials for ITER / Barabash V., Akiba M., Muzul I. et al. // J. of Nucl. Mater. 1996. Vol. 233-237. P. 718-723.

278. Erosion of CFCs and W at high temperature under high heat loads / Nakamura K. et al. // J. of Nucl. Mater. 1994. Vol. 212-215. P. 1201-1205.

279. Measurements of chemical sputtering of various types of carbon / Yamada R., Nakamura K., Sone K., Saidon M. //J. of Nucl. Mater. 1980. Vol. 95. P. 278-284.

280. Взаимодействие дейтериевой плазмы с поверхностью углеродных материалов в условиях работы газового дивертора / Гусева М.И., Гуреев В.М., Данелян J1.C. и др. // ВАНТ: Термоядерный синтез. 2002. Вып 3-4. С. 46-54.

281. VaPen R., Kaiser A., Stover D. Potential of nanocrystalline low-Z materials for plasma facing structural applications in fusion reactors // J. of Nucl. Mater. 1996. Vol. 233-237. P. 708-712.

282. Erosion of newly developed CFCs and Be under disruption heat loads / Nakamura K., Akiba M., Araki M. et al. // Ibid. P. 730-735.

283. Effects of Mn and Si additions on microstructural development in TiAl intermetallic compounds irradiated with He-ions / Okado O., Nakata K., Fukai K. et al. // J. of Nucl. Mater. 1998. Vol. 258-263. P. 1750-1755.

284. An evaluation of potential material-coolant compatibility for applications in advanced fusion reactor / Kondo Т., Watanabe Y., Yi Y.S., Hishinuma A. // Ibid. P. 2083-2087.

285. Альтернативные подходы при выборе материалов первой стенки реактора ДЕМО / Калин Б.А., Якушин В.Л., Волков Н.В. и др. // ВАНТ. Серия: Термоядерный синтез. 2002. Вып. 3-4. С. 39-46.

286. Механические свойства литых сплавов y-TiAl / Банных О.А., Поварова К.Б., Браславс-кая Г.С. и др. // Металловедение и термическая обработка материалов. 1996. Т. 4. С. 1-14.

287. Воздействие импульсов дейтериевой плазмы на материалы ТЯР в установке «Плазменный фокус» / Масляев С.А, Пименов В.Н., Платов Ю.М. и др. // Перспективные материалы. 1998. № 3. С. 39-46.

288. Damage of structural materials for fusion devices under pulsed ion and high temperature plasma beams / Pimenov V.N., Dyomina E.V., Ivanov L.I. et al. // J. of Nucl. Mater. 2002. Vol. 307-311. P. 95-99.

289. Interaction of pulsed streams of deuterium plasma with aluminium alloy in a plasma focus device / Pimenov V.N., Maslyaev S.A., Ivanov L.I. et al. // In: 95. P. 30-39.

290. Quasistationary plasma accelerators for experiments on thermonuclear fusion and technology / Drozdov A., Litunovsky V., Lublin B. et al. // Plasma Devices and Operations. 1992. Vol. 2. P. 101-123.

291. Experimental simulation of plasma high heat flux-material interaction during ITER disruption / Kozhevin V.M., Litunovsky V.N., Ljublin B.V. et al. // Fusion Engineering and Design. 1995. Vol. 28. P. 157-161.

292. Study of material response in disruption simulation experiments with variable irradiation duration / Litunovsky V.N., Drozdov A. A., Kuznetsov V.E. et al. // J. of Nucl. Mater. 1996. Vol. 233-237. P. 718-721.

293. Hassanein A., Konkashbaev I. Erosion of plasma-facing materials during a tokamak disruption. Atomic and Plasma Material Interaction Date for Fusion: Supplement to the journal Nuclear Fusion. 1994. Vol. 5. P. 193-224.

294. Повреждаемость поверхности ванадия и сплава V-5Ti-5Cr при облучении ионными пучками и стационарными импульсными потоками водородной плазмы / Васильев В.И., Гусева М.И., Мансурова А.Н., Тимергалиев Р.Ш. // Металлы. 1997. № 6. С. 104-108.

295. Взаимодействие импульсной водородной плазмы с поверхностью ванадия и его сплавов / Апарина Н.П., Боровицкая И.В., Васильев В.И. и др. // Металлы. 2000. № 2. С. 112-114.

296. Воздействие импульсной дейтериевой плазмы на поверхность ванадия и сплава V-4Ga/Апарина Н.П., Гусева М.И., Данелян Л.С. и др.//В кн.: 212. С. 412-415.

297. Имитация воздействия срывов плазмы на эрозию графитовых материалов / Васильев В.И., Гусева М.И., Гордеева Г.В. и др. // ВАНТ. Серия: Термоядерный синтез. 1991. Вып. 2. С. 36.

298. Experimental modeling of plasma graphite surface interaction in ITER / Martynenko Yu.V., Guseva M.I., Vasiliev V.I. et al. // J. of Nucl. Mater. 1998. Vol. 258-263. P. 1120-1126.

299. Эрозия вольфрама в экспериментах по имитации работы дивертора реактора ИТЭР/ Гусева М.И., Гуреев В.М., Данелян JI.C. и др. П ВАНТ. Серия: Термоядерный синтез. 2002. Вып. 3-4. С. 20-30.

300. Исследование эрозии поверхности различных сортов вольфрама и морфологии продуктов эрозии в имитационных экспериментах по срывам плазмы / Гусева М.И., Гуреев В.М., Домантовский А.Н. и др. // ЖТФ. Т. 72. № 7.2002. С. 48-51.

301. Имитационные исследования срывов плазмы при одновременной экспозиции бериллия и углеволокнистого композита / Гусева М.И., Гуреев В.М., Данелян JI.C и др. // ВАНТ. Серия: Термоядерный синтез. 2005. № 2. С. 23-29.

302. Erosion of metals and carbon based materials during disruptions simulation experiments in plasma accelerators / Linke J., Barabash V.R., Bolt H. et al. // J. of Nucl. Mater. 1994. Vol. 212-215. P. 1195-1200.

303. Калин Б.А., Польский В.И., Якушин B.JI. Радиационная повреждаемость и модификация материалов при воздействии импульсных потоков плазмы // Радиационная физика твердого тела. Первое межд. совещ. стран СЭВ: Тез. докл. (Сочи, 1989). М.: МИЭМ. 1989. С. 17.

304. Поведение титановых сплавов при последовательном облучении потоками водородной плазмы / Бондаренко Г.Г., Удрис Я.Я., Чихарев Н.В., Якушин B.JI. // Физика и химия обработки материалов. 1998. № 1. С. 51-54.

305. О поведении алюминиевых материалов при облучении мощными импульсными потоками водородной плазмы / Бондаренко Г.Г., Удрис Я.Я., Чихарев Н.В., Якушин B.JI. Н Известия РАН: Металлы. 1998. № 3. С. 78-81; В кн.: 186. С. 138-139.

306. Thermal shock experiments for carbon materials by electron beams / Fujitsuka M., Shinno H., Tanabe Т., Shiraishi H. // J. of Nucl. Mater. 1991. Vol. 179-181, part A. P. 189-192.

307. Состав газа в блистерах, образующихся при воздействии водородной и дейтериевой плазмы на аустенитные стали / Жолнин А.Г., Залужный А.Г., Калин Б.А., Польский В.И. // Атомная энергия. 1986. Т. 60. Вып. 6. С. 360-361.

308. Порошковая металлургия сталей и сплавов / Дзнеладзе Ж.И., Голубева Л.С., Борок Б.А. и др. -М.: Металлургия, 1978. -263 с.

309. Склонность к тепловой хрупкости 13% -ных хромистых сталей и изменение ее под действием реакторного облучения / Казенков Ю.И., Крылов Е.А., Сычев Р.С., Вотинов С.Н. // Физика и химия обработки материалов. 1983. № 4. С. 5-9.

310. Ефимов Ю.В., Барон В.В., Савицкий Е.М. Ванадий и его сплавы. М.: Наука, 1969. -254 с.

311. Калин Б.А., Скоров Д.М., Якушин В.Л. Исследование способов повышения ресурса первой стенки термоядерного реактора // Докл. II Всес. конф. по инженерным проблемам термоядерных реакторов (Лениниград, 1981). Л.: НИИЭФА. 1982. Т. IV. С. 66-68.

312. Kalin В.А., Yakushin V.L., Fomina Е.Р. Tritium barrier development for austenitic stainless steel by its aluminizing in a lithium melt // Fusion Engineering and Design. 1998. Vol. 41. P. 119-127.

313. Ионное распыление стали 12X18H10T алитированной в жидком литии / Калин Б.А., Фомина Е.П., Якушин В.Л., Власов Е.Е. // Атомная энергия. 1991. Т. 70. Вып. 1. С. 25-28.

314. Исследование углеграфитовых материалов применительно к энергонапряженным узлам термоядерного реактора / Калин Б.А., Якушин В.Л., Польский В.И. и др. // Вторая Московская межд. конф. по композитам: Тез. докл. М. 1994. С. 167.

315. Application of amorphous filler metals in production of fusion reactor high heat flux components / Kalin B.A., Fedotov V.T., Grigoriev A.E., Yakushin V.L. et al. // Fusion Engineering and Design. 1995. Vol. 28. P. 119-124.

316. Элиот Р.П. Структуры двойных сплавов. Справочник. М.: Металлургия, 1970. Т. 1. -456 с.

317. Способ изготовления композиционных материалов / Калин Б.А., Федотов В.Т., Григорьев А.Е. и др. Патент РФ № 2124418 от 10.01.1999 г., приоритет от 08.07.1996 г.

318. Sputtering of surface-boronized graphite by hydrogen ion bombardment / Kalin B.A., Ya-kushin V.L., Polsky V.I., Virgilev Yu.S. // J. ofNucl. Mater. 1994. V. 212-215. P. 1206-1210.

319. Волков H.B., Калин Б.А., Карцев П.И. Плазменный источник ионов // Приборы и техника эксперимента. 1988. № 3. С. 21-27.

320. Эрозия поверхности композита W-Cu при импульсном облучении интенсивной водородной плазмой / Александров В.В., Бондаренко Г.Г., Удрис Я.Я., Якушин B.JI. // Известия РАН: Металлы. 1999. № 4. С. 87-91.

321. Bondarenko G.G., Udris Ya.Ya., Yakushin V.L. On behaviour of W-Cu compositions as a candidate divertor material under irradiation high intensive hydrogen plasma // Fusion Engineering and Design. 2000. Vol. 51-52. P. 81-84.

322. Bondarenko G.G., Udris Ya.Ya. On sputtering of W-Cu composition by polyenergetic flux of hydrogen particles // J. ofNucl. Mater. 1996. Vol. 233-237. P. 688-691.

323. Perlovich Yu., Bunge H.J., Isaenkova M. Inhomogeneous distribution of residual deformation effects in textured BCC metals // Textures and Microstructures. 1997. Vol. 29. P. 241-266.

324. Thermal desorption of helium from polycrystalline Ni irradiated to fluencies ranging from l-lO17 to MO18 He/cm2 / Zelenskij V.F., Neklydov I.M., Rushitskij V.V. et. al. // J. ofNucl. Mater. 1987. Vol. 151. P. 22-33.

325. Thomas G., Bauer W. In-situ observations of ion implanted surfaces // J. of Nucl. Mater. 1976. Vol. 63. No. 1. P. 280-284.

326. Захват и проницаемость изотопов водорода в конструкционных материалах в условиях, имитирующих срывы плазмы в ТЯР / Калин Б.А., Польский В.И., Якушин В.Л. и др. //В кн.: 15. С. 129-130.

327. Захват и проницаемость изотопов водорода в конструкционных материалах в условиях, имитирующих срывы плазмы в ТЯР / Якушин В.Л., Калин Б.А., Залужный А.Г. и др. // Известия РАН: Металлы. 1996. № 5. С. 122-127.

328. Изучение поведения водорода в стали 0Х16Н15МЗБ при облучении ионами водорода / Залужный А.Г., Скоров Д.М., Жолнин А.Г. и др. // Радиационные дефекты в металлах. Алма-Ата: Наука. 1981. С. 278-283.

329. Галактионова Н.А. Водород в металлах. М.: Металлургия. 1967. - 304с.

330. Взаимодействие водорода с металлами / Агеев В.Н., Бекман И.Н., Бурмистрова О.П. и др. М.: Наука. 1976. - 326 с.

331. Hydrogen retention in structural materials saturated by gas at different limit conditions / Zaluzhnyi A.G., Kalin B.A., Kopytin V.P., Tcherednichenco-Alchevskiy M.V., Yakushin V.L. // Collected Abstracts of ICFRM-8 (Sendai, Japan, 1997). P. 295.