Механизм глубинного упрочнения металлов и сплавов под воздействием мощных импульсных пучков ионов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Кылышканов, Манарбек Калымович

• Кылышканов, Манарбек Калымович
• кандидат физико-математических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Кылышканов, Манарбек Калымович

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение

1 Воздействие интенсивных пучков заряженных частиц на твердые тела

1.1. Особенности прохождения интенсивных пучков заряженных

частиц через вещество

1.1.1. Сильноточный электронный пучок

1.1.2. Мощный импульсный пучок ионов

1.2. Воздействие ударной волны на металлы

1.3. Взаимодействие импульсного лазерного излучения с

твердыми телами

1.4. Модификация структуры и физических свойств металлов и

сплавов при высокоинтенсивном ионном облучении

1.5. Структурно-фазовые превращения и упрочнение металлов и С11лавов под воздействием сильноточных электронных пучков 34 Постановка задачи

2 Методы анализа и методика эксперимента

2.1. Ядерно-физические методы анализа структурно-фазовых превращений в твердых телах

2.1.1. Метод Оже-электронной спектроскопии

2.1.2. Метод резерфордовского обратного рассеяния с каналированием

2.1.3. Метод вторичной ионной масс-спектрометрии

2.1.4. Металлографические исследования

2.1.5. Метод электронно-позитронной аннигиляции 4

2.2. Методы механических испытаний

2.2.1. Микротвердость как параметр оптимизации

2.2.2. Методика определения микротвердости

2.3. Характеристики источников излучения

2.4. Приготовление образцов

3 Экспериментальное исследование глубинных превращений в металлах и сплавах при воздействии мощных импульсных

пучков ионов

3.1.Трансформация энергии при высокоинтенсивном радиационном облучении 5

3.1.1. Облучение

3.1.2. Мишень

3.1.3. Среда

3 1.4. Возбуждение электронной подсистемы

3.1.5. Баллистическое перемешивание

3.1.6. Возбуждение ядерной подсистемы 61 3.1.7 Нагрев решетки

3.1.8. Абляция

3.1.9. Механические напряжения

3.1.10. Потери энергии, теплоотдача среде

3.1.11. Структурно-фазовые превращения; стабильная структура; модифицированные свойства

3.2. Исследование радиационных превращений в a-Fe по поверхности и глубине модифицированного слоя

3.3. Сравнительный анализ воздействия на a-Fe высокоинтенсивных импульсных электронных и ионных пучков

3.4. Формирование пространственных упрочненных слоев в сталях 79 *

3.5. Исследование остаточных деформационных состояний в

металлах, созданных высокоинтенсивным ионным облучением

3.6. Влияние различных видов радиации на глубинное упрочнение металлов

4 Кинетическая модель глубинного упрочнения металлов под действием мощных импульсных пучков ионов

4.1. Механизм глубинного упрочнения металлов при ионном облучении

4.2. Расчет пространственно-временных характеристик ударных

волн

4.3. Влияние градиента давления на фронте ударной волны на дефектообразование и формирование второго пика микротвердости. Сравнение с экспериментом

Выводы

Заключение

Список использованных источников

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Механизм глубинного упрочнения металлов и сплавов под воздействием мощных импульсных пучков ионов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Появление лазеров, а затем ускорителей сильноточных электронных и мощных импульсных ионных пучков создало уникальную возможность получения новых видов воздействий концентрированных потоков энергии на материалы. В отличии от традиционных способов (ударно-волновое нагружение или закалка и отжиг сталей) они сочетают одновременно механическое, тепловое и радиационное воздействия. Это дало возможность создавать в макрообъемах такие высокие плотности возбуждений в электронной и атомной подсистемах твердых тел, ранее достижимых только в микрообластях треках тяжелых заряженных частиц и каналах электрического пробоя. Обнаружен ряд новых уникальных эффектов, таких как ранее предсказанная Л.В.Келдышем конденсация экситонов в полупроводниках, хрупкое разрушение всех классов твердых тел при воздействии сильноточных электронных пучков, аномальное глубинное упрочнение металлов, облученных мощными импульсными пучками ионов. Это положило начало развитию новых фундаментальных направлений в физике высоких плотностей энергии. В связи с необходимостью решения проблемы управляемого термоядерного синтеза в рамках национальных программ России, США и Японии требовалось проведение исследований по созданию и изучению свойств плотной плазмы, для управляемой генерации которой появились новые источники.

Возникли новые задачи и в радиационном материаловедении. К конструкционным материалам ядерной энергетики стали предъявляться повышенные требования по эксплуатации в экстремальных условиях - воздействиях мощных радиационных потоков, сверхвысоких температур и давлений, химически агрессивных сред. Для быстроразвивающейся аэрокосмической промышленности в произ-' водстве двигателей потребовались специальные жаропрочные материалы. В микроэлектронике возникла потребность в особо чистых материалах и специальных композитах с новыми свойствами. Стали и сплавы с высокой износостойкостью были нужны в машиностроении. Существующие химико-термические методы об-

работки не отвечали решению новых задач и практически исчерпали свои возможности. Это явилось стимулом в эффективном использовании новых видов концентрированных потоков энергии.

В настоящее время подобные мировые исследования характеризуются резкой интенсификацией работ. Об этом свидетельствует проведение традиционных международных конференций, таких как Ионно-Пучковая Модификация Материалов (Ion Beam Modification of Materials ШММ), Радиационные Эффекты в Изоляторах (Radiation Effects in Insulators REI), Поверхностная Модификация Металлов Ионными Пучками (Surface Modification of Metals by Ion Beams SMMIB), Ионно-Пучковый Анализ (Ion Beam Analysis - ЮА) и ряд других. Сейчас в мире в целом по известным причинам резко Ьократилось финансирование военных программ на разработку и создание пучкового оружия, поэтому возникла необходимость и появилась возможность использования большого парка существующих сильноточных ускорителей для новых целей и задач. В ряде стран стали разрабатываться свои конверсионные программы, о чем сообщалось на последней Конференции IBMM-96 (Альбукерке, Нью-Мехико, США, 1996 г.). В Японии (Нагаока, Технический Университет) создана новая технология по интенсивному Импульсному Ионно-Пучковому Испарению (Intense Pulsed Ion Beam Evaporation -ЮЕ), широко применяемой в электронной и оптической промышленности. В США появилась новая Программа по Ионной Поверхностной Обработке (Ion Beam Surface Treatment - IBEST).

Основой любой модификации свойств материалов является создание определенных структурно-фазовых превращений, вызванных специальными видами их обработки. Главные факторы, определяющие характер взаимодействия концентрированных потоков энергии с веществом, следующие: интенсивность облучения; полная введенная энергия и ее плотность (флюенс); вид частиц и их энергия; условия облучения; физико-химические свойства материала. Широко известные методы лазерной обработки и ионной имплантации достаточно полно представлены в литературе. В данной работе основное внимание уделено сравнительно новым и, как уже теперь установлено, успешным методам модификации при облу-

чении мощными импульсными ионными и сильноточными электронными пучками.

Уникальность воздействия импульсных ионных пучков на твердые материалы в обычно применяемых режимах обработки заключается в том, что малые

л

пробеги ионов (0.1-10 мкм), большие флюенсы (1-100 Дж/см /имп.) при коротких длительностях одиночных импульсов (<1 мкс) обеспечивают высокие значения потока мощности облучения 107-Ю10 Вт/см2, которые при токах в импульсе 550 кА и энергиях ионов 0.1-2 МэВ создают идеальные условия для сверхбыстрого (1010-10и К/с) нагрева в области поглощения излучения при минимальном тепло-отводе. Такой нагрев сопровождается очень интенсивными процессами плавления, испарения и выброса (абляции) материала со стороны облучаемой поверхности, который наблюдается при облучении образцов импульсами лазера. Испаренный материал может формировать специальные покрытия на подложках, а расплав кристалла при быстром остывании (Ю9-Ю10 К/с) способен создавать аморфные поверхностные слои, различные неравновесные микроструктуры и нерастворимые при обычных условиях твердые растворы, запрещенные диаграммами состояний.

Прогресс в применении мощных импульсных ионных пучков по сравнению с импульсным лазерным излучением в том, что они способны поставлять большую энергию 0.1-70.кДж за импульс при значительно более высоком КПД ис-

/

пользования энергии (т.е. отношения вводимой пучком энергии в мишень, к полной энергии, необходимой для генерации пучка), составляющими 15-40 % (для лазера <1%). Поэтому ускорители ионов более компактны и имеют меньшую стоимость, что обеспечивает преимущества их коммерческого использования. Другим существенным достоинством ионных пучков является возможность выбора вида ионов и их энергии, что вместе с соответствующим изменением флюенса-позволяет варьировать глубину проплавленного или испаренного слоя. Кроме этого, как показано в работе, мощные импульсные пучки ионов в отличии от импульсного лазера, более эффективны в формировании пространственных глубин-

ных упрочненных слоев в металлах, что существенно улучшает их механические свойства.

Подробный обзор работ по воздействию мощных импульсных пучков ионов на твердые материалы, включая физические аспекты явлений и радиационные превращения, представлен в [1] и монографии [2]. Кроме глобального применения мощных импульсных пучков ионов в программах управляемого термоядерного синтеза, их использование в технологиях включает: создание пленочных покрытий; легирование и перемешивание; глянцевание; очистка и полировка; улучшение прочностных и триботехнических свойств металлов; повышение антикоррозионных свойств; имплантация и отжиг; обработка поверхностей полимеров; нано-фазный порошковый синтез.

При близких значениях флюенсов и интенсивностей мощных импульсных ионных и сильноточных электронных пучков тепловые параметры их воздействия на металлы (величины пространственных температурных градиентов, скоростей нагрева и охлаждения) сравнимы между собой. Поэтому модификация свойств металлов определяет некоторые общие направления использования этих видов облучения в одних и тех же технологиях, например, для упрочнения сталей и сплавов и улучшения их триботехнических свойств и др.

В докторской диссертации А.Д.Погребняка исследовались механические свойства поверхностей сталей при облучении ионными пучками, а в работах Г.Ё.Ремнева пучками ионов модифицировались титановые сплавы лопаток авиационных двигателей. Модель массопереноса рассмотрена в [47], а работа [15] посвящена вопросам прохождения высокоинтенсивных импульсных пучков заряженных частиц, плавления и формирования упругих и пластических волн в металлах.

Научная новизна работы представлена:

1. Исследованием процессов формирования глубинных упрочненных слоев в металлах под воздействием мощных импульсных пучков ионов с использованием уникальных ядерно-физических методов: пучка медленных позитронов (0.2-

30 кэВ); измерения кривых углового распределения аннигиляционных фотонов; исследования остаточных деформационных состояний методом ядер отдачи; определение твердости наноиндентором.

2. Расчетом параметров ударной волны, генерируемой в металлах мощными импульсными ионными пучками

3. Кинетической моделью процессов интенсивного дефектообразования в поле ударной волны, генерируемой импульсными ионными пучками.

Научная ценность состоит в использовании полученных результатов в физике высоких плотностей энергии, плазмы, твердого тела и в физике металлов при сверхплотном возбуждении электронной и атомной подсистем, а также в радиационном материаловедении.

Практическая ценность работы состоит:

1. В разработке нового способа обработки металлов мощными импульсными ионными пучками, формирующего глубинные упрочненные слои и улучшающего их механические свойства.

2. В разработке технологии обработки режущего инструмента и определении ее оптимальных режимов.

Достоверность полученных результатов достигается:

• корректностью постановки решаемых задач и их физической обоснованностью;

•использованием современных ядерно-физических методов анализа, строгим обоснованием выбора оптимизируемых параметров и экспериментальных методик определения'механических и триботехнических свойств;

•большим объемом экспериментальных данных и их статистической обеспеченностью;

•хорошим согласием расчетных и экспериментальных характеристик, сопоставлением результатов полученных разными методами, их сравнением с результатами других авторов, а также их соответствием современным представлениям физики твердого тела и радиационной физики.

Основные защищаемые положения:

1. Формирование глубинных упрочненных слоев в металлах и сплавах при воздействии мощных импульсных пучков ионов является нелинейным механическим эффектом, который происходит при интенсивностях и флюенсах пучка превышающих некоторые критические значения, зависящие от свойств материала.

2. Образование глубинных упрочненных слоев при облученйи импульсными ионными пучками обусловлено генерированием ударной волны в материалах и интенсивным дефектообразованием в области формирования фронта ударной волны. /

3. Численный метод моделирования процесса распространения ударной волны дает возможность рассчитать ее основные характеристики.

4. Кинетическая модель дефектообразования в поле ударной волны формирует основу нового метода расчета распределений микротвердости по глубине мишени при различных параметрах облучения мощными импульсными пучками ионов.

Личный вклад автора состоит в реализации основных направлений исследований, планировании эксперимента, разработке его методик и проведении совместно с коллегами экспериментальных исследований, их анализа, теоретического описания, обсуждения и обобщения результатов, формулировке выводов.

Апробация работы. Результаты работы докладывались на: 1) Международной Конференции по Поверхностной Модификации Металлов Ионными Пучками (ЭММЕ-10, Гатлинбург, Теннесси, США, 1997); 2) 12-ой Международной конференции по мощным пучкам (ВЕАМ'8-98, Хаита, Израиль, 1998); 3) 3-ей Ме-

ждународной Школе-Семинаре "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах" (Барнаул, 1996); 4) Международной Конференции "Ядерная и Радиационная Физика" (Алматы-1997); 5) На семинаре Аэрокосмического Технологического Центра "Allied Signal" (г. Морристоун, Нью-Джерси, США, 1997); 6) 4-ой Казахстанской Конференции с Международным участием по Физике твердого тела (г. Караганда, Казахстан, 1997); 7) 11-ой Международной Конференции по Модификации свойств Материалов Ионными Пучками (IBMM-98, Амстердам, Голландия, 1998).

Публикации. Содержание диссертации изложено в 21 работах, включая 5 опубликованных за рубежом.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 118 стр. текста, 34 рис. и 8 таблиц, включая 90 библиографических наименований.

1 Воздействие интенсивных пучков заряженных частиц на твердые тела

1.1. Особенности прохождения интенсивных пучков заряженных частиц через вещество

Интенсивный пучок рассматривается как упорядоченный поток заряженных частиц, на эволюцию которого оказывают влияние собственные поля. Имеются отечественные и зарубежные монографии, посвященные методам их получения, конструкциям соответствующих ускорителей и способам их транспортировки [3-7]. Большая часть явлений описывается макроскопической гидродинамической теорией, уравнениями Власова и Максвелла.»Взаимодействие интенсивных пучков заряженных частиц с твердыми телами имеет важные особенности в отличии от Л слаботочных пучков. Эти особенности, с одной стороны, усложняют все расчеты, а иногда делают их вообще невозможными. £ другой стороны, они определяют появление новых фундаментальных коллективных эффектов, в том числе и нелинейного характера, обуславливающих уникальные превращения и модификации свойств материалов, которые способствуют успешному применению пучков в различных технологиях.

1.1.1. Сильноточный электронный пучок

г

Как отмечалось, пробеги электронов на порядки выше пробегов ионов той же энергии. Однако, при высоких интенсивностях электронных пучков в мишени уже в начале импульса облучения генерируется плотная плазма и фактически пучок начинает проходить через нее. В этом случае пробеги электронов уже нельзя рассчитывать как индивидуальные, а они будут определятся взаимЭдействием пучка с плазмой. Возникающие коллективные пучково-плазменные эффекты обусловлены как режимами облучения (энергией частиц, плотностью тока, флюен-сом), так и параметрами генерируемой плазмы (концентрацией и составом частиц,

видом их взаимодействия, электронной и ионной температурами и др.). При определенных соотношениях этих параметров возникают коллективные плазменные осцилляции, резонансные явления и развиваются пучково-плазменные неустойчивости, сопровождающиеся резким поглощением энергии пучка различных видов [8]. В расчетах для электронов пучка используются уравнения Власова и Максвелла, а к электронам в металлах применятся квантовая статистика, т.к. их начальная электронная температура мала, а плотность велика. Коллективное поведение электронов проявляется: 1) в экранировании сил взаимодействия между ними из-за наличия объемного заряда; 2) в плазменных колебаниях.

Для получения условий возникновения неустойчивостей и определения их вида необходимы следующие данные. Для пучка: вид частиц, их заряды, массы, спектральное распределение по энергиям, распределение скоростей частиц в продольном и поперечном направлениях. Для плазмы: состав ее компонент, их массы, Заряды, концентрации, скорости частиц, электронные и ионные температуры. Характер неустойчивостей зависит от класса материала, в который происходит инжекция пучка. Существуют критерии появления неустойчивостей различных видов: гидродинамических или кинетических. Иногда происходит их постадийное развитие и несколько видов могут существовать одновременно. Задача состоит в определении той неустойчивости, за счет которой осуществляется основная передача энергии пучка мишени и происходит его торможение. Обзор работ по взаимодействию сильноточных электронных пучков с плотной плазмой рассматривался в [9], где важными параметрами являлось распределение скоростей частиц в продольном (по оси пучка) и поперечном направлениях.

При прохождении релятивистских электронов через термолизованную электронно-дырочную плазму (которая генерируется в диэлектриках и полупроводниках) вероятно появление плазменной неустойчивости. При одинаковой электронной и дырочной температурах и выполнении условия ив>1>г(ис, иг - скорости электронов в пучке и в плазме, соответственно) возможно образование кинетиче-

ской неустойчивости Бунемана [10]. Она приводит к локальным колебаниям плотности частиц и перераспределяет энергию в облученной области.

1.1.2. Мощный импульсный пучок ионов

Обработка поверхности металлов и сплавов импульсными пучками ионов относится к локальным методам термической обработки с помощью высококонцентрированных источников нагрева. В этой связи ионный пучок как источник нагрева при термической обработке материалов имеет черты, свойственные всем другим высококонцентрированным источникам, а также и свои перечисленные ниже особеннбсти и преимущества.

1. Высокая концентрация подводимой энергии и локальность позволяют производить обработку только поверхностного участка материала без нагрева остального объема и нарушения его структуры и свойств. В результате очевидны экономические и технологические преимущества. Кроме того, высокая концентрация подводимой энергии позволяет провести нагрев и охлаждение обрабатываемого материала с большими скоростями при очень малом времени воздействия. В результате получаются уникальные структуры и свойства обработанной поверхности.

2. Возможность регулирования параметров ионно-пучковой обработки и составом ионов в широком интервале позволяет легко регулировать структуру поверхностного слоя, его свойства, такие как твердость, износостойкость, шероховатость и др.

Обработка материалов импульсными ионными пучками основана на возможности создавать на малом участке поверхности высокие плотности теплового потока, необходимые для интенсивного'нагрева или расплавления практически любого материала. При воздействии ионов на поверхность обрабатываемых металлов и сплавов частично рассеивается от нее, а остальной поток проникает на незначительную глубину. Эта энергия практически полностью поглощается элек-

тронами в приповерхностном слое толщиной 0.1-1 мкм. Вследствие этого резко повышается электронная температура Ге, тогда как температура кристаллической решетки Г, остается незначительной.

С течением времени возрастает интенсивность передачи энергии свободных электронов кристаллической решетки. Начиная со времени релаксации ^=10"9-10"п с разность температур становится минимальной и тепловые процессы в металле можно охарактеризовать общей температурой Г0. Последующий нагрев металла осуществляется по тем же физическим закономерностям, которые присущи традиционным способам теплового воздействия на металлы. Это дает основание рассматривать распространение теплоты в металлах при обработке ионными пучками с классических позиций теории теплопроводности. Процессы распространения теплоты зависят от интенсивности теплового воздействия и, в значительной степени, от теплофизических свойств материала.

Основная особенность воздействия ионных пучков на твердые тела в отличии от электронных обусловлена на порядки меньшими пробегами ионов. Наиболее часто используются в технологиях пучки легких ионов (водорода, углерода, азота и др.) с энергией 0.1-2 МэВ, которым соответствуют пробеги 0.1-10 мкм, а поглощение энергии происходит в тонком поверхностном слое и тепловой эффект воздействия выражен здесь более отчетливо. Основные явления при облучении:

1) абляция (выброс) материала со стороны облученной поверхности; 2) генерация

6 11

звуковых и ударных волн вызванных сверхбыстрым (10 -10 К/с) нагревом и охлаждением (108-1010 К/с) в сочетании с высокими пространственными градиентами температур (106-108 К/см). Упругие и ударные волны вызывают значительные структурно-фазовые превращения на глубинах, на порядки превышающих пробег ионов, проявляются так называемые эффекты дальнодействия, которые рассмотрены далее.

1.2. Воздействие ударной волны на металлы

Этому вопросу посвящен обзор экспериментальных и теоретических работ [11]. Исследование пластической деформации выполнялось методом численного моделирования, основанного на решении уравнений распространения плоской ударной волны и деформации твердого тела в рамках механики сплошной среды. Законы сохранения массы (1.1), момента (1.2) и энергии (1.3) дополнялись уравнением состояния (1.4):

ро0=р1(0-и) (11)

РгРо=РоОи (1.2)

Е\ -Ео = 0.5 (Р1+Р0) (Уо-У\) (1.3)

Р=/(Р) (14)

где р - плотность; У=р'1- удельный объем , Р - напряжение в направлении распространения волны; В - скорость ударной волны; и - массовая скорость позади ее фронта. Индексы 0, 1 относятся к начальному и сжатому состояниям, соответственно. Уравнения состояния при высоких давлениях брались из эксперимента и использовались данные наблюдений по пространственно-временному ударно-волновому профилю - зависимости массовой скорости от времени, давления и толщины мишени. Этот профиль не несет информации о специфических процессах в ударно-нагруженном материале, но отражает характер его поведения при

■Л

критических давлениях: скоростях деформаций, временах' структурных модификаций и др. Ударные волны слабой интенсивности с давлениями в несколь-

О "7

ко ГПа и временами воздействия 10" -10" с не вызывают, как правило, разрывов сплошности материала и его разрушения, поэтому их используют для улучшения механических свойств. Если давления в кристалле очень малы, то в нем распространяется только упругая волна. При более высоких давлениях волны разделяется на чисто упругую, распространяющуюся со скоростью продольного звука и пластическую волну, скорость которой равна:

ир= 4с1Р ыР Ук^дГ (1.5)

Скорость йр быстро возрастает из-за уменьшения сжимаемости с давлением. Формирование стабильного волнового профиля зависит от давления ударной волны и свойств материала. Основная характеристика напряженного состояния зависимость деформации материала от напряжения в поле ударной волны. Состояние материала соответствует гидростатическому сжатию по кривым Гюго-нио вплоть до очень высоких давлений - порядка сотен ГПа. Далее определяющим фактором является тепловая компонента давления, так как в поле ударной волны начинается интенсивный нагрев вплоть до температур плавления. Ударная волна вызывает эффективное дефектообразование. Этот вопрос будет рассмотрен

I

далее подробно. При низких давлениях различие между компонентами напряжения в направлении распространения волны и поперечном направлении определяется напряжением текучести, которое выдерживает материал. Оно зависит от ти*

пов и концентрации дефектов, созданных деформацией. Его величину в сжатом состоянии можно определить, измеряя амплитуду упругой волны, распространяющейся через уже'сжатый материал. Сжатие в ударной волне - адиабатический процесс, поэтому нагрев и изменение параметра решетки будут меньше, чем при гидростатическом сжатии. При давлениях Р<10 ГПа металлы сжимаются на 5-8 %.

Рассмотрим некоторые микроскопические особенности поведения металлов при распространении ударной волны. Массовая скорость частиц в точке х

>

равна:

и(х) = у1[Р(х)-Р0][У0-У(х)] (1.6)

где К0, Ро - давление и объем соответствующие начальному состоянию материала. Когда в кристалле есть дислокации, то изменение их плотности и локальных напряжений влияют на и.-Она будет выше в области скольжения дислокаций, чем вне ее. Возникающие градиенты создают смещение частей кристалла, и появляются усилия, способствующие концентрации дислокаций на фронте ударной волны. Этот эффект экспериментально наблюдался и использовался для объясне-

ния связи наблюдаемого упрочнения материала и времени Лг, в течение которого материал оставался под нагрузкой. Получена линейная зависимость между величиной напряжения сдвига и Ж Образование высокой плотности дислокаций (1010-10п см"2) на фронте сжатия, включающих в себя дислокационные петли, двойники и точечные дефекты, сильно ослабляет градиенты потока и вызывает перестройку структуры. Поведение материала при высоком давлении определяется взаимодействием дефектов между собой и матрицей [11]. Рассчитана скорость дислокаций в зависимости от напряжения сдвига, ее максимум равен скорости волны сдвига. Ударная волна в металлах вызывает двойникование и рождение точечных дефектов, а их миграция и взаимодействие с дислокациями играют важную роль в скорости деформации и зарождении сдвиговых напряжений. »

Для ударной волны в кристаллах существуют предпочтительные направления ее распространения. Возможен эффект фокусировки - преимущественное движение ударной волны вдоль наиболее плотной упаковки атомов, при этом,гфо-кусирующие столкновения распространяются с высокой скоростью 1500-5000 м/с. Основные черты этого явления: 1) кинетическая энергия передается вдоль цепочки без энергетических потерь на тепло; 2) скорость при фокусировке в 2-3 раза выше, чем для обычной ударной волны. Для исследования коллективного поведения дефектов под действием ударной волны в микрообъемах проводилось численное моделирование. Изучен пространственный характер перестройки, определено ее время и влияние на макромеханические характеристики материала. Например, для меди при Р=30 ГПа и сжатии 18.6 % это время -3-10"13 с. Экспериментальное исследование упрочнения в ударной волне (повышение микротвердости) показало, что оно обусловлено квазиэнтропным нагружением и сжатием в поле ударной волны, зависит от ее интенсивности и длительности воздействия и эффективно при длительностях нагружения ЛК\ мкс.

Общей чертой различных материалов, находящихся под воздействием ударной волны, является значительное увеличение с давлением концентраций различных типов дефектов. Электронно-микроскопические исследования ударно-

деформационных структур в металлических пленках показали, что размер дислокационной ячейки является интегральной характеристикой упрочнения чистых металлов. В свою очередь, он зависит от плотности дислокаций и величины нагрузки. В диапазоне давлений от нескольких единиц до нескольких десятков ГПа получено:

d=KJ^d (1.7)

d=d<A}+KidoP) (1.8)

где d - размер ячейки; щ - плотность дислокаций; d0 - примерно равно начальному размеру зерна; Р - величина нагрузки; К, К\- const. Видно уменьшение d с ростом riduP Зависимость микротвердости от давления, имеет вид:

Н-Н0=КГР05 (1.9)

Значения констант К, К\ и К2 определяются экспериментально.

1.3. Взаимодействие импульсного лазерного излучения с твердыми телами

Физика процессов взаимодействия--импульсного лазерного облучения излучения с твердыми материалами определяется интенсивностью I, длительностью одиночного импульса тр, частотой их следования, свойствами материала и характеристиками среды. Источники импульсных лазеров обеспечивают режимы: /~104-1015 Вт/см2; г„=10"9-1 с; флюенсы до Ф~Ю6 Дж/см2/имп. При сверхбыстрых

-л

г

скоростях нагрева и охлаждения, высоких пространственных градиентах температур происходит плавление, испарение и абляция материала. При этом возможно как упрочнение материалов, так их разрушение [12]. Анализ их возможных механизмов представлен в [2]. Структурно-фазовые превращения в приповерхностной области связаны с тепловым воздействием, а на больших глубинах - с ударной волной. Начальное распределение поглощенной дозы ¡V по глубине х имеет вид [2]:

po v ÓJ

где R - коэффициент отражения излучения; а - доля флюенса пучка Ф0, поглощенная в мишени плотностью р, S- глубина поглощения излучения.

В работе [17] проведены экспериментальные и теоретические исследования по воздействию лазерных ударных волн на твердые тела. Обнаружен ряд новых эффектов, связанных с изменением механических и электрических свойств металлов и полупроводников, отраженных в монографиях [14,15] и публикациях [16-22]. Результаты работ в целом представляют не только научный, но и практический интерес их использования в технологиях. Лазерные ударные волны существенно отличаются от волн, создаваемых взрывом или высокоскоростным соударением. Характерная длительность фазы сжатия при облучении импульсами лазе-

ч 1 л

ра на три порядка меньше, а диапазон давлений шире: от акустических до 10 Па. При импульсном лазерном нагружении легко получить заданный фронт волны плоский, цилиндрический или другой. Это обуславливает особенности их струк-

5 2 — А

турно-фазовых модификаций. Воздействие лазера (5-10 Вт/см ; 7-10 с) на сплавы на основе меди Al-5 % Cu, Al-30 % Си, А1-33 % Си (масс. %) рассмотрено в [16]. Установлено: 1) при расплавлении сплавов вследствии диффузии компонент в жидкой фазе и термокапиллярной конвекции происходит гомогенизация расплавов и их закалка с высокой скоростью (2-Ю6 К/с); 2) микроструктура закаленных слоев имеет ультрадисперсный характер и упрочняется: а) в сплаве А1-5%Си - за счет образования зон Гинье-Престона; в сплавах Al-30%Cu, А1-33%Си - при выделении включений #-фазы из пересыщенных растворов. Микротвердость в облученной области по Виккерсу составила в кГ/мм2 (в скобках указаны начальные значения): Al-5%Cu-82(162); Al-30%Cu-342(165); А1-33%Си-374(175); 3) кристаллизация расплавов направленного характера по механизму эпитаксиального наращивания, а затравкой служат зерна первичного a-раствора. Превращения в Мо, Al, Ni и полупроводниках под воздействием лазерных ударных волн исследованы в [18]. Лазерная ударная волна генерировалась рубиновым лазером (107-

109 Вт/см2). Структуры анализировались методами вторичной ионной масс-спекгрометрии, Оже - спектроскопии, просвечивающего электронного микроскопа и др.

В [19] зарегистрирован возврат электросопротивления никеля при совместном действии теплового (нагрев импульсами лазера) и гидродинамического (прохождение лазерной ударной волны) механизмов, вызывающих интенсивную генерацию точечных дефектов. Лазерная ударная волна в А1 генерировала дислокационные петли Франка [16]. Обнаружено избирательное действие лазерной ударной волны на тяжелые легирующие примеси (бор, железо) в германии и кремнии, проявляющиеся в их повышенной повреждаемости [20]. Методом измерения эффекта Холла, четырехзондовых измерений проводимости по объему облученного кристалла показано, что присутствие атомов Ре в 81 в несколько раз снижает порог повреждаемости. Причем в п-81 атомы Бе переходят из междо-узельного в узлы кристаллической решетки с образованием акцепторных центров. Облучение полупроводников р-Б1, р-ве, содержащих в исходном состоянии примесь бора с концентрацией 2-1017 см"3, лазером (107-109 Вт/см2; 80 не) показало: 1) атомы примеси изменяли свое пространственное положение в матрице основного элемента и происходила их ионизация; 2) более чем на два порядка возрастала проводимость полупроводников сразу после импульса и снижалось их стационарное сопротивление; 3) степень изменения этих характеристик определялась эффективностью легирования примеси облучением, зависела от температуры кристалла, его ориентации относительно пучка и режимов облучения [81,82].

Основные выводы отмеченных работ: 1) лазерная ударная волна генерирует высокую концентрацию точечных дефектов; 2) их генерация не связана с пластической деформацией, петлями дислокаций и микротрещинами; 3) она также не связана с термической активацией при нагреве, т.к. тепловая волна локализована у поверхности, а адиабатический нагрев в ударной волне меньше 1 К; 4) для образования точечных дефектов необходима именно ударная волна, т.к. акустическая волна, а тем более, статическая нагрузка с тем же уровнем напряжений подобного

эффекта не производят. Хотя при таком облучении напряжения на поверхности не ниже, чем в глубине образца, максимум изменения свойств происходит в области формирования фронта ударной волны. Это указывает на неидентичность механизмов воздействия акустических и ударных волн равной амплитуды; 5) генерация дефектов происходит при малых амплитудах ударных волн, когда средняя энергия на атом составляет сотые доли эВ.

Предложен механизм атермической бездислокационной генерации точечных дефектов в ударной волне. Энергия ударной волны рассеивается на неодно-родностях кристалла (примесях, физических дефектах, термических флуктуациях), создавая локальные повреждения. Согласно [18,20,23], отличие воздействия ударной волны от волны напряжений в том, что передача импульса от атомов в сжатом ударной волной веществе к еще невозмущенной части проявляется не как коллективное движение атомов, а, скорее, как индивидуальное воздействие. Ударная волна одномерно деформирует решетку, создавая поперечные смещения атомов. При уровне напряжений, близких к динамическому пределу прочности, эффективная энергия смещения атома поэтому ниже, чем радиационная пороговая энергия смещения ~25 эВ. Приращение энергии за фронтом ударной волны поровну делится между внутренней и кинетической энергиями твердого тела [24] и составляет -0.1 эВ на атом. Такой низкий уровень повышения энергии увеличивает роль дефектности, примесей и флуктуаций. Сделано предположение: ударная волна - это направленный поток неравновесных фононов, в результате их рассеивания на нерегулярностях решетки центр рассеяния получает импульс и образует дефект. Избыточная сила Р, действующая на центр рассеяния, создается некогерентной (тепловой) Рт и когерентной (упругой) Рх составляющими, из которых первая дает основной вклад из-за сильной зависимости сечения рассеяния от величины волнового вектора. Показано, что [20]:

/г (9тг\А,ъ2к ТРАГ +1X1-*)

7Г- = Ьг -Ъ— (1.11)

* ехр(л:) -1

(1.12)

где к - постоянная Больцмана; Т - начальная температура тела; Г - постоянная Грюнайзена; е - суммарная относительная деформация в ударной волне; Е полная энергия ударной волны; ЛЕт- приращение тепловой энергии на один атом; ха =6 /Т, где в - температура Дебая. Например, при 7ЧЗОО К и давлении волны 1 ГПа F7■/Ft~5•104 для и 1.4-104 для А1. Избыточный импульс, получаемый центром рассеяния, пропорционален величине:

где с - модуль упругости; А - атомный вес матрицы; Лет, ЛА - локальные

изменения а и А, вносимые центром рассеяния. Так как решетка, сжатая ударной волной, находится вблизи предела устойчивости, то пороговая энергия смещения оказывается значительно ниже энергии образования дефекта. Эффективными центрами рассеяния являются собственные дефекты и тяжелые примеси, что подтверждено экспериментальной зависимостью повреждаемости 81, легированного Ре, где обнаружен скачок поперечной проводимости от давления ударной волны [20]. Другие аналогичные эксперименты на металлах [18], показали, что концентрация точечных дефектов в них после лазерного нагружения значительно превышает рассчитанную по величине пластической деформации. Это подтверждает предложенный механизм атермической бездислокационной генерации точечных

дефектов, который существенен и в пластических материалах.

В последнее время ударные волны широко применяются для инициирования и протекания химических процессов в органических и неорганических материалах [25], в том числе высокопористых кристаллах [26], которые в обычных условиях осуществить не удается. Исследования направлены на получение специальных радиационно-стойких материалов для передней стенки ядерных реакторов и защиты от ядерного оружия, новых материалов для микроэлектроники, химически стойких полимеров, механического упрочнения композиционных материалов. Лазеры позволяют получить ударные волны с заданными характеристиками, что

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Кылышканов, Манарбек Калымович

Выводы

1. Экспериментально показано, что процесс формирования глубинных упрочненных слоев в металлах и сплавах при облучении мощными импульсными пучками ионов является нелинейным эффектом, который происходит при флюен-сах и интенсивностях выше некоторых критических значений, зависящих от свойств материала и параметров пучка. Исследовано формирование таких слоев в Ве, РЬ и стали Р6М5.

2. Экспериментально установлено наличие четырех деформационных слоев по глубине облученных мощными импульсными пучками ионов металлов с различным характером остаточных деформационных состояний: две области сжатия и две растяжения, которые соответствуют пространственному распределению микротвердости.

3. Исследование влияния различных видов радиации на глубинное упрочнение показало: а) импульсный ионный пучок по сравнению с мощным импульсным лазерным облучением и ионной имплантацией формирует более протяженные упрочненные слои на больших глубинах с повышенной величиной микротвердости; б) их наличие обеспечивает значительное (1.5-2.5 раза) увеличение износостойкости металлов и сплавов.

4. Установлено, что обнаруженные эффекты дальнодействия в металлах, ^ облученных импульсными ионными пучками, такие как перераспределение легирующих элементов в сплавах и глубинное упрочнение, полностью определяются ударной волной.

5. Разработанная кинетическая модель структурных превращений в поле ударной волны показала, что наиболее интенсивное дефектообразование происходит в области формирования ее фронта, где градиент ее давления максимален.

6.Проведенный расчет неравновесных параметров ударной волны показал, что рассчитанные зависимости хорошо согласуются с экспериментальными данными при различных режимах облучения в исследуемых металлов. Показана устойчивость расчетных характеристик упрочнения в рассматриваемых пределах варьирования пространственного и временного интервалов.

Заключение

Рассмотрено одно из перспективных и современных направлений развития физики твердого тела и радиационного материаловедения - воздействие мощных импульсных пучков ионов на твердые материалы. Подобные воздействия способны создавать такие сверхплотные возбуждения в электронной и ядерной подсистемах и формировать уникальные структурно-фазовые превращения, которые ранее были недостижимы при других видах, включая ионную имплантацию или лазерное облучение. На основе использования мощных импульсных пучков ионов были разработаны новые технологии и высокоэффективные способы обработки материалов, с помощью которых удалось успешно решите некоторые новые задачи радиационного материаловедения создание материалов со специальными свойствами для ядерной энергетики, аэрокосмической промышленности, машиностроения, микроэлектроники и др.

Затронутые проблемы, по возможности, освещены как с научной точки зрения, так и в плане промышленного применения, основываясь и отражая новейшие результаты как мировых, так и собственных исследований. Физика взаи4 Г модействия высокоинтенсивных пучков с кристаллами рассмотрена на атомном, микро- и макроуровнях. Структурно-фазовые превращения, обуславливающие модификацию всех свойств твердых материалов, исследованы с позиции единой концепции трансформации энергии облучения в веществе, что представлено в работе в виде обобщенной схемы. Эта схема универсальна, так как ее можно применить, кроме отмеченных, для любых других видов радиационных воздействий, таких как слаботочная ионная имплантация, облучение нейтронами, плазменными или электромагнитными потоками. Здесь она успешно использовалась для объяснения радиационных явлений, в том числе и нелинейного характера, таких как эффект дальнодействия при облучении металлов и сплавов импульсами ионов и мощными лазерными пучками. В последнее время этому эффекту уделяется большое внимание в исследованиях, что отражено в материалах ряда соответствующих тематических конференций. Его отличительная особенность состоит в том, что структурно-фазовые превращения, вызванные высокоинтенсивной радиацией, наблюдаются на глубинах, на один-два порядка превышающих глубину облученной области. Это обуславливает в твердых материалах существенное улучшение уже имеющихся свойств (механических, триботехнических, антикоррозионных и др.) или появление новых модификаций, ранее недостижимых при других видах воздействий. В работе подробно исследована и проанализирована роль ударных и угфугих волн, генерируемых ионным облучением, в наблюдаемых эффектах.

Результаты исследований по возможности представлены в работе в виде графиков, таблиц, технологических схем, удобных для пользователей. Многие из них носят несколько незавершенный характер и являются сейчас предметом дальнейших исследований.

Ограниченный уровень свойств твердых материалов является основной причиной, сдерживающей успешное развитие технологий их обработки. Облучение мощными ионными пучками оказался способным к наиболее полной модификации уже имеющихся свойств, а также созданию ранее недостижимых новых

•Л свойств. Дополнительное сочетание с их высоким КПД на порядки большем, чем при лазерном облучении, малые временные и энергозатраты определили их успешное применение в широкомасштабных коммерческих технологиях.

В работе по возможности отражены основные тенденции развития подобного направления как в научном плане, так и практическом использовании сопутствующих технологий и ожидается, что в ближайшее время интерес к затронутым здесь проблемам и интенсификация таких исследований будут по прежнему нарастать.

В заключении выражаю искреннюю благодарность научному руководителю профессору Плотникову C.B. научному консультанту профессору Валяеву А.Н., профессорам Погребняку А.Д. (г.Сумы, Украина), Ремневу Г.Е. (г.Томск) за содействие в проведении экспериментов и обсуждении результатов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Кылышканов, Манарбек Калымович, 1998 год

Список использованных источников

1 Davis A.N., Remnev G.E., Stinnet W.R. Yatsui К. "Intense Ion-Beam Treatment of Material" //MRS Bulletin, 1996, v.XXI, №8, p.58-62.

2. Валяев A.H., Погребняк А.Д., Плотников C.B. Радиационно-механические эффекты в твердых телах при облучении высокоинтенсивными мпульсными электронными и ионными пучками. Алматы: Гылым. 1998. 266 с.

3. Sudan R.N. Inertial Confinement Fusion. /Edited by Caruso A. Sindoni E. (International School of Plasma Physics "Pierro Cardirola"(Varenna). Italian physical Society. Bologna. 1989). p.453.

4. Миллер P Введение в физику сильноточных пучков заряженных частиц. М.:Мир. 1984.

5. Быстрицкий В.М., Диденко А.Н. Мощные ионные пучки. М.. Энергоатомиз-дат. 1984. *

6. Молоковский С.И., Сушков А.Д. Интенсивные электронные и ионные пучки. Л.. Энергия. 1972.

7 Разработка и применение источников интенсивных электронных пучков. /Под

ред. Г.А.Месяца. Новосибирск: Наука. 1976. 8. Pines D., Schrieffer К. "Collective Behavior in Solid-State Plasmas" //Phys. Rev. 1961. v.124. №5. p.1387-1396.

-л

9 Диденко A.H., Лигачев A.E., Куракин И.Б. Воздействий пучков заряженных частиц на поверхность металлов и сплавов. М.. Энергоатомиздат. 1987

10. Buneman О. "Dissipation of Current in Ionized Media" //Phys. Rev 1959. v. 115. p.503-509.

11. Mogilevsky M.A. "Mechanisms of deformation under shock loading" //Physics Reports. 1983. v.97 №3. p.357-393.

12. Donaldson E.G. "Surface hardeming by laser (a review)". //British Foundryman. 1986. F1540. p.262-278.

13. Steverding В. Werkheisev A.H. "The plume of electron and laser pulses" //J. Phys. D. Appl. Phys. 1971. v.4. p.54-61.

14. Рыкалин H.H., Углов A.A. Кокора A.H. Лазерная обработка материалов. М.. Машиностроение. 1975

15. Воздействие концентрированных потоков энергии на материалы. /Под ред. Рыкалина H.H. М.. Наука. 1985.

16. Иванов Л.И., Масляев С.А., Пименов В.Н., Янушкевич В.А. "Кристаллизация сплавов алюминий-медь после воздействия импульсного лазерного облучения" //ФХОМ. 1988. №2. с.65-70.

17 Янушкевич В.А. "Критерий возможности образования ударных волн при воз-1 действии лазерного облучения на поверхность поглощающих конденсированных сред" //ФХОМ. 1975 №5. с.9-11.

18. Иванов Л.И., Янушкевич В.А. "Генерация дефектов в объеме кристаллов при прохождении лазерных ударных волн" //Физика и химия плазменных металлургических процессов. М.. Наука. 1985. с.173-176.

19. Иванов Л.И., Мезох З.И., Янушкевич В.А. "Возврат электросопротивления никеля после воздействия мощного лазерного излучения" //ФХОМ. 1977 №1. с.38-42.

20. Янушкевич В.А., Полянинов A.B. и др. "Механизм образования и ионизация дефектов в прлупроводниках при импульсном лазерном облучении" //Изв. АН СССР Сер.физ. 1985. т.49. №6. с.1146-1152.

21. Полянинов A.B., Янушкевич В.А. "Размножение дефектов в полупроводниках при многократном прохождении ударных волн" //ФХОМ. 1987 №4. с.58-62.

22. Иванов Л.И., Никифоров Ю.Н., Янушкевич В.А. "Эффект изменения электропроводности полупроводниковых кристаллов при прохождении ударной волны от импульса излучения ОКГ" //ЖЭТФ. 1974. т.67 №1. с. 147-149.

23. Янушкевич В.А. "Закономерности образования точечных дефектов в ударной волне малой амплитуды". //ФХОМ. 1979. №2. с.47-51.

24. Зельдович Я.Б. Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гиродинамических явлений. М.. Наука. 1966.

25. Graham R.A., Morosin В et. al. "Chemical Reaction in Shock Compression of Solids" //Proc. Intern. Symp. "Intense Dyn. Load and Eff." Beying. 1986. p.626-631.

26. Anderson M.U., Graham R.A. Holdman G.T. "Recent measurement define the dispersion of shock waves in highly porous Solids" //Res. Brief Sandia National Laboratories. USA. 1994. v.9. p.4-5

*

27 Кылышканов M.K., Плотников С.В. "Кратерообразование на поверхности сплавов при воздействии мощных импульсных ионных пучков" //Тезисы докл. Междун. Конфер. "Ядерная и Радиационная Физика" Алматы. 4997 с.144-145.

28. Бойко В.И., Кадлубович В.Е., Шаманин И.В., Юцышин К.В. "Зависимость механизма генерации звука в металлах от плотности тока ионного пуч^а" //ФХОМ. 1993. №5. с.28-34.

29. Бойко В.И., Шаманин И.В., Юцышин К.В. "Термоударное нагружение металла импульсным протонным пучком" //ФХОМ. 1992. №1. с.29-33.

30. Погребняк А.Д., Ремнев Г.Е. Чистяков С.А., Лигачев А.Е. "Модификация свойств металлов под действием мощных ионных пучков" //Изв. ВУЗов. Физика. 1987 №1. с.52-65.

31. Pogrebnjak A.D., Remnev G.E. et.al. "Stucture modification and mechanical properties of alloys exposed to pulsed ion beams" // Rad. Effects. 1987 v.102. №1. p.103-106.

32. Didenko A.N., Remnev G.E. Pogrebnjak A.D. et.al. "Atomic and nuclear physics methods for structure of metals and alloys exposed to high power ion beams" //Nucl. Instnim. and Meth. 1987 B27 p.421-427

33. Isakov I.F., Ligachev A.E., Pogrebnjak A.D., Remnev G.E. "Changed structure and improved operation characteristics of metals and alloys exposed to high power ion beams". //Nucl. Instrum. and Meth. 1987. B28. p.37-40.

34. Погребняк А.Д., Ремнев Г.Е. и др. "Повышение эксплуатационных характеристик сплавов под действием мощных ионных пучков" //ФХОМ. 1987 №6. с.4-10.

35. Pogrebnjak A.D., Rusimov Sh.M. "Increased microhardness and positron annihilation in A1 exposed to a high-power ion beam" //Phys. Lett. A. 1987 v. 120. №5. p.259-261.

36. Pogrebnjak A.D. "Defect structures and positron annihilation in metals exposed to high power ion beams" //Phys. Stat. Sol. (a). 1990. v.117 p.17-22.

37 Remnev G.E., Shulov V.A. "Application of high-power ion beam for technology" //Laser and Particle Beams. 1993. v.ll. №4. p.707-731.

38. Pogrebnjak A.D., Isakov I.F et.al. "Increased wear resistance and positron annihilation in Cu, exposed to high power ion beams" //Phys. Lett. A. 1987 v. 123. №8. p.410-412.

39. Pogrebnjak A.D., Sharkeev Yu.P, et.al. "Effect of defect structure on increased mechanical and friction properties in high power ion beam irradiated a-Fe" //Proc. Intern. Conf. "Energy Pulse and Particle Beams Modification of Materials (ЕРМ-89)" Dresden. 1989. Physical Research. 1990. v. 13. p.308.

40. Ротштёйн В.П., Бушнев JI.С., Проскуровский Д.И. "Дислокационная структура меди, облученной интенсивным электронным пучком длительностью 10"8-10-7 с" //Изв. ВУЗов. Физика. 1975. №3. с.130-131.

41. Итин В.И., Кашинская И.С. и др. "Формирование упрочненных зон в сталях, облученных интенсивными импульсными электронными пучками" //В сб.. "Физика износостойкости поверхности металл )в" Ленинград: Наука. 1988. с.119-124.

42. Иванов Ю.Ф., Кашинская И.С. и др. "Изменения структуры и свойств углеродистых сталей, облученных высокоэнергетичным электронным пучком длительностью 10"5-10^ с". //Изв. ВУЗов. Физика. ,995. №10. с.42-50.

43. Иванов Ю.Ф., Лыков С.В. Ротштейн В.П. "Структура приповерхностного слоя предоткольной зоны стали 45, облученной наносекундным мегавольт-ным сильноточным электронным пучком" //ФХОМ. 1993. №5. с.62-67

44. Погребняк А.Д., Ошнер Р и др. "Изменение дефектной структуры и физико-механических свойств a-Fe, облученного сильноточным электронным пучком" //ФХОМ. 1996. №1. с.29-37

45. Валяев А.Н., Плотников B.C. Погребняк А.Д., Ремнев Г.Е. "Кинетические процессы в металлах при их облучении мощными импульсными потоками ионов наносекундной длительности" //Тезисы докл. Симпозиума по взаимодействию заряженных частиц с поверхностью твердого тела. Ташкент. 1989. с.184-185.

46. Кылышканов М.К., Валяев А.Н., Плотников С.В. "Численное решение уравнений распространения ударной волны в твердых телах, генерируемой мощным импульсным пучком ионов" //4-ая Казахстанская Конференция с Международным Участием по Физике твердого тела. Караганда. 1996. с.159-160.

47 Плотников С.В "Массоперенос и структурно-фазовые изменения в сплавах при радиационном воздействии" //Диссертация на соискание степени доктора физ.-мат. наук. Алматы. 1996.

48. A.N.Valyaev, A.D.Pogrebnjak , S.V.Plotnikov, М.К. Kylyshkanov "Study of deformation states in metals exposed to intense pulsed ion beams (IPIB)".// Surface and Coating Technology. USA. 1998. SCT 4209.

49. A.N.Valyaev, M.K.Kylyshkanov, A.D.Pogrebnjak, S.V.Plotnikov "Modification of mechanical properties of Be and R6M5 steel under intense-pulsed-ion beam (IPIB)" //11-th Intern. Conf. on Ion Beam Modification of Materials (IBMM-98). Amsterdam. The Netherlands. 1998. P.8.16.

50. Б.К.Ахметжанов, М.К.Кылышканов, К.А.Садилов, М.К.КасымовА. "Исследование высокоэнергетического воздействия на дисперсионно-твердеющие сплавы" // Труды международной конференции "Казахстан -2030". Караганда. 1998. С.763-766.

*

51. Валяев А.Н. Плотников C.B. Кылышканов М.К., Гейнеман А.Э.

' "Воздействие мощных ионных и электронных пучков на структурные превращения в сплавах" //Межвузовский сборник научных трудов. АГУ им.Абая. Алматы. 1998. с.24-27

£

52. Pogrebnjak A.D., Valyaev A.N., Kylyshkanov M.K., Plotnikov S.V "Hardening of metals at high depth as a result of HPIB treatment" //Proceeding of 12-th Conf. on High Power Particle Beams (BEAM'S-98). Haita. Israel. June 1-12. 1998. p.1-4.

*

53. Валяев A.H., Плотников C.B., Кылышканов M.K. "Процесс дефектообразова-ния в металлах при воздействии мощных импульсных пучков заряженных частиц" //Тезисы докл. Междун. Конфер. "Ядерная и Радиационная Физика" Алматы. 1997 с.142-143. .

54. Ахметжанов Б., Кылышканов М.К., Садилов К.А., Касымов М.К. "Исследование структурно-фазовых превращений и механических эффектов в металлах при высокоэнергетическом воздействии" //рборник научных трудов ВКТУ Усть-Каменогорск. 1997 с.40-49.

*

55. Плотников C.B., Валяев А.Н., Кылышканов М.К. "Структурно-фазовые изменения в сплавах после воздействия мощных импульсных пучков ионов" //Материалы XXXVI науч.-техн.конф. "Казахстан 2030" Усть-Каменогорск. 1998. с.377

56. Ахметжанов Б., Кылышканов М.К., Садилов К.А., Касымов М.К., Гордеева Т.П., Плотников A.JI. "Исследование механических эффектов в сталях й сплавах после высокоэнергетического воздействия" //Материалы XXXVI науч.-техн.конф. "Казахстан 2030" Усть-Каменогорск. 1998. с.362.

*

57 Плотников C.B. Валяев А.Н., Кылышканов М.К., Касымов М.К. "Упрочнение металлов мощными импульсными пучками ионов" //Сборник научных трудов ВКТУ Усть-Каменогорск. 1997 с.376-376.

58. Кузнецов P.A. Активационный анализ. М.. Атомиздат. 1974.

59. Ion Beam Handbook for Material Analysis. /Ed. J.W.Mayer and E.Rimini.N.Y.. Academic Press. 1977.

60. Методы анализа поверхностей. /Под ред. В.В.Кораблева и Н.Н.Петрова: Пер. с англ. М.. Мир. 1979

61. Черепин В.Т Васильева М.А. Вторичная ионная эмиссия металлов и сплавов. Киев: Наукова думка. 1981.

62. Косицын А.Н., Никитенков Н.Н., Пучкарева Л.Н., Янковский В.П. Ядерно-физические методы и их приложения для анализа вещества. М.. Атомиздат.

1983.

63. Кожевников А.В. Кравцов В.И., Пирогов B.JI. "Установка для Оже-спектроскопии с послойным распылением" //Приборы и техника эксперимента. 1985. №4. с. 160-163.

64. Sigmund R. "General Points of Ion Sputtering Theory from Metal Surfaces" //Phys. Rev. 1969. v.184. p.383-388.

65. Sroubek Z. "Quantium - Mechanical Model of Atom Ionization Under Ion Irradiation" //Mucl. Iiisrum. andMeth. 1982. v 194 p.533-539.

66. Didenko A.N., Pogrebnjak A.D. et. al. "Positron Annihilation at Defects in Surface Layers of Steel Irradiated by Supercurrent Ion Beams" //Phys. Stat. Sol. (a) 1985. v.89. p.167-172.

67 Pogrebnjak A.D. "Positron and Positron ium States in Semiconductors Irradiated by Supercurrent Beam of Charged Particles" / Phys. Stat. Sol. (a) 1984. v.86. p.191-198.

68. Быстрицкий B.M., Диденко'А.Н. Мощные ионные пучки. М.: Энергоатомиз-дат. 1984.

69. Людерштадт Дж., Мозес Г Инерциальный термоядерный синтез. М.. Мир.

1984.

70. Valyaev A.N., Plotnikov S. V Gerasimenko N.N. "Redistribution of alloy elements in steel, exposed to high power ion beams" //10-th. Intern. Conf. on Ion Beam Modification of Materials" (IBMM-96). Albuquerque. New Mexico. USA. 1996. abs.390.

71. Валяев А.Н., Плотников С.В., Герасименко Н.Н. "Обогащение сталей и сплавов при их облучении мощными импульсными пучками ионов" //Восточно-Казахстанский ЦНТИ. 1993 №70-93. с. 1-4.

72. Валяев А.Н., Плотников С.В. Плотников С.В., Купчишин А.И. " Перераспределение легирующих элементов в стслях при облучении мощными импульсными пучками ионов" //Тезисы докладов IV-Всероссийской конференции по Модификации конструкционных материалов пучками заряженных частиц. Томск. 1996. с.359-361.

73. Yutsui К., Kang X.D. et.al. "Application of intense pulsed ion beam to material science" //Phys. Plasmas. 1994. v. 1. №5. p. L730-1737

74. Chistjakov S.A., Pogrebnjak A.D., et.al. "Ion Mixing of near surface layers in Au-Cu, Cu-Mo systems, irradiated by IPIB" //Pi oc. 8-th Int. Conf. High Power Particle Beams. BEAMS-90. Novosibirsk. USSR. 1990. p.739-743.

75. Chistjakov S.A., Pogrebnjak A.D. et.al. "Dynamical Processes and Changes in Metal Structure Induced by High Power ion Beams" //Nucl. Instr. and Meth. 1989. B42. p.342-345.

76. Valyaev A.N., Kylyshkanov M.K., Plomikov S.V., Pogrebnjak A.D. "Investigation of radiation damages in a-Fe exposed to intense-pulsed-ion beam" // Abstracts of 10th Intern. Conf. on Surface Modification of Metals by Ion Beams. Gatlinburg. Tennessee. USA. 1997 THamP-48.

77 Valyaev A.N., Berdus L.I., Plotnikov S. V., Pogrebnjak A.D. "Studying of deforma-tional states in metals exposed to intense-pulsed-ion-beams" //Abstracts of 10th Intern. Conf. on Surface Modification of Metals by Ion Beams. Gatlinburg. Tennessee. USA. 1997 THamP-46.

78. Valyaev A.N., Pogrebnjak A.D., Kupcliishin A.I. "Influence of transformation and 'accumulation energy processes on metal damages, exposed to intense radiation flu-ences" // Abstracts of 10th Intern. Conf on Surface Modification of Metals by Ion Beams. Gatlinburg. Tennessee. USA. 1997. THamP-47.

79 Plotnikov S.V Pogrebnjak A.D et.al. "Structure - Phase Transformation in Bimetallic System under Power Pulse Influence" //Proc. of 3-rd Intern. Conf. "Energy Pulse and Particle Beam Modification of Materials" EPM-89. Dresden. DDR. Physical. Research. 1990. v 13 p.305-307

80. Фелдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности тонких пленок. М.. Мир. 1989.

81. Хирвонен Дж.К. Ионная имплантация. М.. Металлургия. 1985.

82. Хирвонен Дж.К., Клейтон C.B. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. /Под ред. Дж.М.Поута, Г.Фоги, Д.К.Джекобсона. М.. Машиностроение. 1987

83. Могилевский М.А. "Механизмы деформации при ударно-волновом нагруже-нии" //Диссер. доктор, физ.-мат. наук. Новосибирск. 1986. 386 с.

84. Самсонидзе Г.Г Трушин В.В. "Влияние преципиатов на эффективность поглощения точечных дефектов краевой дислокацией" //ЖТФ. 1988. т.1. №1. с.42-51.

85. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. М.. Наука. 1974. 560 с.

86. Валяев Ä.H., Плотников C.B. Ремнев Г.Е., Погребняк А.Д. "Исследование механизма упрочнения металлов при облучении мощными импульсными пучками ионов" //В сб. "Тезисы докл. 1-ой Всесоюзн. Конф. "Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц" Томск. 1988. Т.2. с.138-140.

*

87 Валяев А.Н., Плотников C.B., Кылышканов М.К., Плотников C.B. "Кинетика нелинейных механических эффектов в металлах при облучении мощными импульсными пучками ионов" //Деп. КазгосИНТИ. 29.04.97 №7639-Ка97 32 с. Реферат в сб. "Депонированные научные работы" Алматы. 1997 Выг?.4. с.21-22.

*

88. Валяев А.Н., Купчишин А.И., Плотников C.B., Кылышканов М.К. "Кинетика образования дефектов на фронте ударной волны при облучении металлов

мощными импульсными потоками ионов" //Тезисы докладов Ill-Международной Школы-Семинара "Эволюция дефектных структур в конденсированных средах" Барнаул. 1996. с.69-70.

*

89. A.N. Valyaev, М.К. Kylyshkanov, A.D. Pogrebnjak, А.А. Valyaev, "Modification of mechanical properties of Be and R6M5 steel under intense-pulsed-ion beam (ШВ)" //11-th Intern. Conf. on Ion Beam Modification of Materials (IBMM-98). Amsterdam. The Netherlands. August 31 - September 4. 1998. p.8.16.

*

90. A.N. Valyaev, M.K. Kylyshkanov, A.D. Pogrebnjak, A.A. Valyaev, "Mechanism of long-range effects in metals and alloys exposed to intense-pulsed-ion beam (1РГВ)" //11-th Intern. Conf. on Ion Beam Modification of Materials (IBMM-98). Amsterdam. The Netherlands. August 3b - September 4. 1998. p. 18.4.

t

•J9 r