Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 61 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ классификация поликристаллов по размерам зерен, представленная в работах [2, 3]. Для получения на- ноструктурного состояния заготовки титана ВТ1-0 в (мезо)поликристаллическом состоянии (средний раз- мер зерна – 38 мкм) подвергались одноосному много- кратному прессованию со сменой оси деформацией ( abc -прессование) с последующей дополнительной прокаткой [4]. Полученные заготовки титана в виде прутков отжигали сначала при температуре 573 К (отжиг 1), а затем проводили отжиги в интервале температур 773 … 1123 К (отжиг 2) в течение одного часа. Первый отжиг позволял повысить пластичность титана без изменения размера элементов зеренно- субзеренной структуры, а второй отжиг переводил титан в различные структурные состояния с разме- ром элементов структуры или зерна в интервале от 0,2 до 25 мкм. Исследования эволюции микрострук- туры титана в различных структурных состояниях от наноструктурного до (мезо)поликристаллического в зависимости от температуры отжига представлены в работе [3]. Для проведения экспериментов по ионной имплантации были выбраны следующие образцы титановой мишени: исходное (мезо)поликристалли- ческое состояние – сплав ВТ1-0; наноструктурное (отжиг 1, 573 К) и образцы, отожженные при темпе- ратуре 773 и 1073 К (отжиг 2). Ионное облучение проводили на вакуумном ду- говом ускорителе «Диана-2» в частотно-импульсном режиме с дозой облучения 5 ⋅ 10 17 ион/см 2 при уско- ряющем напряжении 60 кВ. Плотность тока в им- пульсе равнялась 1 мA/см 2 , длительность импульса – 2·10 -4 с, частота следования импульсов – 50 Гц. Вре- мя облучения для набора дозы составляло 80 мин. Температура образцов в процессе ионной обработки не превышала 423 К. Зарядовое состояние для ионов алюминия было следующее: Al 1+ – 38 %, Al 2+ – 51 %, Al 3+ – 11 %, а среднее зарядовое состояние – Al +1,7 . Таким образом, ускоренные ионы в пучке имели со- ответствующие энергии 60, 120 и 180 кэВ. Исследование элементного состава и структурно- фазового состояния титана до и после ионной им- плантации выполнено с помощью электронной Ожэ- спектроскопии (ЭОС), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) на микроскопе FEI Tecnai 20 при ускоряющем напряжении 200 кВ и растровой электронной микроскопии (РЭМ) на приборе Carl Zeiss EVO50. Микротвердость образцов исследована на измерительной установке «Nano Hardness Tester NHT-S-AX-000X» швейцарской фирмы «CSEM». В методике использован наноиндентор Виккерса. Нагрузка на индентор варьировалась в диапазоне 15 … 280 мН. Результаты и их обсуждение РЭМ и ПЭМ изображения структуры образцов ти- тана до ионной имплантации представлены на рис. 1. Здесь же приведены гистограммы распределений эле- ментов структуры (зерна, субзерна, фрагменты). После отжига 1 при 573 К характерный размер структурных элементов в титане (зерна, субзерна, фрагменты) соста- вил 0,08 мкм (рис. 1, а , б ). С повышением температу- ры отжига изменяются структура границ зерен и соот- ветственно средний размер зерен. Так, после отжига 2 при температуре 773 К средний размер зерен составил 1,4 мкм (рис. 1, в , г ). Согласно структурной классифи- кации [2, 3] полученный материал можно отнести к мелкозернистому состоянию. После отжига при 1073 К титан имеет (мезо)поликристаллическую структуру со средним размером зерна 15 мкм (рис. 1, д , е ) [2, 3]. Рис. 1. ПЭМ, РЭМ изображения ( а , в , д , ж ) структуры титана и гистограммы распределения ( б , г , е , з ) по размерам зерен и субзерен титана: а , б – наноструктурное состояние (отжиг 1, 573 К); в , г – мелкозернистое состояние (отжиг 2, 773 К); д , е – (мезо)поликристаллическое состояние (отжиг 2, 1073 К); ж , з – (мезо)поликристаллическое состояние (сплав ВТ1-0).