Obrabotka Metallov 2011 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (52) 2011 64 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вале размеров зерен. Сформированные на источнике «Диана-2» с дозой облучения 5 ⋅ 10 17 ион/см 2 модифи- цированные слои характеризуются повышенной ми- кротвердостью относительно неимплантированных материалов по всей глубине имплантированных слоев (рис. 6). Для наноструктурного титана максимальная микротвердость (12 ГПа) наблюдается на глубину 100 нм от облученной поверхности. Как было отме- чено выше, в условиях имплантации формируются твердый раствор алюминия в титане и оксидные фазы в объеме матричных зерен. Улучшение механических свойств титана после имплантации связано с твердо- растворным и дисперсионным упрочнением. Таким образом, в результате имплантации ионов алюминия в титан были получены новые материалы, характеризующиеся повышенными механическими свойствами за счет модифицирования структуры и фазового состава поверхностных слоев. Титановые образцы с ионно-легированными слоями могут быть перспективными конструкционными материалами нового поколения, способными заменить крупнокри- сталлические титановые материалы. Заключение Исследованы элементный состав, структурно- фазовое состояние и механические свойства титана до и после ионной имплантации алюминия на ускорите- ле «Диана-2» с дозой облучения 5 ⋅ 10 17 ион/см 2 в зави- симости от размера зерна исходной мишени (0,08; 1,4; 15 и 38 мкм). Обнаружено увеличение толщины мо- дифицированных слоев с уменьшением размера зерен исследуемых материалов. Показано, что в образцах с мелким размером зерна (0,08 и 1,4 мкм) в формиро- вание профилей внедряемых ионов по глубине суще- ственный вклад дает радиационно-стимулированная диффузия (в том числе и зернограничная), а в (мезо) поликристаллических образцах (средний размер 15 и 38 мкм) – диффузия по мигрирующим протяженным дефектам, формирующимся и перестраивающимся в процессе ионной имплантации. Установлено, что до- полнительное формирование вторичных оксидных фаз в матрице твердого раствора алюминия в титане в условиях ионного облучения приводит к упрочнению поверхностных слоев титановых образцов. Сфор- мированные модифицированные слои характеризу- ются повышенной микротвердостью относительно неимплантированныхматериалов.Улучшениефизико- механических свойств связано с твердорастворным и дисперсным упрочнением. Стабилизация структуры мелкозернистых и наноструктурных материалов про- исходит путем закрепления границ зерен и их стыков частицами вторичных фаз. Сделано заключение о пер- спективности промышленного внедрения полученных новых титановых материалов с модифицированными ионно-легированными слоями. Список литературы 1. Курзина И.А., Козлов Э.В., Шаркеев Ю.П . и др. Нанокристаллические интерметаллидные и нитридные структуры, формирующиеся при ионно-лучевом воздей- ствии. – Томск. Изд. НТЛ, 2008. – 325 с. 2. Козлов Э.В., Жданов А.Н., Конева Н.А . Барьерное торможение дислокаций. Проблема Холла-Петча // Физи- ческая мезомеханика. – 2006. – Т. 9. – № 3 – С. 81–92. 3. Курзина И.А., Божко И.А., Ерошенко А.Ю., Калаш- ников М.П., Шаркеев Ю.П . Эволюция структуры и меха- нических свойств ультрамелкозернистого титана // Мате- риаловедение. – 2010. – № 5. – С. 48–54. 4. Шаркеев Ю.П., Ерошенко А.Ю., Братчиков А.Д . и др. Структура и механические свойства наноструктурного титана после дорекристаллизационных отжигов // Физиче- ская мезомеханика – 2005. – Спец.выпуск № 8. – С. 91–94. 5. Буренков А.Ф., Комаров Ф.Ф., Кумахов М.А., Тем- кин М.М . Пространственные распределения энергии, вы- деленной в каскаде атомных столкновений в твердых те- лах. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 245 с. 6. Вахний Т. В., Вершинин Г.А., Шаркеев Ю.П . и др. Влияние размера зерен поликристаллического титана на формирование концентрационных профилей ионов алю- миния, имплантированных полиэнергетическим пучком // Известия высших учебных заведений. Физика. – 2009. – № 11/2. – С. 232–237. 7. Vahniy T. V., Vershinin G. A., Grekova T. S. et al . Role of Polycrystalline Titanium Grain Size in the Formation of Concentration Profiles of Implanted Aluminum Ions // Jour- nal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. – 2010. – V. 4. – № 2. – P. 353–358. 8. Андриевский Р.А., Глезер А.М. Прочность нано- структур // Успехи физических наук. – 2009. – Т. 179. – № 4. – С. 337–358. 9. Hall E.O. The deformation and ageing of mild steel: III discussion of results // Proc. Phys. Soc. – 1951. – V. 64B. – P. 747–753. Structural state and phase composition of titanium surface layers implanted by aluminium I.A. Kurzina, I.A. Bozhko, G.A. Vershinin, A.I. Smirnov, V.A. Bataev, Yu.P. Sharkeev The results of the microstructure, phase composition and mechanical properties investigations of titanium in different structural state (grain sizes 0,1 μ m; 1,4 μ m; 15 and 38 μ m) after the Al ions implantation using Diana-2 source at dose of irradiation 5·10 17 ion/cm 2 and an accelerating voltage 60 keV are presented. A dependence of depth penetration implanted aluminum ions in polycrystalline titanium from the grain size initial samples is analyzed. Influence of the graine sizes and ion implantation regimes on structural state and phase composition and mechanical properties was observed. Key words: ion implantation, nanostructural titanium, microstructure.