Статьи автора

ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ И МИКРОТВЕРДОСТИ ТАНТАЛА В УСЛОВИЯХ ИМПУЛЬСНЫХ ПУЧКОВО-ПЛАЗМЕННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ РАЗНОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ

Номер выпуска 3 от 01.03.2024

Проведено исследование воздействия импульсных потоков высокотемпературной плазмы и ионов D+ и He+, генерируемых в двух установках Плазменный фокус с энергозапасом Е до ~1 MДж (установка ПФ-1000) и Е ≈ 5 кДж (ПФ «Вихрь»), на листовые образцы из тантала. Определены общие черты и различия в изменении микроструктуры, текстуры и микротвердости их поверхностных слоев после облучения. Выполнено численное моделирование воздействия быстрых ионов D+ и He+ на танталовую мишень в условиях, соответствующих проведенным экспериментам. Расчеты показали, что при облучении в режиме, реализованном на более мощной установке ПФ-1000, за 1 импульс испаряется поверхностный слой ~6 мкм, что превышает глубину проникновения ионов D+ и He+ с энергией 100 кэВ в танталовую мишень (1,1 мкм для D+ и 0,6 мкм для He+). В то же время в более мягком режиме облучения с использованием установки ПФ «Вихрь» толщина испаренного слоя (~0,5 мкм) меньше глубины проникновения ионов. Следствием этого являются более выраженные изменения в микроструктуре после облучения в ПФ «Вихрь»: появление множества кратеров (следов выхода имплантированного газа) и микротрещин, образованию которых способствуют дополнительные напряжения, создаваемые этими газами в тантале, а также термические напряжения, возникающие на стадии охлаждения. Имплантация газовых ионов приводит к увеличению микротвердости поверхностного слоя в образцах, облученных гелием или дейтерием в экспериментах на ПФ «Вихрь», в то время как после облучения дейтерием в установке ПФ-1000 микротвердость или не меняется, или незначительно снижается. В поверхностных слоях облученных образцов формируется текстура, обусловленная направленным теплоотводом при охлаждении и кристаллизации оплавленного слоя. Основной чертой изменений является увеличение интенсивности рефлексов от семейства плоскостей {211}, более выраженное в образцах, облученных в ПФ «Вихрь». Исследовано влияние типа рабочего газа (дейтерия или гелия) на микроструктуру, текстуру и микротвердость поверхностного слоя после облучения образцов тантала в установке ПФ «Вихрь». Заметной разницы в изменениях морфологии поверхности и текстуры при использовании дейтерия или гелия не обнаружено. В то же время микротвердость значительно больше повышается при использовании в качестве рабочего газа гелия, чем при использовании дейтерия.

15 0

Влияние импульсных пучково-плазменных воздействий на структурные характеристики и механические свойства поверхностного слоя в сплаве инконель 718

Номер выпуска 4 от 01.04.2023

Представлены результаты исследования воздействий импульсных потоков ионов гелия (ИГ) и гелиевой плазмы (ГП) на сплав Инконель 718, приготовленный по аддитивной технологии методом селективного лазерного сплавления с последующей термической обработкой. Определены основные структурные изменения в облученном поверхностном слое (ПС) для двух режимов облучения: мягкого (с плотностью мощности излучения q = 2·10⁸ Вт/см² при длительности импульса t = 50 нс) и жесткого (при q = 1,5·10⁹ Вт/см², t = 25 нс). Число импульсных воздействий в каждом режиме N = 10 и 20. Установлено, что в исходном состоянии и после облучения структура исследуемого сплава представляет собой однофазный твердый раствор на основе никеля с ГЦК решеткой. Воздействие на сплав импульсных потоков ИГ и ГП приводит к изменению его исходной текстуры в направлении <220> на текстуру <111>. Указанное изменение текстуры способствовало протеканию наблюдаемого в облученном ПС процесса пластической деформации, при которой в металлах с ГЦК решеткой под действием приложенных термических напряжений скольжение идет преимущественно по плоскостям {111}. Отмечено влияние режима облучения исследуемого сплава на параметр его кристаллической решетки. В мягком режиме воздействия потоков ИГ и ГП величина параметра решетки а снижается по сравнению с исходным значением, что может быть связано с действием остаточных макронапряжений, а также с испарением из ПС атомов примесных элементов, расположенных в междоузлиях решетки. В жестком режиме облучения параметр а возрастает, что обусловлено доминирующим влиянием механизма имплантации в сплав ионов гелия, способствующего росту величины а . Показано, что наблюдаемые структурные изменения в ПС сплава приводят к уменьшению микротвердости и разупрочнению переплавленного слоя. Методом численного моделирования оценена роль термических и ударно-волновых воздействий в процессах пластической деформации и структурных изменений в ПС при реализованных условиях облучения.

19 0

ВЛИЯНИЕ МОЩНОГО ИМПУЛЬСНОГО ЛАЗЕРНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ВАНАДИЯ, ПРЕДВАРИТЕЛЬНО ОБЛУЧЕННОГО ИОНАМИ ИНЕРТНЫХ ГАЗОВ (Обзор)

Номер выпуска 1 от 01.01.2024

Обобщены результаты исследования, выполненного авторами по изучению влияния воздействия мощного лазерного излучения на морфологию и микротвердость поверхности ванадия, предварительно имплантированного ионами инертных газов (гелий и аргон). Облучение лазерными импульсами проводили в установке ГОС-1001 в режиме модулированной добротности (плотность мощности потока q = 1,2 × 1012 Вт/м2, длительность импульса 0 = 50 нс, число импульсов N = 1—4) в вакууме. Имплантацию ионов проводили в вакууме в ускорителе ИЛУ при разных режимах: He+ (энергия 30 кэВ, дозы 1,0 × 1022 и 2,0 × 1023 м–2 , плотность потока ионов 4,8 × 1018 м–2 × с–1, Тобл ≈ 500 K), Ar+ (энергия 20 кэВ, доза 1,0 × 1022 м–2, плотность потока ионов 6 × 1018 м–2 × с–1, Тобл ≈ 700 K). Микротвердость определяли двумя способами: по восстановленному отпечатку (HV) и методом кинетического индентирования (HV*). Показано, что при имплантации газов в ванадий в указанных режимах облучения на поверхности мишеней формируются разные структуры радиационного блистеринга, определяемые как непосредственно блистеринг (ионы He+ — доза 1,0× 1022 м–2), флекинг (ионы Ar+ — доза 1,0 × 1022 м–2) и поры (ионы He+ — доза 2,0 × 1023 м–2). Установлено, что характер повреждения мишеней после воздействия лазерного излучения как на исходные образцы, так и на предварительно облученные ионами газов идентичен: образование лунки, окруженной бруствером, за которым расположена зона термического влияния (ЗТВ), причем число импульсов и предварительное облучение газами влияют на размер лунки и общий размер разрушения: эти параметры увеличиваются. Рассмотрены особенности изменения морфологии и микротвердости поверхности мишеней как в лунке, так и в ЗТВ. Отмечено, что воздействие лазерного излучения приводит к увеличению эрозии материалов, предварительно облученных ионами. Обсуждаются механизмы наблюдаемых эффектов.

14 0