Наноструктурирование металлических материалов интенсивными ионными пучками тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

□□3450289

Богданов Николай Юрьевич

НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ИНТЕНСИВНЫМИ ИОННЫМИ ПУЧКАМИ

Специальность 01.04.07 - физика конденсированного состояния

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 3 ОПТ 2008

Обнинск-2008

003450289

Диссертация выполнена на кафедре материаловедения Обнинского государственного технического университета атомной энергетики

(ОИАТЭ)

Научый руководитель - доктор физико-математических наук,

профессор Хмелевская Вита Сергеевна

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук,

Плаксин Олег Анатольевич

Ведущая организация:

кандидат физико-математических наук Сивак Александр Борисович

Государственный технологический университет «Московский институт стали и сплавов»

Защита состоится «19» ноября 2008г. в _14_ ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.141.17 при Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу: 248600, Калуга, ул. Баженова, 2, МГТУ им Н.Э. Баумана, Калужский филиал

Факс: (48439) 70822, е-гпаП: khmel@iate.obninsk.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им Н.Э. Баумана, Калужский филиал (г. Калуга, ул. Баженова, 2)

Автореферат разослан « 1.9 » 2008г.

Ученый секретарь диссертационного

совета кандидат технических наук, доцент С. А. Лоскутов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Облучение металлических материалов существенно изменяет их структуру и свойства. При радиационном воздействии вещество оказывается насыщенным дефектами, кроме того, в нем могут происходить фазовые превращения, ускоренные облучением или радиационяо-индуцированные, т.е. такие, которые не могут быть реализованы при других видах воздействия на материал, в том числе, при термической обработке. При этом, как правило, существенно изменяются свойства вещества, относящиеся как к ионной, так и к электронной подсистемам металла.

Ранее было обнаружено, что при воздействии на металлические материалы - сплавы систем Ре-Сг-№, №-Сг, Си-№, Ре-Сг,У-Сг-Т1 и чистые металлы Т1 и Хт - ионных пучков высокой интенсивности в ускорителях или плазменных установках в некоторой области радиационных параметров - доз, температур мишени и плотностей ионного потока - формируется особое состояние вещества, обладающее необычными структурой и свойствами. Дальнейшие исследования позволили установить, что данное радиационно-индуцированное состояние имеет нанокластерную морфологию и характеризуется аномально большим изменением свойств материала. Была предложена модель, в которой предполагается, что малые кластеры образуются в окрестности радиационных точечных дефектов и состоят из собственных атомов, однако могут иметь кристаллографическую симметрию, отличающуюся от матрицы. Эти кластеры армируют матрицу и, как следствие, формируется кластерный композит. Формирование нанокластерной морфологии, как было установлено, сопровождается существенными изменениями формы рентгендифракционных линий, что может служить тестовым признаком появления кластерного композита и методически удобным способом регистрации области его существования на шкале радиационных параметров.

Понимание природы и причины возникновения кластерного композита и принципов формирования подобных радиационно-индуцированных состояний может быть основой развития новых технологий радиационного модифицирования материалов.

Основная дель работы состоит в определении условий формирования радиационно-индуцированных нанокластерных состояний в различных металлических материалах - твердых растворах №-Сг, Ре-Сг-№, Бе-Сг и интерметаллидах (сплавах Гейслера), получение кинетических и энергетических характеристик эффекта наноструктурирования металлических материалов интенсивными ионными пучками.

Научная новизна полученных в работе результатов заключена в следующем:

- в сплавах системы №-Сг и фазах Гсйслера с принципиально различными кристаллическими структурами и симметрией определены области радиационных параметров возникновения кластерного композитов с существенным изменением механических и магнитных свойств; _________

- экспериментально определены энергетические параметры устойчивости радиационно -индуцированных кластерных композитов, необходимые для разработки модельных представлений формирования особых радиационно-индуцированных состоящий;

- показано, что особые радиационно-индуцированные состояния возникают при достижении определенных значений стационарных концентраций рад иационных дефектов, связанных с характерным масштабом нанокластерной структуры.

Практическая иенность работы определяется возможностью разработки новых технологий радиационного модифицирования материалов на основе целенаправленного формирования кластерных композитов в различных материалах. Показано, что на основе возникновения кластерного композита возможно аномально большое упрочнение металлических сплавов свыше 10 ГПа; в сплавах Гейслера можно получить намагниченность, в несколько раз превосходящую величины, получаемые при любой термообработке данных материалов.

Достоверность положений и выводов диссертационной работы определяется использованием представительного набора экспериментальных методов исследования материалов, таких как рентгеновская дифракгометрия, измерение микротвердости, металлографический анализ, измерение магнитных свойств материалов.

Положения и выводы диссертации находатся в соответствии с современными представлениями физики конденсированного состояния.

Личный вклад автора. Автор лично участвовал в планировании и проведении экспериментов, обработке экспериментальных данных. Им лично были нолучены результаты по свойствам сплавов №-Сг и фазам Гейслера после ионного облучения, энергетические характеристики нанокяастерных структур.

Основные результаты, выносимые иа защиту:

1. Радиационно-индуцированные изменения структуры и свойств в сплавах системы №-Ст.

2. Радиационно-индуцированные превращения в сплавах Гейслера.

3. Кинетические и энергетические параметры формирования кластерных композитов в сплавах Р'е-Сг-М и Ре-Сг.

Апробация работы:

Полученные результаты были представлены на следующих конференциях и семинарах: Шестая международная студенческая научная конференция «Полярное сияние - 2003» Санкт - Петербург, Международный научно-практический семинар «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий » Обнинск. 2003, 2005, 2007; Седьмой Международный Уральский Семинар, Снежинск- 2007; Семинар «Теория и многоуровневое моделирование дефектов, явлений и свойств материалов ядерной техники - ТММ-2008», Москва, 2008; Семинар «Физика радиационных повреждений материалов атомной техники», Обнинск, 2008.

Публикации. Основные результаты работы отражены в 4 статьях, опубликованных в журналах, рекомендованных ВАК, и 6 тезисах Международных и Всероссийских конференций. Список работ приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, шести глав, основных выводов. Общий объем работы составляет 102 страницы, в том числе 3 таблицы, 23 рисунка и список использованных источников из 102 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введшие диссертации дается краткая характеристика современного состояния изучаемой проблемы, ее актуальность в свете развития технологий, оперирующих объектами с размерами порядка 10"9 м. Обоснованы новизна, научная и практическая значимость работы, изложены основные полученные результаты, обоснована их достоверность, сформулирована цель исследования и научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе, являющейся обзорной, описывается термодинамика и кинетика образования особых радиационно-индуцированных состояний, появляющихся в узком интервале радиационных параметров в металлических материалах при облучении интенсивными ионными пучками с применением различных типов ионов, как газовых, так и металлических. Наблюдается сходство получаемых состояний в различных металлических материалах, в частности, в сплавах с ГЦК структурой, ОЦК структурой, некоторых чистых металлах с ГПУ структурой. Наиболее характерным признаком радиационно-

индуцированных структур является нанокластерная морфология. Данные просвечивающей электронной микроскопии показывают, что материал в радиационно-поврежденном слое содержит кластеры размером несколько нанометров, занимающие значительную (порядка 40%) часть объема. Было сделано предположение, что кластеры состоят из собственных атомов матрицы, но обладают отличной от матрицы симметрией. Таким образом, в приповерхностных слоях облученных материалов формируется кластерный композит. Это приводит к существенному изменению свойств материала, относящихся как к ионной, так и к электронной подсистемам металла.

Описаны особенности структуры и фазовых переходов в материалах, использованных далее в работе - в сплавах систем Ре-Сг-№, Ье-Сг, №-Сг, а также в интерметаллидах - фазах Гейслера Си-Мп-А1 и №-Мп-Са.

Сплав системы Ре-Сг-№ представляет собой сталь аустенитного класса Ре-18Сг-10№-Тл с ГЦК - решеткой. Высокая коррозионная стойкость, немагнитность, вязкость в условиях криогенных температур, технологичность при изготовлении деталей, хорошие механические свойства - все это обуславливает широкое применение аустенигаых сталей системы Ре-Сг-№.

Широкое применение находят стали аустенитного класса также для конструкций и деталей, работающих в радиационном поле - в ядерной и термоядерной технике. Поэтому исследование явлений, возникающих при их взаимодействии с облучением, представляет существенный интерес.

Аустенигаые стали были первым материалом, в которых при интенсивном ионном облучении было обнаружено особое радиационно-индуциро ванное состояние - кластерный композит. Описаны электронномикроскопически зарегистрированные структуры с нанокластерной морфологией, а также соответствующие рентгендифракционные эффекты расщепления ланий - в поликристаллических и монокристашшческих образцах. Максимальному значению расщепления дифракционных линий соответствовал максимум радиационно-индуцированного упрочнения. При облучении ионами разного типа температурный диапазон существования особого измененного состояния несколько сдвигался (400-450°С при облучении ионами Аг+ и №+ с энергией 40 кэВ, 625°С при облучении ионами Аг+ с энергией 1 МэВ), С помощью просвечивающей электронной микроскопии показано, что в состоянии, соответствующем максимальному расщеплению рентгеновских дифракционных линий, обнаружены признаки пространственно организованных структур на

различных масштабных уровнях. Кроме того, по данным просвечивающей электронной микроскопии, материал имеет в облученном слое множество кластеров.

Сплав системы Бе-Сг представляет собой сталь ферритно-мартенситного класса Ре-12Сг^-Мо-Л^-У-М>-В с ОЦК - решеткой. Сплавы системы Ре-Сг имеют широкое распространение в технике - при обработке материалов давлением, изготовлении медицинских инструментов, в автомобильной промышленности и многих других областях. Значительный интерес в настоящее время проявляется к данным сплавам в ядерной технике, поскольку они обладают рядом преимуществ по сравнению с широко применяемыми аустеиитными сталями (отсутствие вакансионного распухания, что чрезвычайно важно для техники реакторов на быстрых нейтронах и термоядерных реакторов). Однако многие особенности работы сплавов данной системы в радиационном поле остаются непонятыми.

Для сплавов Ре-Сг важнейшей особенностью является их склонность к упрочнению и охрунчиванию. В значительной степени эти их свойства связаны с фазовыми переходами, присущими данной системе.

Считается, что изменение свойств обусловлено двумя процессами. Первый проявляется при высоких температурах (600-800°С) и представляет собой образование о-фазы, происходящее при концентрации Сг 45-50%. Эта чрезвычайно твердая ингерметаллидная фаза имеет сложную решетку и преимущественно неметаллический характер химической связи. Второй процесс - это превращение, происходящее при более низких температурах - спинодальное расслоение твердого раствора и выделение при температурах 450°С-550°С когерентно связанной с решеткой <х - фазы, при этом формируются области, обогащенные хромом до 82%. Выделение карбидных, нитридных или силицидных фаз в начальной стадии спинодального расслоения ускоряют его протекание.

Поведение сплавов системы Ре-Сг под облучением имеет ряд существенных особенностей, природа которых не полностью выяснена, несмотря на многочисленные исследования. Сильное упрочнение и охрупчивание этих материалов в радиационном поле затрудняют их применение, поэтому выяснение природы происходящих превращений представляет существенный интерес.

Имеются данные о том, что при облучении 12% - хромистых сталей, применяемых в радиационной технике, также может происходить выделение а' - фазы, хотя область образования данной фазы на диаграмме состояния соответствует значительно более высоким концентрациям

хрома. Одно из возможных объяснений этого явления - образование радиахдаонно-индуцированных сегрегации вблизи стоков точечных дефектов, которое приводит к перераспределению легирующих элементов между стоками и матрицей. Предполагается, что при облучении происходит обеднение твердого раствора хромом вблизи стоков, вследствие этого происходит обогащение хромом остальной матрицы, происходит распад твердого раствора и выделение а - фазы. -

Однако возможно и другое объяснение происходящим в сплаве превращениям. Несмотря на некоторые отличия, заметно подобие данного процесса неравновесным радиационно-индуцированным состояниям в ГЦК структуре, описанным в предыдущем разделе. В сплавах системы Ре-Сг в некотором диапазоне радиационных параметров наблюдаются специфические дифракционные изменения. В отличие от Ре-Сг-М сплавов с ГЦК структурой здесь не наблюдается четкого расщепления линий, рентгеновский пик только изменяет свою форму, она становится треугольной, по-видимому, в результате суперпозиции плавного максимума диффузного фона и селективной рентгеновской линии. Одновременно до очень больших значений увеличивается микротвердость (более 10 ГПа). Такие высокие значения микротвердости нельзя приписать упрочнению за счет какого-либо дислокационного механизма, поэтому возникла идея об изменении состояния электронной подсистемы. Эта идея получила подтверждение в экспериментах по термической зависимости термо-ЭДС, из которых был получен абсолютный коэффициент термо-ЭДС. Было обнаружено, что радиационно-индуцированное упрочнение совпадает с сильным изменением абсолютного коэффициента термо-ЭДС в области кластерного композита. Это означает, что состояние электронной подсистемы материала при этом изменяется. Данное состояние является метастабильным и разрушается в процессе пострадиационного отжига.

Сплавы системы №-Сг, исследованные в работе, имеют ГЦК -решетку на основе решетки никеля и представляют собой твердый раствор замещения хрома в никеле. Сплавы системы №-Сг являются основой многочисленных материалов, широко используемых в промышленности благодаря своим коррозионным и физико-механическим свойствам. В некотором концентрационном интервале они также весьма перспективны для работы в радиационном поле. Закономерности поведения материалов в реакторе определяются эволюцией дефектной структуры, которая зависит от исходного состояния. Известно, что дислокационная структура, дисперсные выделения частиц и предвыделения влияют на рекомбинацию и гибель на стоках точечных дефектов и изменяют темп накопления радиационных

повреждений. При этом улучшается пластичность и снижается степень низкотемпературного радиационного охрупчивания (НТРО). На степень радиационного охрупчивания сплавов системы №-Сг-Мо влияет, по-видимому, как накопление комплексов точечных дефектов, так и фазовая нестабильность этих сплавов. Учитывая склонность сплавов №-Сг к упорядочению и эффект возникновения упругих искажений в матрице вокруг зародыша, можно предположить влияние искажений на уменьшение радиационного повреждения сплавов системы №-Сг-Мо.

Стабильность выделений избыточных фаз при облучении изучена недостаточно. Облучение может как упорядочивать, так и разупорядочивать двухфазные системы в зависимости от условий облучения. С одной стороны, происходит разрушение выделений в каскадах смещений; с другой стороны, под действием термодинамических стимулов и радиационно-стимулированной диффузии разупорядоченные области вновь будут упорядочиваться. Такое подвижное равновесие может сохраняться достаточно долго.

В сплаве №42Сг-1Мо после облучения нейтронами до ~32 сна при температуре ~350°С выпадение частиц упорядоченной фазы не было обнаружено. По-видимому, существует перевес процесса растворения в каскадах смещений формирующихся упорядоченных объемов над их зарождением и ростом, которые протекают сравнительно медленно при температуре 350-450°С. Сдвиг равновесия в сторону растворения или выпадения фаз зависит, по-видимому, как от условий облучения (температуры и скорости повреждения), так и от исходного состояния сплава.

Сплавы Гейслера - это тройные интерметаллические соединения со стехиометрическим соотношением где X и У могут быть

переходными элементами, а Ъ - это яр-элемент. Эти сплавы, являются весьма перспективными для применения в современных микроэлектромеханических устройствах, так как обладают несколькими типами мартенситных фазовых переходов. Маргенситные и межмартенситные фазовые переходы обуславливают эффект памяти формы в данных сплавах. Кроме того, особая кристаллическая структура данного типа сплавов приводит к появлению ферромагнетизма в сплавах, не содержащих ферромагнитных компонентов. Уникальность этих сплавов состоит также в том, что мартенситный переход может быть осуществлен не только при помощи температурного воздействия, но и в результате приложения внешнего магнитного поля.

Рассмотрен эффект дальнодействия, который длительное время служит предметом интенсивной дискуссии при рассмотрении взаимодействия облучения с материалами. Этот эффект заключается в

аномально глубоком проникновении фронта радиационных повреждений, существенно превышающем теоретически предсказываемую величину проективного пробега ионов. Этот эффект обуславливает проникновение структуры радиационно-индуцированнош кластерного композита на глубину 10-40 мкм. Именно благодаря наличию эффекта дальнодействия имеется возможность- изучать кластерное состояние материала методами рентгеновской дифракции, металлографии и измерения микротвердости, так как глубина анализируемого этими методами слоя (для рентгеновского излучения СгКа анализируемый слой, в зависимости от угла и в случае металлов, составляет 2-3 мкм, глубина отпечатка индентора при измерении микротвердости составляет около 5 мкм) позволяет исследовать полученный радиацнонно-измененный слой.

Вторая глава представляет собой описание использованных в эксперименте материалов и методики исследования. Были применены следующие методы исследований:

- рентгендифракционный с использованием рентгеновского дифрактомегра ДРОН-2 (излучение Сгкд), оснащенного компьютером и программным обеспечением;

- металлографический с использованием микроскопа ЬЕСО 300, обеспечивающего увеличение до Х2000;

метод измерения микротвердости с использованием микротвердомера ЬЕСО, осуществляющим измерение микротвердости по Виккерсу, при нагрузках от ЮГ до 1000Г;

- метод пондеромоторного измерения намагниченности (в сплавах Гейслера Си2МпА1 и МгМпОа) с использованием прибора АМ-1, представляющего собой а-фазометр.

Образцы сталей Ье-18Сг-10№-Т1 и Ре-12Сг-8Шо^-У-№>-В представляли собой пластины размером 5x5x1мм, отожженные при 1000°С в вакууме для устранения наклепа. Образцы сплавов Гейслера Си2МпА1 и №2МиОа представляли собой ленты шириной 10мм и толщиной 40 мкм, полученные методом закалки , из расплава. Согласно рентгенографическим исследованиям набор межшгоскостных расстояний соответствовал табличным данным для фазы Гейслера Ы1 (табл. 1,2).

Таблица I

Межплоскостные расстояния фазы Си2МпА1_

нкь <3/п,нм

Эксперимент Табличное значение

(220) 0,2073 0,2103

(400) 0,1469 0,1487

(422) 0,1199 0,1214

Таблица 2

Межплоскостные расстояния фазы №2МпОа_

НКЬ д/п, нм

Эксперимент Табличное значение

(220) 0,2056 0,2064

(400) 0,1456 0,1460

(422) 0,1190 0,1192

Для определения термодинамических и кинетических характеристик метастабилышх радиационно-индуцированных структур определялась энергия активации отжига методом сечений. В этом методе анализируют изменения какого-либо свойства материала в процессе изотермических отжигов при различных температурах.

По экспериментальным данным строят зависимости изменений какой-либо физической величины (в нашем случае микротвердости Я„)

от времени отжига / при различных температурах. Используя выражение:

]П(^) = (£1Х1_1), (1) х к 7| Г,

где и (2 - времена достижения заданного значения микротвердости при отжиге с температурами Т\ и Т2, соответственно, Е* - искомая энергия

активации отжига метастабияьной радиационно-индуцированной структуры, к - постоянная Больцмана.

Расчеты значений стационарных концентрации вакансий в интервале использованных радиационных параметров определялись из уравнений баланса для радиационных дефектов.

=К -^дсдедо-щсдо-аде)

и

где К ~ скорость создания смещений, задаваемая облучающим устройством, Dv и Д. - коэффициенты диффузии вакансий (В) и

междоузельных атомов (МА). При этом Сто - равновесная концентрация

вакансии, м 4яг /Q - коэффициент рекомбинации В иМА, г -радиус

аннигиляции В и МА, определяемый объемом зоны их спонтанной рекомбинации, га - в, а — постоянная решетки, Q - атомный объем, Sr,

S. - концентрация стоков для вакансий и междоузельных атомов,

соответственно.

Второй член в уравнениях (1) описывает рекомбинацию точечных дефектов, последний, третий член в правой части уравнений описывает габель точечных дефектов на стоках (дислокации).

Концентрации С7л и Cim определяются с помощью формул:

(3)

Образцы перечисленных материалов облучались ионами аргона на установке ионной имплантации «Vita».

В данной установке ионизация нейтральных атомов аргона осуществляется при помощи дугового электрического разряда с накальным катодом. Ионы извлекаются из области их генерации электростатическим полем, фокусируются и ускоряются. В ваших экспериментах использовалось ускоряющее напряжение 30-40 кэВ. Плотность тока ионов составляла 50рА!см2, что соответствует интенсивности ионного пучка 1014 ион/см2. Все исследуемые образцы облучались дозой 1,5 Ю18 иол/см2. Вакуум в камере, в которой проводилось облучение, составлял 10"4 Па. Облучение проводилось при различных температурах мишени от 100 до 800°С. Нагрев образцов до заданной температуры обеспечивался вольфрамовым нагревателем. Температура мишени контролировалась хромель-алюмелевой термопарой с обратной стороны держателя образцов (мишени).

В некоторых экспериментах проводились пострадиационные отжиги в электропечи при вакууме 10"3 Па, температура контролировалась хромель-алюмелевой термопарой.

В третьей главе представлены результаты исследования радиационно-индуцированных превращений в сплавах системы Ni-Cr. Обнаружено, что в узкой области радиационных параметров (температура мишени в процессе облучения 600°С, доза 1,51018ион/см2) наблюдаются существенные дифракционные изменения (раздвоение дифракционных линий), что, является признаком формирования

кластерного композита. Характерные изменения дифракционных линий показаны на рис. 1.

Как показывают эксперименты, наблюдаемые дифракционные эффекты сопровождаются сильным изменением свойств материала. В облученных сплавах наблюдается увеличение микротвердости в 2-3 раза в сравнении с исходными образцами, причем упрочнение коррелирует с дифракционными . изменениями. (рис.2). При исследовании микроструктуры облученных образцов сплава обнаружены эффекты, характерные для радиационно-индуцированного неравновесного состояния (модулированные структуры - рис.3). Характер наблюдаемых модулированных структур меняется в зависимости от кристаллографической ориентировки материала. Период модулированной структуры различен в разных зернах и находится в диапазоне 0,5-5мкм.

Радиационно-индуцированные изменения формы рентгеновских линий и упрочнение уменьшаются и исчезают в процессе пострадиационных отжигов. Это характерно для всех сплавов системы №-Сг в концентрационном интервале 37%Сг - 42%Сг.

В облученных сплавах наблюдается эффект дальнодействия: измерения микротвердости поперечного сечения облученного образца выявили распространение радиационно-индуцированного упрочнения на глубину до 15 мкм от облученной поверхности, в то время как глубина проективного пробега при этих условиях облучения равна 13 -14 нм.

<111)а

a

(200)ct

(iit)a

(200>p

50

55

65

70

75

80

85 90 2©

<111)«

(111)P

<200)P

(200)ot

n

SO 55 60 65 70 75 SO 85 SO 2©

Рис. I. Дифрактограмма сплава Ni-39Cr, исходного (а) и облучсшюго при

600°С (Аг+, 30 кэВ), 1.5 ' 1018 ион/см2 (б)

L. « X

4

1

I Исходные

108лученкые

550

т. ,°С

008

Рис. 2. Зависимость микротвердости образцов с содержанием хрома 39% от температуры облучения. 1,5 1018 ион/см2 (Аг+, 30 кэВ)

Рис. 3. Исходная поверхность сплава №-39Сг (слева) и после облучения при

550°С 1,5'Ю18 ион/см2 (Аг+, 30 кэВ). Увеличение

х 1000

В четвертой главе рассматриваются радиационно-ин,аудированные состояния в сплавах Гейслера. Данные сплавы приобретают свойства ферромагнетизма (или антиферромагнетизма) в зависимости от фазово-структурного состояния. При облучении сплавов Си2МпА1 и №2МпСта было обнаружено сильное возрастание намагниченности. Одновременно зарегистрированы изменения дифракционной картины, подобные наблюдавшимся ранее в металлических твердых растворах (рис.4-7).

(422)

Исходный

Л

400®С

450®С

500°С

тт .„я,

130 135

М, о.«, 70-

50 40 30 20 10 О -10

140 2©

145 150

Рис. 4. Дифракционная линия (422) сплава Си2МпА1, исходная и после облучения (Аг+, 30 кэВ) при различной температуре мишени

Рис. 5. Изменение намагниченности сплава СигМпА! (относительные единицы) в зависимости от температуры облучения (Аг+, 30 кэВ) при различной температуре мишени

250 300 350 400 450 500 1

Рис. 6. Дифракционная линия (422) сплава №2МпОа, исходная и после облучения (Аг+, 30 кэВ) при различной температуре мишени

Рис. 7. Изменение намагниченности сплава №2МпОа (относительные единицы) в зависимости от температуры облучения (Аг+, 30 кэВ) при различной температуре мишени

550 600 и/С

Как видно, после облучения форма рентгеновских дифракционных линий претерпевает значительные изменения. При температуре 450°С линия (422) оказывается раздвоенной с достаточно большим угловым расстоянием между компонентами. Некоторые изменения формы линии видны и при температурах 40О°С и 500°С. Одновременно с изменениями рентгеновской дифракции сильно возрастает намагниченность сплава, достигая максимума при температуре 450°С. Образовавшееся состояние материала является метастабильным и разрушается в процессе вакуумного отжига при температуре, равной температуре мишени во время облучения. На рис.5, 7 стрелками показано изменение намагниченности облученных образцов в процессе пострадиационных отжигов. Сходство регистрируемых дифракционных изменений и изменений свойств материала в сплавах Гейслера, с одной стороны, и в металлических твердых растворах, с другой стороны, указывает на сходство происходящих в материалах структурных изменений. Изменение намагниченности в сплавах Гейслера объясняется следующим образом. При образовании в решетке кластеров с симметрией, отличной от симметрии матрицы, происходят изменения расстояний между атомами с нескомпенсиро ванным спином. Это может приводить к изменению обменного взаимодействия и изменению намагниченности материала.

В пятой главе приведены результаты определения энергии активации отжига структур кластерных композитов металлических материалов, облученных ионами аргона. Измерения были выполнены для двух сплавов системы Ре-Сг-№ и системы Ре-Сг. Оценка энергии активации проводилась по «методу сечений». В качестве измеряемого физического свойства была выбрана микротвердостъ.

После облучения образцов сплава Б'е-Сг-№ ионами аргона с энергией 40 кэВ до дозы 1,51018 ион/см2 при температуре 450°С значение микротвердости составило 5 ГПа. Сплав Ре-Сг после облучения ионами аргона с энергией 40 кэВ до дозы 1,5 1018 ион/см2 при температуре 500°С приобрел микротвердость 10 ГПа. Образцы были подвергнуты серии отжигов при температурах 350, 400 и 450°С. Длительность каждого отжига серии составляла 1 час, после чего производилась съемка рентгеновской дифракции образца и измерение микротвердости. Затем, отжиги повторялись до суммарной длительности 4 часа.

По формуле (1) были вычислены значения энергии активации Е*с

для двух сплавов. Для сплава Ре-Сг Е"~ эВ. Для сплава Бе-Сг-М также £~=0,5эВ.

Проведен анализ элементарных процессов, сопровождающих изменения структуры облученных сплавов в процессе пострадиационного отжига. Определенные энергии активации отжига метастабильных структур (ж 0,5 эВ) не могут быть приписаны каким-либо процессам, связанным с точечными дефектами. Например, энергия образования вакансии ~1 эВ, энергия связи точечного дефекта с примесным атомом ~0,1 эВ. Сделано предположение о том, что полученные значения энергии активации соответствуют энергии разрушения кластеров.

В шестой главе проведен анализ состояния дефектов структуры, возникающих в процессе ионного облучения с параметрами, соответствующими возникновению кластерных композитов для сплавов Бе-Сг, Ре-Сг-№. Были подсчитаны значения стационарных концентраций вакансий с учетом преимущественной рекомбинации.

Для сплава Ре-Сг-№ с учетом значений £," = й,\ЪгУ, Е* = ,Д,о = 1,0 см2 / с, Ц =8,925-Ю40^/с>Б,о = 0,01 см2 /с

Т = 723 К Д. =9,1-10~4слг2/с, получено значение стационарной концентрации вакансий Суоо = 2 • 10"5

Для сплава Ре-С г с учетом значений

Вр = 1Д6 - Ю-3см2 /с 5 Д = 2,85- Ю^слР/с, Т = ШК, Д, =1,4-10~7<м2/с, <ру= 1,75 -10* также получено значение стационарной концентрации вакансий Суоо = 2 • 10~5

Отсюда следует, что образование кластерного композита происходит в том случае, когда расстояние между вакансиями в обоих сплавах составляет 9-10 нм. Согласно предположению о том, что при таком критическом расстоянии вступает в действие некоторый кооперативный механизм взаимодействия точечных дефектов, это является причиной образования нанокластерной структуры - кластерного композита Определенное из условий облучения критическое расстояние между вакансиями соответствует масштабу наблюдаемой нанокластерной структуры.

Основные выводы:

При интенсивном ионном облучении в ускорителях или плазменных установках в металлических материалах может образовываться особое структурное состояние, существенно отличающееся по свойствам от исходного материала. Такое состояние возникает в узкой области радиационных параметров. Характерной

особенностью данного состояния является нанокластерная морфология. Его возникновению сопутствует существенное изменение картины рентгеновской дифракции, механических и электрофизических свойств материала.

В соответствии с ранее разработанной моделью в окрестности радиационных точечных дефектов происходит локальная перестройка кристаллической решетки с образованием кластера, состоящего из собственных атомов и имеющего другую кристаллическую симметрию. Кластеры армируют матрицу, при этом возникает кластерный композит, что является причиной наблюдаемых изменений свойств материала. В диссертационной работе такая модель радиационно-индуцированных структурных изменений получила подтверждение для различных металлических материалов. Показано, что образование кластерного композита является универсальным явлением для систем с различной симметрией кристаллической решетки - сплавов Ni-Cr, Fe-Cr-Ni, обладающих ГЦК решеткой, ОЦК сплава Fe-Cr и интерметаллидных фаз Гейслера со сложной элементарной ячейкой.

Показано, что:

1. В сплавах Ni-Cr при облучении ионами Аг+ с энергией 40 кэВ до доз 1,5 10 ион/см в интервале температур облучения 550°С - 650°С возникает кластерный композит, идентифицируемый по расщеплению дифракционных рентгеновских максимумов на угол, соответствующий изменению периода решетки на 0,02 А, и приводящий к увеличению микротвердости до значений, превышающих 10 ГПа.

2. Обнаружено, что при облучении ионами аргона с энергией 40 кэВ до доз 1,51018ион/см2 сплавов Гейслера Си2МпА1 и Ni2MnGa при температурах 450°С и 500°- 600°С, соответственно, образуется кластерный композит, идентифицируемый по рентгеновским дифракционным эффектам. Состояние радиационно-индуцируемого кластерного композита характеризуется увеличением намагниченности в несколько раз.

3. Методом измерения энергии активации отжига дефектной структуры («методом сечений») определены энергетические характеристики устойчивости радиационно-индуцированньк нанокластерных состояний в сплавах Fe-Cr-Ni и Fe-Cr. Показано, что энергия активации отжига кластерного композита составляет ~ 0,5 эВ.

4. Показано, что радиационно-индуцированные кластерные состояния возникают при достижении значений стационарных концентраций радиационных дефектов для сплавов Fe-Cr-Ni и Fe-Cr, соответствующих расстоянию между дефектами 9-10 нм - характерному масштабу нанокластерной структуры.

Основные результаты диссертации отражены в следующих работах:

1. Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю. Радиационно-индуцированные превращения в 12%-ных хромистых сталях // Полярное сияние - 2003: Сборник тезисов докладов шестой Международной студенческой научной конференции. - С.-Пб., 2003. - С.212.

2. Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю. Радиационно-индуцированные превращения в 12%-ных хромистых сталях // Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (МНТ-VII): Сборник тезисов докладов Международного научно-практического семинара. - Обнинск, 2003. - С.21.

3. Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю. Неравновесные радиационно-индуцированные состояния в сплавах системы никель-хром // Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-VHI): Сборник тезисов докладов международного научно-практического семинара. - Обнинск, 2005. -С.92.

4. Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю. Новая технология радиационного модифицирования материалов - создание кластерных структур // Седьмой Международный Уральский семинар: Сборник тезисов докладов. - Снежинск, 2007. - С.53.

5. Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю. Радиационно-индуцврованные превращения в сплавах Гейслера Си2А1Мп и Ni2MnGa // Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-IX): Сборник тезисов докладов Международного научно-практического семинара. - Обнинск, 2007. - С.45.

6. Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю. Горчаков К.А. Наносостояния в облученных материалах // Теория и многоуровневое моделирование дефектов, явлений и свойств материалов ядерной техники (ТММ-2008): Сборник тезисов докладов Международного научно-практического семинара. - М, 2008. - С.44.

7. Фрактальные структуры в облученных металлических материалах / B.C. Хмелевская, В.Г. Малынкин, Н.Ю. Богданов и др. // ВАНТ. Материаловедение и новые материалы. - 2006. - Вып.1(66). -С.411.

8. Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю., Кордо МН. Радиационно-индуцированное структурирование в сплавах на основе никеля // Физика и химия обработки материалов. - 2008. - №2. - С. 14-18.

9. Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю., Кордо М.Н. Радиационно-индуцированные превращения в сплавах Гейслера при высокодозном ионном облучении// Письма в ЖТФ. - 2008. - Т.34. - Вып.23. - С.33-38.

10. Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю., Горчаков К.А. Наноструктурирование металлических материалов интенсивными ионными сучками// Физика и химия обработки материалов. - 2008. - №5. -С.5-11.

Для заметок

Компьютерная верстка Н.Ю. Богданов

ЛР № 020713 от 27.04.1998

Подписано к печати ¡«.оао^. Формат бумаги 60x84/16

Печать ризограф. Заказ № Ъ&Ъ. Бумага МВ Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0 Цена договорная

Отдел множительной техники ИАТЭ 249035, г. Обнинск, Студгородок, 1

V

\

\ %

Введение.

Глава 1. Литературный обзор и постановка задачи исследования.

1.1. Радиационно-индуцированные неравновесные состояния в металлических материалах. Образование «кластерного композита».

1.2. Превращения в системе Fe-Cr-Ni.

1.3. Фазовые превращения в сплавах системы Fe-Cr.

1.4. Структурные и фазовые превращения в системе Ni-Cr.

1.5. Радиационно-индуцированные превращения в сплавах Гейслера.

1.6. Эффект дальнодействия.

1.7. Постановка задачи исследования.

Глава 2. Образцы и методики эксперимента.

Глава 3. Образование кластерного композита в сплавах системы Ni-Cr-Mo.

Глава 4. Радиационно-индуцированные состояния в сплавах

Гейслера.

Глава 5. Энергия активации отжига дефектной структуры облученных сплавов Fe-Cr-Ni и Fe-Cr.

Глава 6. Стационарная концентрация вакансий в области кластерного композита.

Актуальность работы

Облучение металлических материалов способно существенно изменять их структуру и свойства. При радиационном воздействии вещество может оказываться насыщенным дефектами, кроме того, в нем могут происходить фазовые превращения, ускоренные облучением или радиационно-индуцированные, т.е. такие, которые не могут быть реализованы при других видах воздействия на материал, в том числе, при термической обработке. При этом, как правило, существенно изменяются свойства вещества, относящиеся как к ионной, так и к электронной подсистемам металла.

В исследованиях [1], проведенных на ускорителях и плазменных установках, было обнаружено, что высокоинтенсивное ионное облучение металлических материалов систем Fe-Cr-Ni, Ni-Cr, Cu-Ni, Fe-Cr,V-Cr-Ti и чистых металлов Ti и Zr - приводит к тому, что в некоторой области флюенсов и энергий ионов, температур мишени и плотностей ионного потока, формируется особое состояние вещества, обладающее необычными структурой и свойствами. Дальнейшие исследования [2] позволили установить, что данное радиационно-индуцированное состояние имеет нанокластерную морфологию и характеризуется аномально большим изменением свойств материала. В работе [3] была предложена модель, согласно которой наноразмерные кластеры образуются в окрестности радиационных точечных дефектов и состоят из собственных атомов, однако могут иметь кристаллографическую симметрию, отличающуюся от матрицы. Эти кластеры армируют матрицу и образуют кластерный композит. Формирование нанокластерной морфологии, как было установлено, сопровождается изменениями формы рентгендифракционных линий [4, 5], что может служить тестовым признаком появления кластерного композита и методически удобным способом определения области его существования в пространстве радиационных параметров.

Понимание природы нанокластерного композита, причин его возникновения и механизмов формирования радиационно-индуцированных состояний такого типа может стать основой развития новых технологий радиационного модифицирования материалов. Это обстоятельство определяет актуальность работы.

Целью данной работы является выяснение условий и механизмов формирования радиационно-индуцированных нанокластерных состояний в различных металлических материалах - твердых растворах Ni-Cr, Fe-Cr-Ni, Fe-Cr и интерметаллидах (сплавах Гейслера), получение кинетических и энергетических характеристик процесса наноструктурирования металлических материалов под действием интенсивных ионных пучков.

Научная новизна полученных в работе результатов заключена в следующем:

- в сплавах системы Ni-Cr и фазах Гейслера определены области радиационных параметров возникновения кластерного композитов с существенным изменением механических и магнитных свойств;

- экспериментально определены энергетические параметры устойчивости радиационно-индуцированных кластерных композитов, необходимые для разработки модельных представлений формирования особых радиационно-индуцированных состояний;

- показано, что особые радиационно-индуцированные состояния возникают при достижении определенных значений стационарных концентраций радиационных дефектов, связанных с характерным масштабом нанокластерной структуры.

Практическая ценность работы определяется возможностью разработки новых радиационных технологий создания новых материалов путем целенаправленного формирования кластерных композитов в различных материалах. Показано, что возникновение кластерного композита обеспечивает аномально большое упрочнение металлических сплавов свыше 10 ГПа; в сплавах Гейслера можно получить намагниченность, в несколько раз выше, чем после любой термообработки данных материалов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Радиационно-индуцированные изменения структуры и свойств в сплавах системы Ni-Cr.

2. Радиационно-индуцированные превращения в сплавах Гейслера.

3. Кинетические и энергетические параметры формирования кластерных композитов в сплавах Fe-Cr-Ni и Fe-Cr.

Достоверность положений и выводов диссертационной работы определяется использованием представительного набора экспериментальных методов исследования материалов, таких как рентгеновская дифрактометрия, измерение микротвёрдости, металлографический анализ, измерение магнитных свойств материалов.

Положения и выводы диссертации находятся в соответствии с современными представлениями физики конденсированного состояния.

Личный вклад автора.

Автор лично участвовал в планировании и проведении экспериментов, обработке экспериментальных данных. Им лично были получены результаты по свойствам сплавов Ni-Cr и фазам Гейслера после ионного облучения, энергетические характеристики нанокластерных структур.

Апробация работы:

Полученные результаты были представлены на следующих конференциях и семинарах:

1) Шестая международная студенческая научная конференция «Полярное сияние - 2003»

2) Международный научно-практический семинар «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-VII)»

3) Международный научно-практический семинар «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-VIII)»

4) Седьмой Международный Уральский Семинар.- 2007. — Снежинск

5) Международный научно-практический семинар «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-IX)»

6) Международный научно-практический семинар «Теория и многоуровневое моделирование дефектов, явлений и свойств материалов ядерной техники» (ТММ-2008)

Публикации.

Основные результаты работы отражены в 4 статьях журналов, рекомендованных ВАК и 6 тезисах Международных и Всероссийских конференций.

1) Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю. Радиационно-индуцированные превращения в 12%-ных хромистых сталях.// Сборник тезисов докладов шестой международной студенческой научной конференции «Полярное сияние - 2003». - С.212

2) Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю. Радиационно-индуцированные превращения в 12%-ных хромистых сталях.// Сборник тезисов докладов международного научно-практического семинара

Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-VII)». - С.21

3) Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю. Неравновесные радиационно-индуцированные состояния в сплавах системы никель-хром.// Сборник тезисов докладов международного научно-практического семинара «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-VIII)». - С.92

4) Хмелевская B.C. Новая технология радиационного модифицирования материалов - создание кластерных структур // Сборник тезисов докладов Седьмого Международного Уральского Семинара.- 2007. — Снежинск. - С.53

5) Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю. Радиационно-индуцированные превращения в сплавах Гейслера CU2AIM11 и Ni2MnGa.// Сборник тезисов докладов международного научно-практического семинара «Структурные основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий (MHT-IX)». - С.45

6) Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю. Горчаков К.А. Наносостояния в облученных материалах // Сборник тезисов докладов международного научно-практического семинара «Теория и многоуровневое моделирование дефектов, явлений и свойств материалов ядерной техники» (ТММ-2008). - С.44

7) Хмелевская B.C., Куликова Н.В., Малынкин В.Г., Бондаренко В.В., Богданов Н.Ю. Фрактальные структуры в облученных металлических материалах // ВАНТ серия: Материаловедение и новые материалы вып. 1 (66) - 2006г. - С.411

8) Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю., Кордо М.Н. Радиационно-индуцированное структурирование в сплавах на основе никеля // Физика и химия обработки материалов. - 2008. - №2. - С.14-18

9) Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю., Кордо М.Н. Радиационно-индуцированные превращения в сплавах Гейслера при высокодозном ионном облучении// Письма в ЖТФ. - 2008. - Т.34. - Вып.23. - С.33-38.

10) Хмелевская B.C., Богданов Н.Ю., Горчаков К. А. Наноструктурирование металлических материалов интенсивными ионными пучками// Физика и химия обработки материалов. - 2008. -№5. - С.5-11.

Структура и объём диссертации:

Работа состоит из введения, шести глав и заключения. Общий объём работы составляет 102 страницы, в том числе 3 таблицы, 23 рисунка и список использованных источников из 102 наименований.

7. Заключение

При интенсивном ионном облучении в ускорителях или плазменных установках в металлических материалах может образовываться особое структурное состояние, существенно отличающееся свойствами от исходного материала. Такое состояние возникает в узкой области радиационных параметров. Характерной особенностью данного состояния является нанокластерная морфология. Его возникновению сопутствует существенное изменение картины рентгеновской дифракции, механических и электрофизических свойств материала.

В соответствии с ранее разработанной моделью в окрестности радиационных точечных дефектов происходит локальная перестройка кристаллической решетки с образованием кластера, состоящего из собственных атомов и имеющего другую кристаллическую симметрию. Кластеры армируют матрицу, при этом возникает кластерный композит, что является причиной наблюдаемых изменений свойств материала. В диссертационной работе такая модель радиационно-индуцированных структурных изменений получила подтверждение для различных металлических материалов. Показано, что образование кластерного композита является универсальным явлением для систем с различной симметрией кристаллической решетки — сплавов Ni-Cr, Fe-Cr-Ni, Fe-Cr и интерметаллидов Гейслера со сложной элементарной ячейкой.

По результатам работы можно сделать следующие выводы:

1. — В сплавах Ni-Cr при облучении ионами Аг+ с энергией 40 кэВ до доз

1Я О ПО

1,5 10 ион/см в интервале температур облучения 550 С - 650 С возникает кластерный композит, идентифицируемый по расщеплению дифракционных рентгеновских максимумов на угол, соответствующий изменению периода решетки на 0,002 нм, и приводящий к увеличению микротвердости до значений, превышающих 10 ГПа.

2. - При облучении ионами аргона с энергией 40 кэВ до доз 1,5

18 2 0 10 ион/см сплавов Гейслера Ci^MnAl и Ni2MnGa при температурах 450 С и

500°- 600°С, соответственно, образуется кластерный композит, идентифицируемый по рентгеновским дифракционным эффектам. Состояние радиационно-индуцируемого кластерного композита характеризуется увеличением намагниченности в несколько раз.

3. - Методом измерения энергии активации отжига дефектной структуры («методом сечений») определены энергетические характеристики устойчивости радиационно-индуцированных нанокластерных состояний в сплавах Fe-Cr-Ni и Fe-Cr. Энергия активации отжига кластерного композита составляет 0,4 — 0,5 эВ.

4. — Радиационно-индуцированные кластерные состояния возникают при достижении значений стационарных концентраций радиационных дефектов для сплавов Fe-Cr-Ni и Fe-Cr, соответствующих расстоянию между дефектами 9-10 нм - характерному масштабу нанокластерной структуры.

1. Khmelevskaya V.S., Malynkin V.G., Solovyov S.P. Nonequilibrium structures in irradiated metallic alloys // Journal of Nuclear Materials. 1993. -Vol.199.-P.214-220.

2. Хмелевская B.C., Малынкин В.Г., Накин A.B. Нанокластерные структуры в облученных металлических материалах // Металлофиз. Новейшие технол. 2004. - Т.26, №12. - С. 1671-1681.

3. Накин А.В., Хмелевская B.C. Структура и свойства кластеров в ГЦК-материалах // Кристаллография. 2006. -Т.51, №2. - С.357-364.

4. Кластерные структуры в ГЦК материалах при высоких уровнях радиационного повреждения / B.C. Хмелевская, Н.В. Куликова, А.В. Накин, В.Г. Малынкин // Известия вузов. Ядерная энергетика. 1999.- Приложение к №2. - С.83-88.

5. Хмелевская B.C., Соловьёв С.П., Малынкин В.Г. Новое структурное состояние в металлических системах, индуцированное ионным облучением // Итоги науки и техники. Пучки заряженных частиц и твёрдое тело. -М.: ВИНИТИ. 1990. - Т.2. - С.151-193.

6. Хмелевская B.C., Малынкин В.Г., Быков В.Н. Двухфазный распад в облученных сплавах с ГЦК структурой // Вопросы атомной науки и техники. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. - 1985. - Вып.4(37). - С.22.

7. Khmelevskaya V.S., Malynkin V.G., Solovyov S.P. Radiation-Induced Decomposition of Unsaturated Face Centered Cubic Solid Solutions // Phase Transitions. 1991. - Vol.29. - P. 157-166.

8. Хмелевская B.C., Малынкин В.Г., Быков В.Н. Радиационные изменения в некоторых материалах с ОЦК решеткой // Радиационные эффекты в металлах и сплавах: Матер. Всес. Совещ. - Алма-Ата, 1983. - С.37.

9. Khmelevskaya V.S., Malynkin V.G., Solovyov S.P. Structural transition in Fe-Cr alloys under high dose ion irradiation // Journal of Nuclear Materials 1996. - №233-237. - P.240-243.

10. Khmelevskaya V.S., Kraposhin V.S., Malynkin V.G. Non-Equilibrium States of Solids and Local Restructuring of The Crystal Lattice Induced by Irradiation // International Journal of Non-Equilibrium Processing. 1998. -Vol.10.-P.323-331.

11. Хмелевская B.C., Малынкин В.Г., Канунников М.Ю. Превращения в электронной подсистеме металлических твёрдых растворов в области радиационно-индуцированного фазового перехода // Письма в ЖТФ. 1998. -Т. 24, №23. - С. 1-7.

12. Малынкин В.Г., Хмелевская B.C., Белоголовцев Г.И. Структурно-фазовые превращения в аустенитных и ферритно-мартенситных сталях при ионно-плазменном воздействии // Известия вузов. Ядерная энергетика. -1997. №3. - С.74-79.

13. Khmelevskaya V.S., Malynkin V.G. The Morphology Changes Caused by the Non-Equilibrium Phase Transition in Irradiated Metallic Solid Solutions // Phys. Stat. Sol. 1996. - Vol.(a) 156, №251 - P. 251-256.

14. Мартэн Ж., Ковэн Р., Барбю А. Стабильность твёрдого раствора под облучением // Фазовые превращения при облучении / Под ред. Ф.В. Нолфи. Челябинск: Металлургия, 1989. - С.312.

15. Структурные превращения в сплавах Гейслера при ионном облучении / B.C. Хмелевская, B.C. Крапошин, Вань Яньцзинь и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. -2005. №6. - С.36-41.

16. Структурно-фазовые изменения материалов под облучением / B.C. Хмелевская, В.Г. Малынкин, В.Н. Быков, Г.Г. Здоровцева // Вопросы атомной науки и техники. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 1985. - Вып.4 (37). - С.22-25.

17. Хмелевская B.C., Малынкин В.Г. Диссипативные структуры в металлических материалах после облучения и других видов сильного воздействия // Материаловедение. 1998. - Вып.2. - С.25-32.

18. Хмелевская B.C., Крапошин B.C., Малынкин В.Г. Неравновесные состояния и локальная перестройка кристаллической решетки, индуцированные ионным облучением // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 1998. - №6. - С.95-101.

19. Накин А.В. Кластерные структуры в ГЦК металлах: Дис. Кандидата физ.-мат. наук. Обнинск. - 2004. С.159.

20. Кластерные структуры в ГЦК материалах при высоких уровнях радиационного повреждения / B.C. Хмелевская, Н.В. Куликова, А.В. Накин, В.Г. Малынкин. // Известия вузов. Ядерная энергетика. 1999. - Приложение к №2. - С.83-88.

21. Винтайкин Е.З., Дмитриев В.В., Колонцов В.Ю. Нейтроиографичеекое исследование кинетики расслоения твёрдых растворов Fe-Cr // Физика металлов и металловедение. 1970. - Т.29, вып.6. - С. 1257.

22. Винтайкин Е.З., Лошманов А.А. О природе хрупкости 475° железохромовых сплавов // Физика металлов и металловедение. — 1966. -Т.22, вып.З. С.473-476.

23. Винтайкин Е.З., Колонцов В.Ю Старение сплавов железо-хром // Физика металлов и металловедение. 1968. - Т.26, вып.2. - С.282-288.

24. Little Е.А., Storer L.P. Effect of Radiation on Materials // Eleventh Conference. ASTM STP. - Eds Brager H.R. - Perrin J.S. ASTM. - 1982. - P.207.

25. Фазовые превращения и радиационное упрочнение в облученных хромистых сталях / B.C. Хмелевская, С.П. Соловьёв, А.Г. Иолтуховский и др. // Атомная энергия. 1987. - Т.62, вып.5. - С.318-320.

26. Особенности радиационно-индуцированных превращений в хромистых сталях / B.C. Хмелевская, С.П. Соловьёв, Р.Б. Грабова, В.Г. Малынкин // ФММ. 1990. - №3. - С. 156-160.

27. Видерзих Г., Лэм Н.К. Теория радиационно стимулированной сегрегации // Фазовые превращения при облучении / Под ред. Ф.В. Нолфи. -Челябинск: Металлургия, 1989. С.312.

28. Займан Дж. Электроны и фононы. Теория явлений переноса в твёрдых телах / Перевод с английского под редакцией В.Л. Бонч-Бруевича. — М.:ИЛ., 1962.-С.1068.

29. Klein H.J., Brooks C.R., Stonsbury Е.Е. Установление дальнего порядка в Ni2Cr с помощью электронной микроскопии // Physica stat. sol. -1970. V.38, №2. - Р.831-836.

30. Винтайкин Е.З., Урушадзе Г.Г. Упорядочение сплавов никель-хром // ФММ. 1969. - Т.27, вып.5. - С.895.

31. Marakko A., Nath B. Effects of ordering on the properties on Ni-Cr alloys // Journal of Material Science. 1988. - V.23. - P.2107-2114.

32. Kossowsky R. Cellular precipitation in Ni-51Cr lamellar eutectic and cast Ni-44Cr alloys //Met. Trans. 1970. - V.l, №6. - P. 1623-1627.

33. Дальнее упорядочение (ДУП) матрицы сложнолегированных жаропрочных сплавов на никельхромовой основе / В. В. Ртищев, Е. 3. Винтайкин, Г. Д. Пигрова, В. А. Удовенко. // ФММ. 1977. - Т. 43, вып.6. -С.1265-1275.

34. Структурно-фазовые состояния и радиационные дефекты в Ni-Cr сплавах / А.П. Дружков, В.П. Колотушкин, B.JI. Арбузов и др. // ФММ. -2006. Т.101, вып.4. - С.400-409.

35. Колотушкин В.П. Влияние структурного состояния на стабильность Cr-Ni сталей и сплавов при облучении нейтронами // ФММ. -2004. - Т.97, вып 2. - С.63-73.

36. Паршин A.M. Структурные певращения и радиационное распухание сплавов // ВАНТ. ФРП и РМ. - 1980. - Вып.З (14). - С.20-29.

37. Неклюдов И.М. Радиационное упрочнение металлов и сплавов // ВАНТ. ФРП и РМ. - 1978. - Вып.З (8). - С.З.

38. Density changes in cladding materials irradiated in DER. In: Voids formed by irradiation of reactor materials / J.I. Bramman, C. Cawthorne, E.J. Fulton, W.D.J. Sinaliar // Proc. BNES. Europ. Conf. Reading. AERE. - Harwell, 1971.-P. 27-33.

39. Солонин М.И., Кондратьев В.П., Вотинов C.H. Сплав ХНМ-1 как перспективный материал для элементов конструкции ядерных и термоядерных реакторов с водным теплоносителем // ВАНТ. Материаловедение и новые материалы. 1995. - Вып.1 (52). - С. 13-20.

40. Large magnetic-field-induced strains in Ni2MnGa single crystals / K. Ullakko, J.K. Huang, C. Kantner et al. // Appl. Phys. Lett. 1996. - V.69, №13. -P. 1966-1968.

41. Ferromagnetic shape memory in the NiMnGa System / R. Tickle, R.D. James, T. Shield et al. // IEEE Trans. Magn. 1999. - Vol.35, №5. - P.4301-4310.

42. Phase Equilibria and Heusler Phase stability in the Cu-rich portion of the Cu-Al-Mn system / R.Kainuma, N.Satoh, X J.Liu et al. // Journal of Alloys and Compounds. 1998. - №266. - P. 191-200.

43. West D.R., Thomas D.Lloyd The constitution of copper rich alloys of the copper-manganese-aluminium system // Journal of the institute of metals. -1956-57.-Vol.1.-P.97-104.

44. Jonston G.B., Hall E.O. Studies on the Heusler alloys-II The structure of Cu3Mn2Al // J. Phys.Chem.Solids. 1968. - Vol.29. - P.201-207.

45. Bouchard M., Thomas G. Phase transitions and modulated structures in ordered (Cu-Mn)3Al alloys // Acta Metallurgica. 1975. - Vol.23. - P.1485-1500.

46. Spin waves in Heusler alloy Cu2MnAl / K.Tajima, Y. Ishikawa, Peter J. Webster et al. // Journal of the physical society of Japan. 1977. - V.43, №2. -P.483-489.

47. Soltys J. Order-disorder phase transitions in ternary alloys Cu3xMnxAl. // J. Phys.Stat.Sol. (a). 1981. - Vol.63, №5 - P.401-406.

48. A new Hausler compound Cu2FeAl: electronic structure, magnetism and transport properties / M.Zhang, Y.Cui, Z.Liu et al. //J. Phys.Stat.Sol. (a) -2004. Vol.201, №7. - P. 1570-1577.

49. SPD-induced nanocrystallization of shape memory Ni2MnGa-based and NiTi-based alloys quenched from liquid state / V.G.Pushin, A.V.Korolev, N.I.Kourov et al. // Materials Science Forum. 2006. - V.503-504. - P. 545-550.

50. Two-step martensitic transformation in Ni-Mn-Ga alloys / C. Segui, V.A. Chernenko, J. Pons, E. Cesari // J. Phys. IV France. 2003. - V.l 12.- P.903-906.

51. Martensitic transformation of Ni-Mn-Ga(C, Si, Ge) Heusler alloys / X. Lu, X. Chen, L. Qiu, Z. Qin // J. Phys. IV France. 2003. - V.l 12. - P.917-920.

52. Friman M., Hamalainen M. Calorimetric evaluation of the Ga-Mn-Ni alloys // J. Phys. IV France.- 2003.-V.112.- P.929-934.

53. Stress-strain-Temperature behavior for martensitic transformation in Ni-Mn-Ga single crystal compressed along <001> and <110> axes / V.A. Chernenko, J. Pons, E. Cesari, V.A. L'vov // J. Phys. IV France.- 2003.-V.112.-P.939-942.

54. Magnetic field induced straines caused by different martensites in Ni-Mn Ga alloys / V.A. Chernenko, P. Milliner, M. Wollgarten, J. Pons, G. Kostorz // J. Phys. IV France.- 2003.-V.l 12.- P.951-954.

55. Jaaskelainen A., Ulakko K., Lindroos V.K. Magnetic field-induced strain and stress in a Ni-Mn-Ga alloy // J. Phys. IV France.- 2003.-V.l 12.- P. 10051008.

56. Pulsed field actuation of Ni-Mn-Ga ferromagnetic shape memory alloy single crystal / M. Marioni, D. Bono, A.B. Banful et al. // J. Phys. IV France. -2003. -V.l 12. P.1001-1003.

57. Bradley R.C. Transmission sputtering in thin foils // Bull.Am.Phys.Soc. Ser.ll.- 1958. - Vol.3, №3. - P.193.

58. Гусева М.И. Ионная имплантация в металлах // Поверхность. -Физика, химия, механика. 1982. - №4. - С.27-30.

59. Ziegler J.F., Biersack J.P. The Stopping and Range of Ions in Solids. -- New York: Pergamon Press. 1985. - 316 p.

60. Пивоваров A.JI. Эффект дальнодействия при облучении металлов ионно-плазменными потоками // Металлофизика и новейшие технологии. -1994. -Т.16,№ 12.-С.З.

61. Бабад-Захряпин А.А., Лагуткин М.И. Проницаемость водорода, гелия и аргона через молибден, вольфрам, медь, ст. 3 и Х18Н10Т // ФММ. -1987.-Т. 52, № 1.-С. 95-99.

62. Кузнецов Г.Д. Влияние ионной бомбардировки на структурные и фазовые превращения при химико-термической обработке в тлеющем разряде //МиТОМ. 1981, № 11. - С. 21-27.

63. Быков В.Н., Хмелевская B.C., Малынкин В.Г. . Эффект дальнодействия при ионном облучении // ВАНТ. Физика радиационных повреждений и радиационное материаловедение. 1989. - Вып.З (50). - С. 4551.

64. Хмелевская B.C., Антошина И.А., Кордо М.Н. Эффект дальнодействия в материалах различной природы // ФММ. 2007. - Том. 103, №6. - С. 652-656.

65. Хмелевская B.C., Малынкин В.Г., Канунников М.Ю. Эффект дальнодействия как проявление коллективного взаимодействия в облучаемой металлической системе // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2003. - №7. - С. 66-70.

66. Мартыненко Ю.В. Эффекты дальнодействия при ионной имплантации // Итоги науки и техники. Пучки зар. част, и тв. тело. 1993. - Т. 7.-С. 82-112.

67. Исследование свойств поверхности стали после ионной имплантации / А.В. Федоров, Е.В. Васильева, М.И. Гусева и др. //Поверхность. 1983. - № 8. - С.123.

68. Duquette D.J., Krutenat R.C. The effects of low energy He+ induction on the surface structure of ordered Ni-base alloys // Phil.Mag. 1971. - V.24. -P.1411.

69. Черников B.H., Захаров А.П. Приповерхностные дефекты в молибдене, облученном низкоэнергетическими ионами водорода и гелия при 1500°С // Поверхность. 1984. - № 2. - С.79.

70. Khmelevskaya V.S., Malynkin V.G. Anomalous states in metallic alloys induced by irradiation // Phase Transitions. 1997. - V.60. - P.59.

71. Морозов Н.П., Скупов В.Д., Тетельбаум Д.И. Дефектообразование в кремнии при ионной бомбардировке за пределами области пробега ионов //ФТП.- 1985.-Т.19.-С.1045-1048.

72. Abnormally deep structural changes in ion-implanted silicon / P.V. Pavlov, D.I. Tetelbaum, V.D. Skupov, Y.A. Syomin // Phys. Stat. Sol. A. 1986. -V.94. -P.395-402.

73. Эффект дальнодействия при ионном облучении «безкислородного» кремния / Е.И. Зорин, Н.В. Лисенкова, П.В. Павлов и др. // ФТП. 1987. - Т.21. - С.904-910.

74. О механизме малодозного эффекта дальнодействия / Д.И. Тетельбаум, Е.В. Курильчик, И.А. Разин, А.Ю. Азов // Известия РАН. Физ. 2000. Т.64, №4. - С.726-731.

75. Эффект дальнодействия в условиях радиационно-индуцированного кинетического фазового перехода / B.C. Хмелевская, В.Г. Малынкин, С.П. Соловьёв и др. // Письма в ЖТФ. 1996. - Том 22, вып.5 -с.9-13.

76. Девятко Ю.Н., Тронин В.Н. Механизм аномального проникновения точечных дефектов в облученный материал // Модиф. свойств констр. мат. пучками зар. част.: Материалы 1-ой Всес. конф. Томск, 1988.-С. 86.

77. Девятко Ю.Н., Рогожкин С.В., Тронин В.Н. Сферическая модель фазовых переходов в двухкомпонентных сплавах под облучением // Вопросы ат. науки и тех. Физ.рад. повр. и рад.мат. - 1988. - Т. 1(43). - С. 24.

78. Девятко Ю.Н., Тронин В.Н. Восходящая диффузия вакансий и неустойчивость облучаемого вещества // ДАН СССР. 1983. - Т. 269. - С. 97101.

79. Левинсон И.Б., Маслов Д.Л. Квазигидродинамическое поведение каскадов атомных столкновений // Поверхность. Физика, химия, механика. -1987.-№4.-С. 5.

80. Инденбом В.Л. Новая гипотеза о механизме радиационно-стимулированных процессов // Письма в ЖТФ. 1979. - Т. 5, №8. - С. 489.

81. Влияние упругих волн, возникающих при ионной бомбардировке, на структурное совершенство полупроводниковых кристаллов / П.В. Павлов, Ю.А. Семин, В.Д. Скупов, Д.И. Тетельбаум // ФТП. 1986. - Т.20, №3. -С.503.

82. Tetelbaum D.I., Kurilchik E.V., Latisheva N.D. Long-range effect at low-dose ion and electron irradiation of metals // Nucl. Instrum. and Meth. Phys. Res. B. 1997. - V. 127-128. - P. 153-156.

83. Кривелевич C.A. Нелинейные волны дефектов как возможная причина эффекта дальнодействия при ионной имплантации // Высокочист, вещества. 1995. - № 4. - С. 109.

84. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов. М:. Металлургия, 1983. - 231с.

85. Печенкин В.А. Период нестационарности концентраций точечных дефектов в теории распухания металлов // ЖТФ. 1982. - Т.52, вып.9. -С.1712.

86. Lichachev А.А., Sozinov A., Ullako К. Magnetic shape memory -Mechanism, modeling principles, and their application to Ni-Mn-Ga // J. Phys. IV France.- 2003.-V.112.-P.981-984.

87. Soolshenko V., Lanska N., Ullakko K. Structureand twinning stress of martensites in non-stoichiometric Ni2MnGa single crystal // J. Phys. IV France.-2003.-V.112.- P.947-950.

88. Heczko O., Straka L., Ullako K. Relation between structure, magnetization process and magnetic shape memory effect of various martensites occurring in Ni-Mn-Ga alloys // J. Phys. IV France.- 2003.-V.112.- P.959-967.

89. Crystal structure of three Ni-Mn-Ga alloys in powder and bulk materials / Y. Ge, O. Sodeberg, N. Lanska et al. // J. Phys. IV France.- 2003.-V.112.- P.921-924.

90. Lanska N., Ullakko K. Microstructure change in Ni-Mn-Ga seven-layered martensite connected with MSM effect // J. Phys. IV France.- 2003.-V.112.- P.925-928.

91. Zayak A.T., Entel P., Haftier J. A first-principles investigation of tetrsgonal and orthorhombic deformations in the ferromagnetic Heusler alloy Ni2MnGa // J. Phys. IV France.- 2003.-V. 112.- P.985-988.

92. Displacive phase transformations and magnetic properties in Ni-Mn-Ga ferromagnetic shape memory alloys / K. Tsuchiya, A. Tsutsumi, H. Nakayama et al. //J. Phys. IV France.- 2003 .-V. 112.- P.907-910.

93. Определение энергии образования вакансий в никеле методом закалки в жидком гелии-11 / А.А. Мамалуй, Т.А. Оситинская, В.А. Перваков, В.И. Хоткевич // ФТТ. 1968. - Т.10, вып.9. - С.2892-2893.

94. Peterson N.L. Self-diffusion in pure metalls // Journal of Nuclear Materials. 1978. - V.69-70. - P.3-37.

95. Joung F.W. Jr Interstitial mobility and interactions // Journal of Nuclear Materials. 1978. - V.69-70. -P.310-330.

96. Романов B.A., Сивак А.Б., Чернов B.M. Кристаллографические, энергетические и кинетические свойства собственных точечных дефектов и их кластеров в ОЦК железе // ВАНТ. Материаловедение и новые материалы. - 2007. - Т. 1(66). - С. 129-232.

97. Structural materials for fusion power reactors — the RF R&B activities / V.M. Chernov, N.I. Budylkin, G.N. Yermolaev, M.M. Potapenko // Nucl. Fusion. 2007. - №47. - P.839-848.

98. Terentyev D. Study of radiation effects in FeCr Alloys for fusion applications using computer simulations // Ph.D. Thesis. Universite Libre de Bruxelles. 2006.

99. Van Veen A., Eleveld H., Clement M. Helium impurity interactions in vanadium and niobium // J. Nucl. Mater. 1994. - V.211-215. - P.287-292.