Фундаментальное материаловедение

Сегрегационные эффекты и пространственное расслоение при ионной
имплантации прокатанных фольг сплава Cu-Ni
Новоселов А.А., Баянкин В.Я.
аспирант
Физико-технический институт УрО РАН, Ижевск, Россия
E–mail: less@fti.udm.ru
Методами рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, рентгеноструктурного
анализа и измерения микротвердости исследовалось влияние имплантации ионов бора и
аргона при различных плотностях ионного тока (20-50 мкА/см 2 ) на химический состав и
атомную структуру медно-никелевых фольг. В качестве объекта исследований
использовалась прокатанная фольга состава Ni20Cu80 и Ni40Cu60 толщиной 40 мкм.
Анализ химического состава облученных образцов методом рентгеновской
фотоэлектронной спектроскопии показал, что в облученных образцах формируется
немонотонная осциллирующая зависимость состава сплава и концентрации
имплантированных ионов по глубине. Имплантация химически активного элемента –
бора – приводит к более высокому содержанию меди в приповерхностном слое
толщиной 20 нм. Анализ рентгеноэлектронных спектров выявил наличие боридов
металлов.
Исследования микротвердости имплантированных фольг[1], как
стуктурозависимого параметра материала, выявили упрочнение как облученной, так и
необлученной стороны фольги, а рентреноструктурный анализ показал, что межатомные
расстояния облученных образцов не отличаются от исходных в пределах погрешности
измерений для всех плотностей тока и типов ионов, за исключением случая
имплантации ионов Ar + с наибольшей плотностью ионного тока 50 мкА/см 2 . Таким
образом, изменения атомной структуры после облучения не происходит, независимо от
типа ионов и плотности тока (кроме указанного случая), и изменение микротвердости
фольги, по-видимому, связано с изменением дефектной структуры материала и
дислокационным упрочнением поверхностных слоев.
Предлагается объяснение наблюдаемого композиционного расслоения вследствие
радиационно-индуцированной сегрегации и преимущественного связывания атомов
определенного сорта с потоками дефектов[2]. Кроме того, дефектная структура
прокатанных фольг является исходно сильно неравновесной, напряженной и
обладающей высокой плотностью дислокаций[3]. Ионная имплантация приводит к
трансформации дефектной структуры, что вызывает локальные градиенты механических
напряжений. Их наличие является еще одной причиной возникновения потоков
дефектов и, соответственно, атомов вещества.
По полученным результатам были сделаны следующие выводы:
1. Химический состав поверхностных слоев и микротвердость облученных фольг
немонотонно зависят от плотности ионного тока.
2. Предварительный отжиг приводит к уменьшению амплитуды осцилляций
химического состава, что указывает на дефекто-зависимый, а не спинодальный
характер расслоения.
3. Формирование осциллирующей немонотонной зависимости отношения
концентраций Ni/Cu и концентрации бора в поверхностных слоях может быть
связано с изменением дефектной структуры прокатанных фольг, инициируемой
ионной бомбардировкой, вызывающей локальные градиенты механических
напряжений, что, в свою очередь, обуславливает диффузионное перераспределение
компонентов системы.
Литература
1. Тетельбаум Д.И., Азов А.Ю. // Вестник ННГУ, сер. ФТТ, 2001, Вып.2(5), С.120-129.
2. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы // М.: Металлургия, 1990, 216 с.
3. Хмелевская В.С. Неравновесные состояния в твердом теле // Обнинск: ИАТЭ, 2004.