Статья 13318

Название статьи

ВЛИЯНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОБРАБОТКИ НА МОДУЛЬ УПРУГОСТИ ИОННО-
ИМПЛАНТИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛА 

Авторы

Артемов Игорь Иосифович, доктор технических наук, профессор, проректор по научной работе и инновационной деятельности, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: artemov@pnzgu.ru
Акимов Дмитрий Александрович, соискатель, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: tmspgu@mail.ru
Кревчик Владимир Дмитриевич, доктор физико-математических наук, профессор, декан факультета приборостроения, информационных технологий и электроники, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), E-mail: physics@pnzgu.ru 

Индекс УДК

539.219, 537.311.33: 539.12.04 

DOI

10.21685/2072-3059-2018-3-13 

Аннотация

Актуальность и цели. В настоящее время ионная имплантация является одним из эффективных методов модификации механических свойств металлов и сплавов. Образование наноструктурного слоя (НС) блокирует выход на поверхность металла дислокаций и способствует их закреплению за счет высокой концентрации имплантированных ионов и радиационных дефектов. В результате после ионной имплантации материал упрочняется. Однако локальные скопления имплантированной примеси способствуют неоднородному закреплению дислокаций в НС, что может существенно ограничить прочностные характеристики материала. Целью данной работы является исследование возможности увеличения модуля упругости НС за счет акустостимулированной диффузии локальных скоплений имплантированных ионов, сопровождающейся увеличением числа закрепленных дислокаций в объеме НС.
Материалы и методы. Дислокационный механизм затухания ультразвуковой волны рассмотрен в рамках модели Гранато и Люкке. Формула для коэффициента диффузии получена на основе применения теории случайных блужданий, а также представления о том, что процесс диссипации энергии ультразвуковой волной в области НС с малым числом закрепленных дислокаций может служить причиной диффузионного расплывания локальных примесных скоплений. Задача о диффузии локального примесного скопления рассматривалась как задача о диффузии из слоя конечной толщины в полуограниченное тело с отражающей границей. Решение уравнения теплопроводности получено для случая внутреннего источника тепла в НС, моделируемого мгновенным точечным источником, мощность которого пропорциональна плотности энергии ультразвуковой волны.
Результаты. Показано, что коэффициент диффузии имплантированной примеси нелинейно зависит от плотности энергии ультразвуковой волны и существенно возрастает с ростом плотности дислокаций в тех областях НС, где закрепление дислокаций отсутствует. Получена оценка числа дополнительных активационных перескоков имплантированной примеси в поле ультразвуковой волны, которая составила 10–2, т.е. один активационный перескок примесного атома приходится примерно на 102 периодов ультразвуковой волны. Установлено, что величина добавочных активационных перескоков является нелинейной функцией плотности энергии ультразвуковой волны W и с ростом последней возрастает примерно как W . Показано, что диффузионное расплывание локальных скоплений имплантированной примеси в ультразвуковом поле приводит к росту модуля упругости НС примерно на 20 % за счет увеличения числа закрепленных дислокаций, что сопровождается упрочнением материала.
Выводы. В ионно-имплантированных НС существуют дополнительные степени свободы для управления их механическими свойствами за счет увеличения числа закрепленных дислокаций в условиях акустостимулированного расплывания локальных скоплений имплантированной примеси и точечных дефектов. 

Ключевые слова

ультразвуковая обработка, модуль упругости, нано-структурный слой, акустостимулированное расплывание локальных скоплений имплантированной примеси, дислокационный механизм затухания ультразвука, упрочнение материала 

 

 Скачать статью в формате PDF

Список литературы

1. Изменение твердости и модуля упругости поверхности сплава Э110 после облучения ионами металлов / В. А. Белоус, Г. И. Носов, В. М. Хороших, О. В. Бородин и др. // Фізична інженерія поверхні. – 2010. – Т. 8, № 2. – С. 138–142.
2. Юров, В. М. Влияние ионного облучения на свойства наноструктурных покрытий Zn-Al и Fe-Al / В. М. Юров, Е. Н. Вертягина, С. А. Гученко, Е. Хуанбай // Современные наукоемкие технологии. – 2011. – № 5. – С. 63–68.
3. Влияние ионного облучения на ползучесть и твердость поверхности сплава Zr1Nb / В. А. Белоус, Е. В Карасева, Г. И. Носов, В. И. Соколенко и др. // Вестник Тамбовского университета. – 2010. – Т. 15, Вып. 3. – С. 910–911.
4. Овчинников, И. И. Влияние радиационных сред на механические характеристики материалов и поведение конструкций / И. И. Овчинников, И. Г. Овчинников, М. Ю. Богина, А. В. Матора // Интернет-журнал «Науковедение». – 2012. – № 4. – С. 1–39. – URL: https://naukovedenie.ru/PDF/110tvn412.pdf.
5. Тру элл, Р. Ультразвуковые методы в физике твердого тела / Р. Труэлл, Ч. Эльбаум, Б. Чик. – М. : Мир, 1972. – 307 с.
6. Бейтмен, Г. Высшие трансцендентные функции / Г. Бейтмен, А. Эрдейи. – М. : Наука, 1974. – Т. 2. – 295 с. 

 

Дата создания: 19.12.2018 09:54
Дата обновления: 16.04.2019 16:28