Влияние мощного импульсного лазерного воздействия на структуру и свойства поверхностного слоя ванадия, предварительно облучённого ионами инертных газов (обзор)

Металлы. 2024. № 1. С. 42–52.

Боровицкая И. В., Коршунов С. Н., Мансурова А. Н., Бондаренко Г. Г., Гайдар А. И., Матвеев Е. В., Казилин Е. Е.

Обобщены результаты исследований, выполненных авторами по изучению влияния воздействия мощного лазерного излучения на морфологию и микротвёрдость поверхности ванадия, предварительно имплантированного ионами инертных газов (гелия и аргона). Облучение импульсами лазера проводили в установке ГОС 1001 в режиме модулированной добротности (с плотностью мощности потока q равной 1,2 × 1012 Вт/м2, длительностью импульса τ0 = 50 нс, числом импульсов N от 1 до 4) в вакууме. Имплантацию ионов осуществляли в ускорителе ИЛУ в вакууме в следующих режимах: He+ (энергия – 30 кэВ, дозами – 1,0 × 1022 м-2  и  2,0×1023 м-2 , плотность потока ионов – 4,8 × 1018 м-2 с-1 , Т обл.  ~ 500 К), Ar+ (энергия – 20 кэВ, доза – 1,0 × 1022 м-2, плотность потока ионов – 6 × 1018 м-2с-1 , Т обл. ~ 700 К). Микротвёрдость определяли двумя способами – по восстановленному отпечатку (HV) и методом кинетического индентирования (HV*). Показано, что при имплантации газов в ванадий в указанных режимах облучения на поверхности мишеней формируются различные структуры радиационного блистеринга: блистеринг (ионы He+ – доза 1,0 × 1022 м-2), флекинг (ионы аргона – доза 1,0 × 1022 м-2), поры (ионы He+ – доза 2,0 × 1023 м-2). Установлено, что характер повреждения мишеней после воздействия лазерного излучения (ЛИ) как на исходные образцы, так и на предварительно облучённые ионами газов идентичен: образование лунки, окруженной бруствером, за которым расположена зона термического влияния (ЗТВ), причём количество импульсов и предварительное облучение ионами газов влияет на размер лунки и общий размер разрушения, увеличивая эти параметры. Рассмотрены особенности изменения морфологии и микротвёрдости поверхности мишеней как в лунке, так и в ЗТВ. Обнаружено, что воздействие лазерного излучения приводит к увеличению эрозии материала, предварительно облученного газовыми ионами. Обсуждаются механизмы наблюдаемых эффектов.

Ключевые слова: vanadium, ванадий, импульсное лазерное излучение, pulse laser irradiation, helium and argon ions, ионы гелия и аргона