Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 60 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ УДК 669.24:539.25 СТРУКТУРНО-ФАЗОВОЕ СОСТОЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЕВ ТИТАНА, ИМПЛАНТИРОВАННЫХ ИОНАМИ АЛЮМИНИЯ* И.А. КУРЗИНА, канд. хим. наук, доцент, И.А. БОЖКО, канд. физ.-мат. наук, доцент ( ТГАСУ, г. Томск ) Г.А. ВЕРШИНИН, канд. физ.-мат. наук, доцент ( ОмГУ, г. Омск ) А.И. СМИРНОВ, канд. техн. наук, доцент, В.А. БАТАЕВ, доктор техн. наук, профессор ( НГТУ, г. Новосибирск ) Ю.П. ШАРКЕЕВ, доктор физ.-мат. наук, профессор ( ИФПМ СО РАН, г. Томск ) Статья поступила 30 августа 2011 года Курзина И.А. – 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2 Томский государственный архитектурно-строительный университет, e-mail: kurzina99@mail.ru Представлены результаты исследования элементного состава, микроструктуры и механических свойств поверх- ностных слоев титана ВТ1-0 в различных структурных состояниях со средним размером зерна: 0,08; 1,4; 15 и 38 мкм до и после имплантации ионами алюминия на источнике «Диана-2» с дозой облучения 5 ⋅ 10 17 ион/см 2 при ускоряющем напряжении 60 кВ. Анализируется зависимость глубины проникновения имплантируемых атомов алюминия в титане от размера зерна исходных образцов мишени. Сделано заключение о влиянии зеренного состояния исходного материала и ионной имплантации на структурно-фазовое состояние поверхностных слоев титана. Ключевые слова: ионная имплантация, наноструктурный титан, микроструктура. ____________________ * Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 гг. (Гос. контракт № 14.740.12.0858) и гранта РФФИ 10-02-01012_а. Введение Титан и его сплавы находят широкое применение в качестве конструкционных материалов в различных об- ластях современной промышленности [1]. Поиск путей повышения физико-механических свойств поверхност- ных слоев титана и его сплавов, в частности, с исполь- зованием ионной имплантации, представляет большой интерес. Исследования ионного модифицирования ти- тана преимущественно выполнены для крупнозерни- стого состояния [1]. Изучены процессы, происходящие в ионно-имплантируемом поверхностном слое мате- риалов, толщина которого не превышает десятой доли микрометра при имплантации ионов средних энергий. Имеющиеся теоретические модели и эксперименталь- ные данные позволяют во многом предсказывать и про- гнозировать изменения, которые происходят в мишени при ионной имплантации. Однако данные, полученные в разных экспериментальных условиях, не позволяют систематизировать результаты в зависимости от пара- метров ионного воздействия, состава ионов и исходно- го структурного состояния титановой мишени. Уменьшение размеров зерна и соответственно уве- личение плотности границ зерен и тройных стыков мо- жет приводить к резкому ускорению процессов леги- рования, перемешивания, образования вторичных фаз и дефектов, а также появлению новых недиаграммных фаз. Особую значимость имеют исследования для тита- на и его сплавов в мелкозернистом и наноструктурном состояниях в связи с перспективами их широкого при- менения, в частности, в медицинских целях. Микро- процессы, которые протекают при ионной импланта- ции титана, находящегося в различных структурных состояниях, особенно в наноструктурном, мало ис- следованы. Наиболее интересным представляется мо- дифицирование поверхностных слоев титана ионами алюминия в условиях ионного облучения. Это обуслов- лено тем, что фазы на основе титана ВТ1-0 и алюминия имеют высокую механическую прочность, твердость, износостойкость и коррозионную устойчивость, и они, как правило, являются тугоплавкими. Целью настоящей работы являлось исследо- вание влияния имплантации ионов алюминия на структурно-фазовое состояние и механические свой- ства титана ВТ1-0 в зависимости от исходного струк- турного состояния мишени. Объекты и методы исследования В качестве объектов для имплантации были ис- пользованы титановые образцы с различным разме- ром зерна исходной мишени. В работе используется