Особенности повреждаемости поверхностных слоев монокристаллического вольфрама под воздействием мощных импульсных потоков ионов гелия и плазмы

Металлы. 2025. № 4. С. 93–103.

Боровицкая И. В., Пименов В. Н., Масляев С. А., Демин А. С., Морозов Е. В., Михайлова А. Б., Серебряный В. Н., Колянова А. С., Бондаренко Г. Г., Гайдар А. И., Матвеев Е. В., Сасиновская И. П.

Проведено исследование структурного состояния и микротвердости поверхностного
слоя образцов монокристаллического вольфрама после воздействия импульсными потоками ионов
He+ и гелиевой плазмы, генерируемыми в установке Плазменный фокус «Вихрь» (ИМЕТ РАН). Параметры облучения: плотность мощности плазмы 108 Вт/см2 и ионов 2·109 Вт/см2 при длительности
воздействия плазмы и ионов 100 и 20 нс соответственно; число импульсных воздействий 15; энергия
ионов гелия ~100 кэВ; температура плазмы ~1 кэВ. Показано, что в результате пучково-плазменного
воздействия в указанном режиме поверхность оплавляется, появляется кристаллографически ори-
ентированная сетка микротрещин. В отличие от межзеренного растрескивания, характерного для
поликристаллических образцов, в монокристаллах вольфрама сетка микротрещин образуется на фоне
пластического течения по активным плоскостям скольжения под действием термических напряжений,
возникающих на стадии охлаждения после кристаллизации расплава. В оплавленном слое формируется мелкоячеистая структура с размером ячеек ~200 нм. Наблюдается образование нераскрывшихся
блистеров и кратеров, обусловленное выделением гелия из поверхностных слоев. Методом рентге-ноструктурного анализа установлено, что облучение в реализованном режиме, сопровождающееся
испарением тонкого поверхностного слоя, способствует уменьшению искажений кристаллической
решетки и структурных дефектов технологического характера, возникших в поверхностном слое
образцов монокристалла на стадии их механической обработки при подготовке к экспериментам. В
результате радиационно-термического расплавления и направленного затвердевания поверхностного
слоя вольфрама в нем образуется текстура кристаллизации в направлении, определяемом кристалло-
графической ориентацией в поверхностном слое образца, подвергшегося облучению, и совпадающем с
вектором градиента температуры. Обнаружено незначительное (до 15%) снижение микротвердости в
переплавленном поверхностном слое монокристаллов вольфрама, при этом отмечен разброс значений
Hμ по площади облученной поверхности.

Ключевые слова: монокристаллы, single crystals, вольфрам, tungsten, pulsed fluxes of helium ions and plasma, импульсные потоки ионов гелия и плазмы