Введение к работе
Актуальность проблемы. Имеющиеся в настоящее время способы модифицирования поверхности с целью улучшения эксплуатационных свойств материалов (термическая диффузия, иошіая иыплантация^'ибнно^-плаэмен-" "' ная обработка) не позволяют достаточно надежно и качёстёёняЬ--полу*-читъ требуемое покрытие. Термические методы трудоемки й: требуют 'значительного времени, ионная имплантация и ионно-пдазйнноё нанесение ' покрытий не позволяют получать пленки строгого контролируемого ' качества.
Экспериментальные результаты по перераспределению элементов- в ' процессе облучения пучками электронов показали, что этим способом можно получить качественные покрытия или модифицировать готовые' изделия на значительную глубину. Радиационная обработка пучком электронов при заданных условиях позволяет значительно повысить твердость и износостойкость, статическую, усталостную и координационную прочность материалов.
В процессе изучения действия пучков электронов средних энергий было обнаружено, что при высоких температурах идет интенсивный массоперенос в сплавах. Было показано, что скорость массопереноса достигает 10 см/с, причем Происходит неравномерное перераспределение элементов. Это имеет значительный интерес в плане создания неравно- весяых фаз в локальных областях изделий, которые регламентируют эксплуатационные свойства
Особый интерес представляет воздействие мощных импульсных- 'ЙО»-'5'.-
них и электронных пучков на материалы. Большая плотность тока и ма-
лое время воздействия, обеспечивает большую плотность потока мощ
ности, поглоиземой в материале. Значительный поток энергии, приводит
к быстрому расплавлению поверхностных слоев материала и его сверх
быстрому охлаждения). Таким образом, в материале создаются предпосыл- ''
ки для формирования и стабилизации существенно неравновесных фаз и
соединений, что обеспечивает создание поверхностных слоев'Ъуникаль^-
ными свойствами: повышенной твердостью,'износостойкостью, коррозия-^'-
ной стойкостыа Это приводит к повышению эксплуатационных свойств'
материалов. .'-
Дедь работы. Выявление механизмов массопереноса и структурно-фазовых изменений в сплавах при действии пучков заряженных частиц для разработки технологий финишной обработки изделий;"'
Связь темы с планами научных работ!' -'Работа выполнялась в соот
ветствии с планом НИР кафедры экспериментальной физики Восточно-Ка- '
аахстанского государственного университета и кафедры физики Усть-Ка
меногорского строительно-дорожного института, исследования выполня
лись в соответствии'с координационными планами" Академии наук Респуб
лики Казахстан и ГКЙГ СССР. : '
Научная новизна работы заключается в том, что в ней впервые:
1. Определены основные закономерности аномального массопереноса
в металлах и сплавах при облучении пучками электронов средних энергий.
-
Разработан метод расчета пространственных распределений поглощенной энергии, точечных дефектов и температурных полей в материалах при воздействии пучков электронов.
-
Разработана модель массопереноса и рассчитаны профили концентрации элементов в бинарных металлических системах с учетом градиентов температуры и точечных дефектов.'"
4- Исследован массоперенос в сплавах при воздействии мощных импульсных пучков ионов". Експериментально обнаружен аномальный массоперенос на глубину, значительно превышающую проективный пробег ионов.
5. Исследованы структурные и фазовые превращения в сплавах при мощном импульсном воздействии. Обнаружено существование сверхнерав-новесных фаз и соединений.
Практическая'-ценность. Полученные в'работе 'экспериментальные и теоретические результаты по модификации материалов пучками заряженных частиц могут быть внедрены в производство на предприятиях машиностроительного' комплекса и авиационной промышленности для упрочнения и повышения износостойкости режущего инструмента и штамповой оснастки путем создания поверхностных слоев с улучшенными эксплуатационными свойствами. Развитые в работе методы расчета пространственных распределений поглощенной 'энергии и температурных полей могут быть полезны для разработки технологий обработки изделий пучками электронов. Результаты исследований аномального массопереноса в сплавах при воздействии пучков электронов могут найти применение для повышения радиационной стойкости конструкционных материалов активной зоны ядерных реакторов. '''''
Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, защищены 7 авторскими свидетельствами.
Основные научные положения, выносимые автором на защиту;
1. Результаты исследований и выявленные закономерности аномапь-
ного массопереноса в сплавах при действии пучков электронов средних
энергий; "
2. Результаты расчета пространственных распределений поглощен
ной энергии, точечных дефектов и температурных полей в материалах
при действии пучков электронов;
3, Модель массопереноса "в бинарных металлических система^, учи
тывающая дрейф компонентов в полях градиентов теше]ратуры„и,г-Точечных
дефектов, при облучении пучками электронов;
4.. Результаты исследования структурно-фазовых изменений в сплавах при воздействии мощных импульсных ионных и электронных пучков.
Совокупность полученных в работе результатов и сформулированных на их основе выводов можно квалифицировать как новое крупное достижение в развитии перспективного направления физики твердого тела -физики взаимодействия заряженных "пучков с металлами.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсуждались на 45 научных конференциях; в том числе 9 международных. Основные из них - ежегодное всесоюзное совещание по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Уосква, МГУ, 1975-1984Г. г.); VI Int. Conf Atomic. Coll. in Solidy (Amsterdam, 1975); Vll Int. Conf. Atomic Coll.- in Solidy (Moskov. 1977); Int. Conf. in Ion Beam Modification of Mater (Токіо,1988); Int. Conf. on surfeace modification of metals by ion beams (Dei. Garde, Italy, 1988); 3-rd. Int. Conf. on Energy pulse and particle beam modific of materials (Dresden, 1989); ША II (Hungary, 1993); IV Intern. Conf. EBT-94 (Varna, Bulgaria, 1994); III Конференция""Модификация свойств конртрукционных материалов пучками заряженных частиц" (Томск, 1994).
. Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 45 печатных работах, включая монографию и 7 авторских свидетельств.
Объем и структура работа Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Она изложена на 270 страницах машинописного текста, иллюстрируется 92 рисунками, 4 таблицами и содержит список цитируемой литературы из 271 наименования.