Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 73 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Основные характеристики поверхностного слоя титана, имплантированного ионами Al Область в импланти- рованном слое Места локализации наблюдаемых фаз относительно зерен α-Ti, их форма и средний размер β-Ti TiAl 3 Ti 3 Al TiC TiO 2 I Нанозерна анизотропной формы по границам зерен α-Ti, 70×250 нм Нанозерна округлой формы внутри зерен α-Ti, 50 нм Не обнаружены Частицы округлой формы внутри зерен α-Ti, 40 нм Частицы округлой формы на дислокациях (15…20 нм) и на границах зерен α-Ti (10 нм) II Нанозерна анизотропной формы по границам зерен α-Ti, 60×130 нм Нанозерна округлой формы по границам зерен α-Ti, 100 нм Нанозерна анизотропной формы по границам зерен α-Ti, 25×70 нм Частицы округлой формы на дислокациях в зернах α-Ti, 10 нм Частицы округлой формы на дислокациях (15…20 нм) и на границах зерен α-Ti (10 нм) Объемная доля их в материале ~1 %. Схематически места локализации и форма сформированных фаз в области I представлены на рис. 1, б . В центральной части (область II) ионно- легированного слоя (250…450 нм от облученной по- верхности), как и в области I, превалирующей фазой остается α -Ti. Вторичные фазы, обнаруженные в об- ласти I ( β -Ti, TiAl 3 , TiC и TiO 2 ), также присутству- ют и в центральной области. Изменяются лишь их средние размеры, форма и места локализации. Зерна β -Ti также располагаются по границам зерен α -Ti и обладают анизотропной формой, однако их размер становится меньше 100 нм, а объемная доля снижа- ется до 0,5 %. Нанозерна упорядоченной фазы TiAl 3 , присутствующие в области II, располагаются уже не внутри, а по границам зерен α -Ti. Их средний размер Рис. 2 . Изображения модифицированной поверхности титана (область I), полученные методом ПЭМ: а − изображение зерен β-Ti; б − зерна TiAl 3 (белая стрелка) и частицы TiC (черные стрелки); в − дислокационная структура α -Ti, на дислокациях присутствуют частицы TiO 2 Рис. 3 . Электронно-микроскопические изображения имплантированного слоя титана (область II): а – светлопольное изображение; б – микродифракционная картина; в – расшифровка микродифракционной картины становится больше (см. таблицу), объемная доля со- ставляет 1,5 % от общего объема материала. В то же время уменьшается средний размер частиц карбида TiC до 10 нм и их объемная доля (до 0,5 %). Распола- гаются частицы TiC только на дислокациях внутри зерен α -Ti. Места локализации и средний размер ча- стиц оксида TiO 2 остаются прежними. Основной отличительной особенностью фазового состава области II имплантированного слоя является наличие фазы Ti 3 Al. Это упорядоченная фаза со сверх- структурой D0 19 , обладающая ГПУ кристаллической ре- шеткой; пространственная группа − P6 3 / mmc . Ti 3 Al при- сутствует в материале в виде нанозерен анизотропной формы по границам зерен α-Ti. Размер зерен − 25 × 70 нм, объемная доля − 2,5 %. Электронно-микроскопическое изображение фазы Ti 3 Al представлено на рис. 3. ( S – α -Ti (001), { – Ti 3 Al (243), z – Ti 3 Al (012))