Модифицирование структуры и свойств поверхностного нанослоя металла при облучении в установке "Плазменный фокус"

С. 119–135.

Масляев С. А., Демин А. С., Морозов Е. В., Бондаренко Г. Г., Ромахин П. А., Гайдар А. И.

Показано, что с использованием мощных импульсных потоков ионов дейтерия и высокотемпературной дейтериевой плазмы, генерируемых в установке Плазменный фокус ПФ-1000, можно создавать модифицированные поверхностные слои субмикронной и наноразмерной толщины в материале полой шестигранной трубы из малоактивируемой хромомарганцевой аустенитной  стали 25Х12Г20В при ее расположении вдоль оси рабочей камеры ПФ в процессе облучения. При этом плотность мощности излучения на переднем «горячем» срезе трубы для потока ионов дейтерия составляет q » 1010 – 1011 Вт/см2, а для дейтериевой плазмы q » 109 Вт/см2. Установлено, что модифицирование наружного и внутреннего поверхностных нанослоев облучаемой трубы осуществляется механизмами, индуцированными импульсным радиационно-термическим воздействием: частичным структурно-фазовым γ → α превращением с образованием мартенситной структуры в сочетании с процессами имплантации в материал мишени ионов дейтерия и осаждением на ее поверхность легирующих элементов.Обнаружено существенное изменение нанотвердости и модуля Юнга модифицированных наружного и внутреннего поверхностных слоев шестигранной трубы, связанное с их упрочнением: обе характеристики после воздействия  потоков энергии на материал возрастают на облученной поверхности примерно в 2 – 2,5 раза по сравнению с соответствующими значениями на глубине ~ 1000 – 1500 нм.          Показано, что на облученной поверхности исследуемой трубы, преимущественно во внутренней полости ее горячей части, наблюдаются пузыри с характерным размером ~ 100 нм, наполненные дейтерием с возможной примесью атомов углерода и кислорода. Этот факт связан, главным образом, с испарением имплантированного в материал дейтерия, а также  углерода и кислорода примеси в микропоры с их последующей коагуляцией в пузыри при многократном импульсном воздействии ионных и плазменных потоков на стальную трубу. Полученные результаты показывают, что с использованием комбинированного воздействия потоков высокотемпературной плазмы и ионных пучков на материал мишени, расположенной в катодной зоне ПФ, в сочетании с воздействием электронов на материал анода можно создавать в облучаемой мишени модифицированные слои субмикронной и наноразмерной толщины с измененным структурно-фазовым состоянием и улучшенными физико-механическими свойствами. Это указывает на перспективность объединения различных видов излучений, воздействующих на материал, в единый технологический процесс импульсной обработки поверхности с целью получения новых свойств.

Ключевые слова: металл, плазменный фокус, модифицирование структуры, plasma focus, modification of structure, metal

В книге

Труды XXIV Международной конференции "Радиационная физика твердого тела" (Севастополь, 7 июля - 12 июля 2014г.)

М.: ФГБНУ "НИИ ПМТ", 2014.