Фундаментальное материаловедение

Особенности сегрегационных процессов в медно-никелевых фольгах после
импульсного электронного облучения
Захватова М.В, Гильмутдинов Ф.З., Паршуков Л.И., Баянкин В.Я.
аспирант
Физико-технический институт УрО РАН, Ижевск, Россия
E–mail: less@fti.udm.ru
Закономерности влияния импульсных потоков заряженных частиц на состав,
структуру и свойства металлических сплавов представляют научный и практический
интерес в связи с интенсивным поиском способов направленной модификации
материалов. Наименее изученными являются сегрегационные явления, вызываемые
импульсными воздействиями и их взаимосвязь с интегральными характеристиками
твердых тел.
В данной работе методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, Ожеэлектронной
спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, атомно-силовой
микроскопии и измерений микротвердости исследованы закономерности изменений
состава тонких поверхностных слоев, структуры и механических свойств тонких фольг
сплавов Сu80Ni20 и Сu50Ni50 при импульсных электроннолучевых воздействиях в
миллисекундном диапазоне в зависимости от параметров облучения: энергии
электронов (30, 40, 50, 60 кэВ); значения тока в пучке (20, 30, 40, 50, 60, 100 мА) и
длительности импульса (2, 5, 10, 20, 30, 40 мс).
Фольги CuNi, прокатанные до толщины 50 мкм, в деформированном состоянии
подвергались электронному облучению в условиях высокого (10 -4 Па) вакуума
расфокусированным до d ≈ 5 мм пучком.
Обнаружено формирование концентрационных неоднородностей в сверхтонких
приповерхностных слоях, а также изменения в структуре, механических свойствах и
топографии фольг, зависящие от состава сплава и параметров облучения.
Импульсное электроннолучевое воздействие вызывает сегрегацию меди в
приповерхностную область с формированием немонотонной области распределения
элементов (обогащение фольг Сu80Ni20 и Сu50Ni50 медью до 99 ат.% в Сu80Ni20 и до
76 ат.% в Сu50Ni50) на глубину до 30 нм. Подобные изменения состава приповерхностной
наблюдалось и с обратной стороны фольги. При этом исходная немонотонность
приповерхностного профиля, связанная со склонностью сплавов системы Cu-Ni к
расслоению, сглаживается с ростом энергии потока электронов и уменьшением
длительности импульса. Электронное облучение вызывает изменения в структуре и
напряженно-деформированном состоянии фольг зависящие от параметров облучения.
Обнаруженные закономерности изменений структуры и механических свойств
(увеличение микротвердости при уменьшении областей когерентного рассеяния) фольг
связаны с генерацией дефектов, возникновением внутренних напряжений и
пластических деформаций, как за счет электронно-лучевого удара, так и в результате
быстрого теплового расширения-сжатия металла. В зависимости от параметров
воздействия возможно формирование сглаженной либо развитой поверхности фольги.
Электроннолучевая обработка в импульсном режиме при соответствующем подборе
параметров может быть использована для направленной модификации физикохимических
и механических свойств тонкомерных изделий из медно-никелевых сплавов:
создания сверхтонких поверхностных слоев заданного состава и топографии;
определяющих адсорбционные и каталитические свойства медно-никелевых сплавов;
многослойных структур с заданными электрическими свойствами, достижения
необходимых прочностных свойств.