Эффект дальнодействия при модификации приповерхностных слоев образцов WC–Co импульсным ионным пучком

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Представлены результаты модификации образцов WC–Co импульсным пучком ионов азота (200–300 кэВ, 120 нс) с плотностью энергии 7–8 Дж/см2. Показано, что изменение структуры происходит в приповерхностном слое толщиной 20–30 мкм, что значительно превышает пробег ионов в мишени (≈0.5 мкм) и глубину распространения теплового фронта в течение импульса (≈1 мкм). Выполнен анализ различных механизмов эффекта дальнодействия: формирование ударной волны, генерация первичных радиационных дефектов и др. Показано, что эффект дальнодействия связан с перезарядкой ионов и формированием быстрых атомов. Выполнено моделирование перезарядки ионов в газовом слое десорбированных молекул. Получено, что вероятность перезарядки иона азота в процессах N+ + N2 → N0 и N+ + O2 → N0 значительно превышает 100%, что говорит о неучтенном при расчетах влиянии облучения атомами. В отличие от ионов, при облучении мишени атомами эффективность формирования радиационных дефектов значительно выше.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. И. Пушкарев

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: aipush@mail.ru
Россия, Томск

Ю. И. Егорова

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: aipush@mail.ru
Россия, Томск

С. С. Полисадов

Национальный исследовательский Томский политехнический университет

Email: aipush@mail.ru
Россия, Томск

Список литературы

  1. Kano S., Inoue T. // Surf. Coat. Technol. 2006. V. 201. P. 223. https://www.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.11.126
  2. Rotshtein V., Ivanov Yu., Markov A. Surface treatment of materials with low-energy, high-current electron beams. // Materials Surface Processing by Directed Energy Techniques / Ed. Pauleau Y. Elsevier, 2006. P. 205.
  3. Proskurovsky D.I., Rotshtein V.P., Ozur G.T., Ivanov Yu.F., Markov A.B. // Surf. Coat. Technol. 2000. V. 125. P. 49. https://www.doi.org/10.1016/S0257-8972(99)00604-0
  4. Быстрицкий В.М., Диденко А.Н. Мощные ионные пучки. М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.
  5. Zatsepin D.A., Boukhvalov D.W., Buntov E.A., Zatse-pin A.F., Batalov R.I., Novikov H.A., Bayazitov R.M. // Appl. Surf. Sci. 2022. V. 590. P. 153023. https://www.doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.153023.
  6. Диденко А.Н., Шаркеев Ю.П., Козлов Э.В., Рябчиков А.И. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных металлических материалах. Томск: Издательство НТЛ, 2004. 328 с.
  7. Тетельбаум Д.И. // Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2010. № 5. С. 250.
  8. Uglov V.V., Anishchik V.M., Astashynski V.M., Cheren-da N.N., Gimro I.G., Kovyazo A.V. // Surface & Coatings Technology. 2005. V. 200. Iss. 1–4. P. 245. https://www.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2005.02.079
  9. Бойко В.И., Скворцов В.А., Фортов В.Е., Шаманин И.В. Взаимодействие импульсных пучков заряженных частиц с веществом. М.: Физматлит, 2003. 288 с.
  10. Бойко В.И., Валяев А.Н., Погребняк А.Д. // Успехи физических наук. 1999. Т. 169. С. 1243. https://www.doi.org/10.3367/UFNr.0169.199911d.1243
  11. Погребняк А.Д., Кульментьева О.П. // Физическая инженерия поверхности. 2003. Т. 1. № 2. С. 110.
  12. Renk T.J., Buchheit R.G., Sorensen N.R., Cowell S.D., Thompson M.O., Grabowski K.S. // Phys. Plasmas. 1998. № 5. P. 2144. https://www.doi.org/10.1063/1.872887
  13. Ghyngazov S.A., Pavlov S., Kostenko V., Surzhikov A. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2018. V. 434. Р. 120. https://www.doi.org/10.1016/j.nimb.2018.08.037
  14. Ghyngazov S., Ovchinnikov V., Kostenko V., Gushchina N., Makhinko F. // Surf. Coat. Technol. 2020. V. 388. P. 125598. https://www.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2020.125598
  15. Ghyngazov S.A., Kostenko V.А., Ovchinnikov V.V., Gushchina N.V., Makhinko F.F. // Inorg. Mater.: Appl. Res. 2019. V. 10. Р.438. https://www.doi.org/10.1134/S2075113319020199
  16. Was G.S., Averback R.S. Radiation Damage Using Ion Beams. // Comprehensive Nuclear Materials. Vol. 1. Elsevier: Amsterdam, 2012. P. 195.
  17. Freysoldt C., Grabowski B., Hickel T., Neugebauer J., Kresse G., Janotti A., van de Walle C. // Rev. Modern Phys. 2014. V. 86. P. 253. https://www.doi.org/10.1103/RevModPhys.86.253
  18. Marian J., Wirth B.D., Perlado J.M., Odette G.R., Diaz de la Rubia T. // Phys. Rev. B. 2001. V. 64. P. 094303. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.64.094303
  19. Ortiz C.J., Caturla M.J. // Phys. Rev. B. 2007. V. 75. P. 184101. https://www.doi.org/10.1103/PhysRevB.75.184101
  20. Nordlund K.K., Zinkle S.J., Sand A.E., Granberg F., Averback R.S., Stoller R.E., Suzudo T., Malerba L., Banhart F., Weber W.J., Willaime F., Dudarev S.L., Simeone D. // J. Nucl. Mater. 2018. V. 512. P. 450. https://www.doi.org/10.1016/j.jnucmat.2018.10.027
  21. Smith R., Jakas M., Ashworth D., Oven B., Bowyer M., Chakarov I., Webb R. Atomic and ion collisions in solids and surfaces. Theory, simulation and application. Cambridge University Press, 2005. 309 p.
  22. Ziegler J.F., Biersack J.P., Littmark U. The stopping and range of ions in solids. N.Y.: Pergamon, 1985. 372 р.
  23. SRIM & TRIM program (2013). http://www.srim.org/
  24. Pushkarev A., Prima A., Myshkin V., Chistyakova N., Ezhov V. // Laser and Particle Beams. 2021. P. 6630259. https://www.doi.org/10.1155/2021/6630259
  25. Zhu X.P., Lei M.K., Ma T.C. // Rev. Sci. Instrum. 2002. V. 73. № 4. P. 1728. https://www.doi.org/10.1063/1.1455137
  26. Пушкарев А.И., Егорова Ю.И., Прима А.И., Корусенко П.М., Несов С.Н. Генерация, диагностика и применение мощных ионных пучков с высокой плотностью энергии. Новосибирск: АНС “СибАК”, 2019. 106 с.
  27. Pushkarev А.I., Isakova Y.I., Prima А.I. // Laser and Particle Beams. 2018. V. 36. № 2. P. 210. https://www.doi.org/10.1017/S0263034618000186
  28. Prima A.I., Egorova Yu.I., Pushkarev A.I., Matryenin S.V. // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. V. 1588. P. 012045. https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/1588/1/012045
  29. Novikov N.V., Teplova Ya.A. Database on charge – changing cross sections in ion-atom collisions // J. Phys.: Conf. Ser. 2009. V. 194. P. 082032. https://www.doi.org/10.1088/1742-6596/194/8/082032

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Термограмма ИИП (а) и распределение плотности энергии в фокусе (б) в вертикальном 1 и горизонтальном 2 направлениях

Скачать (366KB)
Метаданные
3. Рис. 2. РЭМ-изображение поверхности исходного образца WС-Co (a) и облученного ионным пучком с 1 (б); 5 (в); 10 (г) импульсами. Плотность энергии ИИП 7–8 Дж/см2

Скачать (744KB)
Метаданные
4. Рис. 3. РЭМ-изображение поперечного сечения образца WC–Co после облучения 5 (а) и 10 (б) импульсами. Плотность энергии ИИП 7–8 Дж/см2

Скачать (321KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Пробег ионов N+ с энергией 300 кэВ в мишени из карбида вольфрама

Скачать (134KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость потерь энергии атома дейтерия (1) и дейтрона (2) на формирование радиационных дефектов при поглощении в мишени TiD2 [17]

Скачать (225KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024