Влияние поочередного облучения ионами О+ и N+ на состав, структуру и электрохимические свойства сплава системы Ti–Al–V

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведено исследование химического состава, морфологии поверхности и электрохимических свойств сплава системы Ti–Al–V в исходном состоянии, после облучения ионами О+ и поочередных облучений ионами О+ и N+ с разными дозами облучения ионов N+. Показано, что в условиях облучения ионами О+ происходит интенсивное окисление атомов титана, сопровождающееся образованием оксидов и гидрооксидов титана. Установлено, что при последующем облучении ионами N+ накопление азота и образование нитрида титана TiN осуществляется до меньших концентраций, чем без предобработки облучением ионами О+. Предполагается, что это обусловлено более высокой, по сравнению с азотом, химической активностью кислорода по отношению к атомам титана.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Л. Воробьёв

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: Vasily_L.84@udman.ru
Россия, 426067, Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34

В. С. Гладышева

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: Vasily_L.84@udman.ru
Россия, 426067, Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34

П. В. Быков

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: Vasily_L.84@udman.ru
Россия, 426067, Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34

С. Г. Быстров

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: Vasily_L.84@udman.ru
Россия, 426067, Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34

И. Н. Климова

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: Vasily_L.84@udman.ru
Россия, 426067, Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34

А. В. Сюгаев

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: Vasily_L.84@udman.ru
Россия, 426067, Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34

А. А. Колотов

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: Vasily_L.84@udman.ru
Россия, 426067, Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34

В. Я. Баянкин

Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН

Email: Vasily_L.84@udman.ru
Россия, 426067, Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34

Список литературы

  1. Козлов Д.А., Крит Б.А., Столяров В.В., Овчинников В.В. Ионно-лучевое модифицирование трибологических свойств хромистой стали // Физика и химия обр. материалов. 2010. № 1. С. 50–54.
  2. Zhang J., Peng S., Zhang A., Wen J., Zhang T., Xu Y., Yan S., Ren H. Nitrogen ion implantation on the mechanical properties of AISI 420 martensitic stainless steel // Surface & Coatings Technology. 2016. V. 305. P. 132–138. doi: 10.1016/J.SURFCOAT.2016.08.022
  3. Hug E., Thibault S., Chateigner D., Maunoury L. Nitriding aluminum alloys by N-multicharged ions implantation: Correlation between surface strengthening and microstructure modifications // Surface & Coatings Technology. 2012. V. 206. P. 5028–5035. doi: 10.1016/J.SURFCOAT.2012.04.033
  4. Thair L., Mudali U.K., Rajagopalan S., Asokamani R., Raj B. Surface Characterization of Passive Film Formed on Nitrogen Ion Implanted Ti-6Al-4V and Ti-6Al-7Nb Alloys using Sims // Corrosion Science. 2003. V. 45. № 9. P. 1951–1967. doi: 10.1016/S0010-938X(03)00027-1
  5. Figueroa R., Abreu C.M., Cristуbal M.J., Pena G. Effect of nitrogen and molybdenum ion implantation in the tribological behavior of AA7075 aluminum alloy // Wear. 2012. V. 276. P. 53–60. doi: 10.1016/J.WEAR.2011.12.005
  6. Jin J., Chen Y., Gao K., Huang X. The effect of ion implantation on tribology and hot rolling contact fatigue of Cr4Mo4Ni4V bearing steel // Appl. Surface Sci. 2014. V. 305. P. 93–100. doi: 10.1016/j.apsusc.2014.02.174
  7. Rautray T.R., Narayanan R., Kim K.H. Ion implantation of titanium based biomaterials // Progress Mater. Sci. 2011. V. 56. P. 1137–1177.
  8. doi: 10.1016/j.pmatsci.2011.03.002
  9. Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. Металлургия: Энергоатомиздат, 1990. 262 с.
  10. Овчинников В.В. Радиационно-динамические эффекты. Возможности формирования уникальных структурных состояний и свойств конденсированных сред // Успехи физических наук. 2008. Т. 178. № 9. С. 992–1001.
  11. Овчинников В.В., Макаров Е.В., Гущина Н.В. Образование аустенита в α-сплаве Fe–Mn после холодной пластической деформации в условиях быстрого нагрева пучком ионов Ar+ до 299°C // ФММ. 2019. Т 120. № 12. С. 1307–1313.
  12. Сунгатулин А.Р., Сергеев В.П., Федорищева М.В., Сергеев О.В. Влияние обработки пучками ионов (Cr+B) поверхностного слоя стали 38ХН3МФА на износостойкость // Известия Томского политехнического ун-та. 2009. Т. 315. № 2. С. 134–137.
  13. Budzynski P. Long-range effect in nitrogen ion-implanted AISI 316L stainless steel // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2015. V. 342. P. 1–6. doi: 10.1016/J.NIMB.2014.09.004
  14. Богомолов Д.Б., Городецкий А.Е., Алимов В.Х. Структурно-фазовые превращения при ионной имплантации кислорода в титан // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2012. № 7. С. 31–40.
  15. Братушка С.Н., Маликов Л.В. Ионно-плазменная модификация титановых сплавов // Вопр. атомной науки и техники. 2011. № 6. С. 126–140.
  16. Воробьёв В.Л., Быков П.В., Колотов А.А., Гильмутдинов Ф.З., Аверкиев И.К., Баянкин В.Я. Особенности формирования поверхностных слоев нержавеющей стали и титанового сплава имплантацией ионов N+ // ФММ. 2021. Т. 122. № 12. С. 1302–1308.
  17. Воробьев В.Л., Гильмутдинов Ф.З., Быков П.В., Баянкин В.Я., Колотов А.А. Влияние имплантации ионов О+ на состав и химическое строение наноразмерных поверхностных слоев медно-никелевого сплава Cu50Ni50 // ФММ. 2018. Т. 119. № 9. С. 903–908.
  18. Vorobyev V.L., Bykov P.V., Bystrov S.G., Kolotov A.A., and Bayankin V. Ya. The effect of the chemical activity of the implanted element to metal alloy components on the formation of surface layers under ion irradiation // Diagnostics, Resource and Mechanics of materials and structures. 2023. № 3. P. 29–43. doi: 10.17804/2410-9908.2023.3.029-043
  19. Ziegler J.F., Biersack J.P., Ziegler M.D. SRIM – The Stopping and Ranges of Ions in Solids (SRIM Co., Chester, 2008), http://www.srim.org (дата обращения 27.09.2023).
  20. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Издание 2-е, исправленное и дополненное. Ленинград: Химия, 1978. 392 с.
  21. Болгар А.С., Литвиенко В.Ф. Термодинамические свойства нитридов. Киев: Наук. Думка, 1980. 282 с.
  22. Воробьев В.Л., Быков П.В., Баянкин В.Я., Гильмутдинов Ф.З. Формирование наноразмерных поверхностных слоев нержавеющей стали 03Х17Н12М2 имплантацией ионов N+ // Журнал технической физики. 2019. Т. 89. Вып. 8. С. 1248–1253.
  23. Воробьев В.Л., Быков П.В., Баянкин В.Я., Шушков А.А., Вахрушев А.В. Изменение механических свойств углеродистой стали в зависимости от скорости набора дозы ионов азота и аргона // ФММ. 2014. Т. 115. № 8. С. 853–857.
  24. Решетников С.М., Бакиева О.Р., Борисова Е.М., Воробьев В.Л., Гильмутдинов Ф.З., Картапова Т.С., Баянкин В.Я. Влияние имплантации ионов азота на коррозионно-электрохимические и другие свойства армко-железа. Ч.II. Коррозионно-электрохимическое поведение образцов армко-железа, подвергнутых имплантации ионами азота // Коррозия: материалы, защита. 2018. № 4. С. 1–8.
  25. NIST XPS database, spectrum search menu [Electronic resource]. URL: https://srdata.nist.gov/xps/EnergyTypeValSrch.aspx (дата обращения 27.09.2023).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Профили распределения в образцах титанового сплава ВТ6 до имплантации (а) и после имплантации ионов N+ (б).

Скачать (144KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Профили распределения элементов в образцах сплава ВТ6 после имплантации ионов O+ (а), после поочередного облучения ионами O+ и N+ с дозой ионов N+ 1018 ион/см2 (б) и после поочередного облучения ионами O+ и N+ с дозой ионов N+ 3·1018 ион/см2 (в).

Скачать (183KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Профили распределения азота в образцах ВТ6, совмещенные в один график: 1 –имплантация ионов N+, 2 – имплантация ионов O+ и N+ с дозой ионов N+ 3·1018 ион/см2, 3 – имплантация ионов O+ и N+ с дозой ионов N+ 1018 ион/см2.

Скачать (56KB)
Метаданные
5. Рис. 4. РФЭ-спектр O 1s, полученный с глубины ~ 20 нм, в образце BT6 после имплантации N+ (a), после поочередного облучения ионами O+ и N+ с дозой ионов N+ 1018 ион/см2 (б), после поочередного облучения ионами O+ и N+ с дозой ионов N+ 3·1018 ион/см2 (в).

Скачать (125KB)
Метаданные
6. Рис. 5. РФЭ-спектр N 1s, полученный с глубины ~20 нм, в образце BT6 после имплантации N+ (a), после поочередного облучения ионами O+ и N+ с дозой ионов N+ 1018 ион/см2 (б), после поочередного облучения ионами O+ и N+ с дозой ионов N+ 3·1018 ион/см2 (в).

Скачать (116KB)
Метаданные
7. Рис. 6. РФЭ-спектр Ti 2p, полученный с глубины ~ 20 нм, в исходном образце BT6 (1), в образце BT6 после имплантации ионов N+ (2), после поочередного облучения с дозой ионов N+ 1018 ион/см2 (3), после поочередного облучения с дозой ионов N+ 3·1018 ион/см2 (4).

Скачать (47KB)
Метаданные
8. Рис. 7. АСМ-изображения поверхности образца титанового сплава ВТ6 до имплантации (а), после имплантации ионов O+ (б), после поочередного облучения с дозой ионов N+ 1018 ион/см2 (в) и после поочередного облучения с дозой ионов N+ 3·1018 ион/см2 (г).

Скачать (338KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Распределения по размерам блоков на поверхности образцов титанового сплава ВТ6 до имплантации (а), после имплантации ионов O+(б), после поочередного облучения ионами O+ и N+ с дозой ионов N+ 1018 ион/см2 (в), после поочередного облучения ионами O+ и N+ с дозой ионов N+ 3·1018 ион/см2 (г).

Скачать (538KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Вольтамперные кривые, полученные с образцов в 3.5% растворе NaCl, в логарифмическом масштабе: 1 – исходный образец, 2 – после облучения ионами О+, 3 – после поочередного облучения ионами О+ и N+ с дозой ионов N+ 1018 ион/см2, 4 – после поочередного облучения ионами О+ и N+ с дозой ионов N+ 3·1018 ион/см2.

Скачать (78KB)
Метаданные