Влияние ионной бомбардировки на свойства поверхности АМС
|
Аморфные сплавы обладают высоким сопротивлением радиационному воздействию. AMC можно рассматривать как материал с «идеальной» структурой, и отклонения от этого «идеала» можно считать «дефектами». Структурные изменения, вызванные облучением, могут быть причиной таких дефектов, но все же они оставляют металл в аморфном состоянии. В последние годы выполнены работы по изучению радиационных повреждений в АМС. Наблюдаемые эффекты могут быть классифицированы по пяти основным категориям. 1. Радиационное распухание. Наблюдалось на аморфном сплаве Fe40Ni40P16B4 после бомбардировки ионами Ni+с энергией 60 МэВ при комнатной температуре, на AMC Fe40Ni40P16B4 после бомбардировки ионами H+ с энергией 250 кэВ при максимальной дозе облучения 1*10в19 ион/см2. Наблюдаемый эффект сравним с хорошо известным для кристаллических сплавов объемным распуханием. Однако объяснить явление нельзя на базе теорий образования вздутий на поверхности кристаллических сплавов, так как обычные понятия вакансий, атомов внедрения и дислокаций не применимы для аморфных сплавов. Распухание аморфных сплавов можно связывать с понятиями создания положительного избыточного объема («атома внедрения»). Аналогичный эффект наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа на поверхности AMC Fe32Ni36Cr14P12B6 после бомбардировки ионами Не+ с энергией 40 кэВ. В отмечается, что при потоках (1—5)*10в17 см-2 на поверхности образцов зарождаются наполненные газом вздутия, увеличивающиеся в размерах с нарастанием бомбардирующего потока (Ф = 5*10в17/10в18 см-2). На электронограммах фиксируется срастание отдельных вздутий с образованием подповерхностных полостей. При дальнейшем увеличении потока частиц наблюдается отслаивание поверхности и вторичное зарождение вздутий. 2. Зависимость кинетики рекристаллизации от обработки материала высокоэнергетическими частицами. В ряде работ наблюдали уменьшение температуры начала кристаллизации в аморфных сплавах на основе Ni и в сплавах Fe—В—Si после бомбардировки их поверхности электронами. Методами мессбауэровской и оже-электронной спектроскопий изучены процессы кристаллизации на поверхности AMC Fe80B20 после облучения ионами He+ с энергией 40 кэВ. В результате бомбардировки произошло преимущественное смещение атомов В вблизи атомов Fe, что способствовало переходу сплава из аморфного в кристаллическое состояние. Фазы, выделившиеся в AMC в процессе кристаллизации, отличались от продуктов кристаллизации после обычной термообработки. Однако в некоторых работах наблюдали задержку кристаллизации AMC Fe—P и Fe—P—С после радиационного воздействия, 3. Аморфизация частично кристаллизованного аморфного сплава путем бомбардировки ионами. AMC Fe40Ni38Mo4B18 после кристаллизации подвергали бомбардировке ионами Ar+ с энергией 5 кэБ, что приводило к появлению на поверхности аморфного слоя. Методами просвечивающей электронной микроскопии, измерения коэрцитивной силы Hс и электросопротивления ρ в исследовали влияние ионной бомбардировки Ar+ на кристаллизованные образцы сплава Fe75B25. Аморфные сплавы были приготовлены закалкой расплавленного металла на быстровращающемся диске и напылением на подложку из окиси Cr, а затем отожжены при 773 К, в результате чего образовывались кристаллические фазы α-Fe, Fe3B и Fe2B. Fe3B аморфизировался полностью при дозе 0,15 смещений на атом (СНА), что является наименьшим из известных в настоящее время уровней повреждений для аморфизации металлических сплавов. Fe2B аморфизовался полностью при 1,5 СНА, а α-Fe — при 17—50 СНА. Электросопротивление аморфизованных облучением образцов было почти в два раза меньше, чем образцов, полученных напылением, что связывают с наличием в напыленных образцах пор.  4. Кристаллизация аморфных сплавов в результате воздействия ионной бомбардировки. Методами мессбауэровской спектроскопии на электронах внутренней конверсии и ЭОС исследовано влияние облучения ионами He+ с энергией 40 кэВ на свойства поверхности аморфного ферромагнитного сплава Fe40Ni40P14B6. Облучение сплава приводит к его кристаллизации, характер которой существенно отличается от кристаллизации при термическом отжиге. В частности, среди кристаллических фаз отсутствуют ферромагнитные фазы α-Fe и Fе3Р. В мессбауэровском спектре после облучения не наблюдаются магнитные сверхтонкие структуры. В случае воздействия ионов He+ с энергией 40 кэВ на AMC Fe40Ni40P14B6 при 473 К дозами 1,6*10в18; 2,З*10в18; 3*10в18 ион/см1 наблюдалась не только кристаллизация AMC в приповерхностных областях, но и образование вздутий на поверхности и их расслоение. Воздействие ионов с энергией 5 кэВ на AMC Fe40Ni40P14B6 при комнатной температуре не вызывало образования вздутий на поверхности, однако в результате макроскопической деформации подвергнутой бомбардировке ионами поверхности Ar скапливался в виде пузырьков в приповерхностном слое. 5. Влияние ионной бомбардировки на кинетику адсорбции кислорода. Известно, что бомбардировка металлов ионами инертных газов приводит к изменению адсорбционных и коррозионных свойств поверхности, а именно замедляет или ускоряет процесс окисления. Методом ЭОС исследовали влияние бомбардировки ионами Ar+ с энергией 5 кэВ поверхности сплава Fe80B20 в аморфном и кристаллизованном состояниях на кинетику адсорбции O2. В результате исследования установлено, что для AMC Fe80B20 в исходном состоянии наблюдается активный процесс адсорбции и последующее за ним образование оксидной пленки Fe (рис. 7.14). Причем в аморфном сплаве этот процесс идет в шесть раз быстрее, чем в кристаллическом сплаве того же состава. После ионной бомбардировки скорость адсорбции O2 на поверхности аморфных сплавов Fe80B20 уменьшается и процесс образования оксидной пленки не наблюдается. Бомбардировка ионами Ar+ кристаллизованных сплавов Fe80B20 не вызывает изменений скорости адсорбции О2, которая остается постоянной (рис. 7.15). Следовательно, ионная бомбардировка оказывает пассивирующее воздействие на аморфные сплавы Fe80B20.  При изменении состава AMC характер влияния ионной бомбардировки на адсорбцию О2 меняется. Нами исследовано влияние предварительной бомбардировки ионами Ar+ на взаимодействие с поверхностью AMC Fe80B20, Fe40Ni40P16B4 и Fe75Cr5P13C7. В результате эксперимента установлено, что имплантация ионов Ar+ не изменяет характера кинетических зависимостей IOKLL/IFeLMM(L) взаимодействия О2 с поверхностью указанных сплавов (рис. 7.16). Однако скорость такого взаимодействия, оцененная по тангенсу угла наклона касательной к кинетическим линиям, для разных сплавов неодинакова. Как видно из рис. 7.16, только в случае сплава Fe40Ni40P16B4 ионная бомбардировка увеличивает скорость адсорбции. Анализ низкоэнергетических пиков FeMVV для AMC Fe75Сr5Р13С7 и Fe40Ni40P16B4 показал отсутствие химической связи между атомами Fe и О. Следовательно, в этом случае протекают только процессы хемосорбции и возможно частичное погружение атомов O2 в поверхностный слой. Для сплава Fe80B20 эти процессы, по-видимому, являются основными до экспозиции O2 примерно 10в3 L, выше которых возможен процесс формирования оксидов (см. рис. 7.14). В пользу этого свидетельствует наблюдаемое нами раздвоение низкоэнергетического пика FeMVV (47 эВ → 45 и 51 эВ) для сплава Fe80B20. Изменение кинетики хемосорбции O2 и начальных стадий окисления после ионной бомбардировки обычных металлов ионами инертных газов связывается с образованием, концентрацией и распределением радиационных дефектов. При этом эффект пассивации объясняется блокирующим действием внедренных ионов за счет как уменьшения количества центров хемосорбции, так и мест погружения для атомов О. Можно предположить, что и в случае AMC этот механизм пассивации является определяющим. Однако он требует дальнейшего изучения и в первую очередь с точки зрения процессов образования структурных дефектов в АМС, природы первичных ионов, их энергий и дозы облучения. Таким образом, сказанное свидетельствует о сложности и многообразии процессов, происходящих при воздействии ионной бомбардировки на АМС. Главное состоит в том, что с помощью ионной бомбардировки можно не только получать с большой точностью новые составы АМС, но и целенаправленно влиять на свойства АМС. |
