Синергетические эффекты в поверхностных слоях сплава системы V-Ti-Cr при воздействии ионов аргона и импульсного лазерного излучения

Вопросы атомной науки и техники. Термоядерный синтез. 2022. Т. 45. № 4. С. 84–92.

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

Исследованы изменения морфологии поверхности и микротвёрдости сплава ванадия V—10Ti—6Cr—0,05Zr—0,1Si, перспективного для использования в качестве конструкционного материала термоядерного реактора. Исследуемые образцы были имплантированы ионами аргона (энергия 20 кэВ, доза 1,0·1022 м–2, плотность потока ионов 6,0·1018 м–2·с–1, температура ~700 К) и далее подвергались воздействию мощного импульсного лазерного излучения в режиме модулированной добротности (плотность мощности q ~ 1,2·1012 Вт/м2,
длительность импульса τ0 = 50 нс, число импульсов N от 1 до 4). Установлено, что результат воздействия лазерного облучения на образцы сплава до и после ионной имплантации идентичен: образование лунки, окружённой бруствером, возникшим при выплеске расплавленного металла, а также зоны термического влияния за бруствером. Характер разрушения мишени внутри лунки как для исходных образцов, так и предварительно облучённых ионами аргона практически одинаков и включает наплывы, капельные и волнооб-
разные структуры, вызванные плавлением материала, но при увеличении числа импульсов эти изменения имеют более выраженный характер. Обнаружено, что лазерное воздействие изменяет морфологию поверхности образцов и за пределами бруствера. В этом случае на поверхности мишеней наряду с оплавленными участками присутствуют участки с блистерами, которые формируются как элементами примесей (С, О и N), присутствующими в исходном материале, так и имплантированным аргоном. При наличии внедрённого газа процесс блистерообразования более интенсивен, что вызывает увеличение эрозии материала и может привести к загрязнению плазмы в реальных условиях работы термоядерного реактора. Обнаружено также незначительное упрочнение поверхностного слоя сплава после обработки аргоном, однако после воздействия лазерных импульсов для обеих групп образцов, как имплантированных ионами Ar+, так и без облучения можно наблюдать общую тенденцию первоначального уменьшения микротвёрдости, а затем её повышения с увеличением числа импульсов. Рассмотрены механизмы наблюдаемых эффектов.

Ключевые слова: ионы аргона, argon ions, импульсное лазерное излучение, vanadium alloy, Pulsed Laser Radiation, сплав ванадия