автореферат диссертации по электронике, 05.27.02, диссертация на тему:Модификация структуры и свойств металлических материалов интенсивными импульсными электронными пучками

Российская Академия Наук Сибирское отделение Институт сильноточной электроники

На правах рукописи

РОТШТЕЙН ВЛАДИМИР ПЕТРОВИЧ

МОДИФИКАЦИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ ИНТЕНСИВНЫМИ ИМПУЛЬСНЫМИ ЭЛЕКТРОННЫМИ ПУЧКАМИ

05.27.02 - Вакуумная и плазменная электроника 01.04.07 - Физика твердого тела

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Томск - 1995

Работа выполнена в Институте сильноточной электроники СО РАН, г. Томск.

Офицальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор А.Д. Коротаев доктор физико-математических наук, профессор И.П. Чернов доктор технических наук Г.Е. Ремнев

Ведущая организация: Институт электрофизики УрО РАН,

г. Екатеринбург.

Защита состоится "_" _ в _ час. на заседании

специализированного совета Д.003.41.01 при Институте сильноточной электроники СО РАН по адресу: 634055, Томск, пр. Академический, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института сильноточной электроники СО РАН.

Автореферат разослан 1995 г.

Отзывы на автореферат в одном экземпляре, заверенные секретарем и скрепленные гербовой печатью, прошу присылать по адресу: 634055, Томск, пр. Академический, 4, ИСЭ СО РАН.

Ученый секретарь

специализированного совету-^у '

д.ф-м.н., проф. / / Д.И. Проскуровский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В последние десятилетия благодаря достижениям в области физики высоких плотностей энергии интенсивно развиваются новые методы поверхностной модификации металлических материалов, основанные на применении концентрированных потоков энергии (КПЗ). К их числу относятся интенсивные импульсные лазерные, электронные и ионные пучки, а также потоки импульсной плазмы. При их воздействии реализуется сверхбыстрые нагрев, плавление, испарение, сверхбыстрое затвердевание материала, возникают динамические поля температур и волны напряжений. В совокупности эти процессы позволяют формировать в поверхностных слоях новые структурные состояния: аморфные и нанокристаллические структуры, сплавы из несмеши-ваемых элементов и т.д. Столь существенные". изменения структурно-фазового состояния поверхностных слоев могут обеспечить улучшение физико-химических и прочностных, свойств материала, недостижимое при традиционных методах поверхностной обработки. Поэтому указанные методы модификации металлических материалов составляют одно из перспективных направлений современного материаловедения.

Интенсивные импульсные электронные пучки (ИЭП) по сравнению с другими видами КПЗ имеют ряд важных преимуществ. В то время как максимальная глубина проникновения фотонов и ионов в кристалл составляет Ю-4 см, изменяя энергию электронов, мозкно легко изменять глубину их пропикновейия в пределах 10~5-1СГг см, динамику тепловых полей и пространственную диссипацию энергии. Возможность изменения в широких пределах плотности энергии Ед, длительности импульса т и энергии электронов Е в сочетании с практически полным поглощением электронов и объемным характером выделения энергии делают НЭП уникальным и высокоэффективным инструментом как для исследований неравновесных ,структурно-фазовый превращений в твердом теле, так и для целенаправленной модификации структуры и свойств металлических материалов с целью улучшения эксплуатационных характеристик изделий.

Первые структурные исследования металлов, облученных. ИЭП, были выполнены нами в середине 70-х годов при изучении физики: вакуумных разрядов [1,2]. В этих экспериментах были обнаружены пластическая деформация, эффекты высокоскоростного нагружения и отжига поверхностных слоев, что указывало на возможность использования ИЭП для модификации поверхностных слоев металлических мате-

риалов [3]. Однако до последнего времени исследования в данно направлении в России и за рубежом проводились на лабораторных ис точниках, причем в весьма узких диапазонах параметров пучков. Зт работы были посвящены либо чисто структурным исследованиям1-3 либо их целью было изучение возможности аморфизации и улучшени прочностных свойств поверхностного слоя4-7. В связи с этим наибо лее общие закономерности и механизмы формирования зоны воздействи и их взаимосвязь с параметрами пучка оставались невыясненными.

Незначительные успехи в реализации потенциальных возможносте ИЭП для решения фундаментальных и прикладных проблем были связаны в основном, с недостатком разнообразных по параметрам источнико ИЭП, позволяющих моделировать различные условия формирования зон воздействия пучка и приемлемых для практического использования Именно по этой причине практически отсутствовали работы по воздей ствию на металлические материалы низкоэнергетичных (10-30 кэВ) ИЭ длительностью 10~6-10-5 с, несмотря на очевидную перспективност таких пучков для обработки тонких поверхностных слоев.

В связи с вышеизложенным становится очевидным, что исследова ния методов генерирования ИЭЛ и закономерностей изменения струк турно-фазового состояния и свойств металлических материалов в зон воздействия ИЭП являются весьма актуальными как для решения зада в области физического материаловедения, так и для разработки новы методов поверхностной модификации материалов.

Целью работы является комплексное исследование основных зако

номерностей и механизмов формирования зоны воздействия ИЭП в ме

тэллических материалах в широком диапазоне параметров пучка (Е

10 кэВ - 1 МэВ, т ^ 10_s- 10-4 с, плотность- мощности IV * 105 11?

10 Вт/смс) и разработка физических основ импульсной электронно лучевой модификации структуры и свойств металлических материалов.

■ 1Knapp J.A. and Follstaedt D.M. In : "Laser and Electron Bea Interactions with Solids" / Ed. by B.R. Appleton and G.K. Celler Nortil-Holland, New York, 1982, p.407-412.

„ Follstaedt D.M. and Knapp J.А. Там жр, p.745-750.

¿Picraux S.T., Follstaedt D.M. Там жег p.751-756.

Васильев В.Ю., Демидов Б.А., Кузьменко Т.Г. и др. //ДА СССР, 1983, т.268, №3, с.605-607.

Демидов Б.А., Ивкин М.В., Петров В.А. и др. Поверхность 1985, J6 12, с.87-92.

Рудаков Л.И., Демидов Б.А., Углов B.C. Физ. и хим. обраб мат-лов, 1989, № 5, с.11-15.

Engel'со V.l., lazarenko A.V., Pechersky O.P. BEAMS-92 Washington, DC, 1992, У.З, p.1935-1941.

Научная новизна. Основные результаты были получены впервые. Наиболее важные из них:

1. В модельном диоде с острийным катодом и плоским анодом экспериментально установлены закономерности возбуждения взрывной электронной эмиссии автоэлектронным током, закономерности токо-прохождения и особенности микроструктуры электронного потока в устойчивой и неустойчивой стадиях взрывной эмиссии, а также характер первичного изменения микрорельефа поверхности анода при воздействии такого.электронного потока.

2. Для чистых металлов (медь и железо) и сплавов на основе железа в широком диапазоне параметров электронного пучка установлены закономерности формирования дефектной и зеренной структуры, а также характер упрочнения. Выяснены закономерности формирования напряженно-деформированного состояния в чистых металлах, облученных низкоэнеpreтичным ИЭП.

3. Определены критические условия зарождения мартенситных кристаллов в углеродистых сталях при высокоскоростной закалке из жидкого состояния.

4. Обнаружен эффект формирования в сталях с мартенситной структурой протяженных, неравномерно упрочненных по глубине, слоев с аномально высокими значениями микротвердости, образующихся в результате воздействия циклических биполярных волн напряжений ма-"лой амплитуды, возбуждаемых низкоэнергетичным ИЭП.

5. Обнаружен эффект объемного квазипериодического упрочнения мартенситной структуры под действием генерируемой мощным ИЭП ударной волны в предоткольном режиме; установлено слабое влияние параметров волны напряжений (ударной волны) на структурно-фазовое состояние слоев с аномально высокой микротвердостью.

6. Обнаружены нетипичные для железо-углеродистых сплавов структуры, формирующиеся в приповерхностном слое тыльной стороны мшеней при ударно-волновом нагружении, определены условия образования этих структур.

7. На примере системы Ta-Fe установлены закономерности формирования градиентных структурно-фазовых состояний, в тем числе аморфных, полученных путем импульсного плавления системы пленка-подложка .

Практическая ценность. Впервые на основе источника низкоэнер-гетичных сильноточных электронных пучков (НСЭП) длительностью 10_б с, предложены и реализованы методы поверхностной обработки

конструкционных и, инструментальных материалов, позволяющие при выбранных оптимальных параметрах пучка и условиях облучения эффективно решать следующие технологические задачи:

- улучшение триботехнических характеристик пар трения металл -металл, металл-полимер;

- увеличение стойкости режущего инструмента, в том числе из твердых сплавов;

- повышение усталостной прочности лопаток газотурбинных двигателей (ГТД), изготовленных из титановых сплавов;

- увеличение жаростойкости защитных покрытий на лопатках ГТД, изготовленных из жаропрочных никелевых сплавов;

- удаление защитных покрытий с целью ремонта лопаток;

- создание высококонцентрированных сплавов в приповерхностом слое;

- увеличение коррозионной стойкости нержавеющей стали;

- увеличение электрической прочности вакуумной изоляции.

На защиту выносятся следующие положения и результаты

1. Время до взрыва автоэмиттера связано с плотностью пред-взрывного автоэлектронного тока соотношением, удовлетворительно согласующимся с моделью теплового разрушения автоэмиттера. Образующаяся плазма катодного факела разлетается со скоростью » 2• 106 см/с, слабо зависящей от скорости нарастания напряженности электрического поля на катоде. Эмиссия электронов из плазмы катодного факела характеризуется наличием устойчивой и неустойчивой стадий. В устойчивой стадии вольт-амперная характеристика диода описывается модифицированным законом "3/2", учитывающим ограниченность эмиссионной поверхности. При скоростях нарастания тока > 107 А/с неустойчивая стадия характеризуется кратковременными (=< 1СГ8 с) выбросами тока и формированием в прикатодной области отдельных микропучков, плотность тока в которых в 5-8 раз выше, чем в устойчивой стадии. Переход в неустойчивую стадию связан с достижением периферийными слоями катодной плазмы режима насыщения. Стабилизирующее влияние на токопрохождение в неустойчивой стадии, сопровождающееся ростом первеанса диода, оказывает увеличение давления остаточного газа до * Ю-2 мм рт. ст., а также предварительное заполнение диода прикатодной плазмой,

2. В вакуумном диоде с катодным факелом интенсивному плавлению и испарению поверхностного слоя анода под действием импульсного электронного пучка предшествуют начальные изменения микрорельефа, связанные с высокоскоростной пластической деформацией (полосы

скольжения) и образованием микрократеров. Микрократеры возникают в результате избирательного плавления микрообъемов металла в местах локализации примесей, создающих с матрицей легкоплавкие эвтектики.

3. Воздействие МЭП на чистые металлы (медь и железо) и сплавы на основе железа приводит к формированию градиентной по глубине дефектной и зеренной структуры, обусловленной динамикой полей температур и напряжений. Эти факторы определяют немонотонный характер изменения напряженно-деформированного состояния и степени упрочнения в зоне воздействия пучка.

4. При закалке углеродистых сталей из жидкого состояния мар-тенситное превращение реализуется только в том случае, если толщина расплавленного слоя превышает критическую, равную ^ 5-Ю_Л см. Это связано с существованием минимального критического размера зерна исходной фазы 1СГ4 см), необходимого для зарождения мар-тенситных кристаллов.

5. Эффект формирования градиентной по глубине структуры усиливается при воздействии МЭП на стали с мартенситной структурой, что проявляется в сильном упрочнении стали. Аномальный характер упрочнения связан с перераспределением дефектов под действием биполярных волн напряжений с малой амплитудой. В режиме ударно-волновогогнагружения (амплитуда ударной волны * 50 ГПа), неоднородная квазипериодически упрочненная структура формируется по всей глубине массивного образца.

6. В предоткольном режиме на тыльной поверхности стальных образцов с мартенситной структурой формируются градиентные структурно-фазовые состояния, включающие нетипичную для углеродистых сталей упорядоченную феррит-графитную структуру на самой поверхности, что связано с перераспределением углерода и импульсным нагревом тыльной поверхности при отражении от нее ударной волны. В аналогичных условиях нагружения на тыльной поверхности образцов из серого чугуна формируется структура с аномально высокой 2500 кг/мм2) микротвердостью, что связано с удэрно-волновым синтезом алмазоподобной фазы на графитных включениях.

7. При импульсном плавлении системы пленка (Та) - подложка (Ре) формируются градиентные структурно-фазовые состояния, в том числе аморфные. Послойный характер их расположения связан.с резким уменьшением концентрации тантала и скорости охлаждения на фронте кристаллизации при удалении от поверхности.

8. Перспективными для поверхностной обработки являются низко-

энергетичше сильноточные электронные пучки длительностью « 1СГб с, которые в сочетании с традиционными видами обработки позволяют решать разнообразные задачи, связанные с улучшением прочностных, электрохимических свойств деталей и инструмента, созданием ремонтных технологий, основанных на удалении нарушенного поверхностного слоя, с увеличением электрической прочности вакуумной изоляции.

Апробация работы и публикации. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на 4 (Ватерлоо, Канада, 1970), 6 (Свенси, Англия, 1974) и 16 (Москва, Россия, 1994) Международных симпозиумах по разрядам и электрической изоляции в вакууме; на 9 Международной конференции по явлениям в ионизованных газах (Бухарест, 1969); на 6 (Кобе, Япония, 1986), 8 (Новосибирск, 1990) и 9 (Вашингтон, 1992) Международных конференциях по высокоэнергетичным пучкам заряженных частиц (BEAMS); на Международной конференции по модификации материалов пучками заряженных частиц (ЕРМ-89) (Дрезден, 1989); 2 Международной конференции по электронно-лучевым технологиям (ЭЛТ-88) (Варна, 1988); на конференции Американского общества материаловедов (MRS Fall Metting, Boston, 1993); на Международной конференции по модификации свойств поверхностных слоев материалов пучками частиц (Сумы, Украина, 1993); на 4 Международной конференции "Компьютерное конструирование перспективных материалов и технологий" (Томск, 1995); на всесоюзных конференциях по сильноточной электронике (Томск, 1982, 1984); на всесоюзных конференциях" Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц" (Томск, 1988; Свердловск, 1991; Томск, 1994); на всесоюзных (межгосударственных) семинарах "Структурно-морфологические основы модификации материалов методами нетрадиционных технологий" (Обнинск, 1991, 1993,1995) и др.

Основные результаты исследований изложены в 28 статьях, 3 препринтах, в 14 докладах на международных конференциях и симпозиумах, а также в трудах всесоюзных и всероссийских конференций и семинаров, по результатам работы получено 4 авторских свидетельства и патента на изобретения. Список основных публикаций по теме диссертационной работы приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Работа содержит 2стр. текста, 1?у рисунка и & таблиц. Список литературы включает 2^ наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Возведении обосновывается актуальность темы и цель работы, излагается краткое содержание диссертации и формулируются основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе на основе анализа литературных данных рассмотрено современное состояние проблемы. В первом разделе дан анализ основных физических процессов, происходящих в металлической мишени под действием ИЭП. Отмечается, что определяющее влияние, на закономерности структурно-фазовых превращений в зоне термического влияния (ЗТВ) оказывают пространственно-временные характеристики тем-пературеных полей. За пределами ЗТВ основную роль играют деформационные процессы под действием волн напряжений (ударных волн).

Рассмотрены механизмы рассеяния энергии пучка электронов в мишени и сделаны оценки важности учета того или иного процесса в тепловых расчетах. Отмечается, что при умеренных плотностях мощности (W ^ 109 Вт/см2) задача о нахождении характеристик температурного поля вtоблучаемой мишени сводится к определению пространственно-временной формы теплового источника и решению нестационарного уравнения теплопроводности с учетом плавления и испарения.

. Поскольку в наших экспериментах диаметр пучка значительно превышал толщину прогретого слоя, мы использовали одномерное приближение [4]. Для нахождения функции тепловых источников в каждом режиме облучения использовали конкретные осциллограммы плотности тока и ускоряющего напряжения, а также эмпирические выражения для глубины пробега и функции распределения потерь энергии по глубине. Процесс плавления моделировался методом ячеек с использованием модели slush-состояния8. Последнее представляет собой двухфазную (жидкость - кристалл) смесь и соответствует тем приповерхностным слоям, где температура'плавления достигнута, но введенной энергии недостаточно для плавления. Использовали также метод эффективной теплоемкости. Испарение учитывалось с помощью модели Френкеля и граничного условия в уравнении теплопроводности.

С учетом общности физических процессов, протекающих в твердых телах при воздействии КПЭ, анализируются теоретические и экспериментальные исследования закономерностей формирования волн напряже ний (ударных волн) в мишенях, облученных мощными импульсными элек-

8Wood R.F., Giles G.E. Phys, Rev.' В, 1981, v.23, Ji 6, p.2923-2942.

тронными, ионными и лазерными пучками. Отмечается , что при плотности мощности ИЭП IV « 106-108 Вт/см2 и т * 1СГ8 с, когда отсутствует плавление, формируется биполярная волна напряжений, динамика которой удовлетворительно описывается связанной системой уравнений термоупругости.

Термоупругие напряжения проявляются не только в виде волны напряжений, формирующейся у поверхности и распространяющейся вглубь мишени, но и в виде квазистатических напряжений. Последние существуют только в зоне теплового влияния. Их динамика определяется динамикой температурного поля, в отличие от волны, на которую температурное поле оказывает влияние лишь в процессе ее формирования. Квазистатические напряжения существуют до тех пор, пока не произойдет выравнивание температуры по всему объему мишени. Максимальные значения этих напряжений можно оценить с помощью линейной термоупругой модели. В зависимости от параметров пучка определяющее влияние на структуру мишени могут оказывать как волна, так и квазистатические напряжения.

При больших IV, когда поверхностный слой начинает плавиться и испаряться, а амплитуда волны становится выше предела текучести (упругопластическая волна), для описания динамики волн напряжений используют систему уравнениий гидродинамики, дополненную уравнением состояния.

Во втором разделе главы анализируются работы, посвященные исследованию структурно-фазовых изменений в чистых металлах и сталях, облученных ИЭП. Отмечается, что наиболее подробно изучены особенности структуро- и фазообразования при импульсном плавлении чистых металлов"1 и ряда двойных систем, включая системы пленка-подложка2, причем использовались только низкоэнергетичные ИЭП на-носекундного диапазона, близкие по тепловому режиму к достаточно хорошо исследованому лазерному наносекундному воздействию. Поэтому для широкого диапазона параметров ИЭП общие -закономерности формирования дефектной и зеренной структуры в пределах всей зоны воздействия (1СГ3-1СГ2 см) остались не изученными.

В отличие от чистых металлов, большинство работ, посвященных поверхностной обработке сталей, выполнено с использованием высоко-энергетичных ИЭП, а именно: квазирелятивистского (350 - 500 кэВ) сильноточного электронного пучва (СЭП) длительностью * Ю-7 с и плотностью мощности Ч? = 108-Ю10 Вт/см2 (5,б) и ИЭП с Е * 200 кэВ, % * 10_б с и Л * 10б Рг/см2 С7). В этих работах была про-

демонстрирована возможность упрочнения поверхностного слоя за счет высокоскоростной закалки из расплава5-7 и формирования покрытий (в гом числе аморфных) толщиной в десятки микрон за счет импульсного лассопереноса анодного материала5,6. Однако подробные структурные исследования не проводились. Отмечено также, что полностью не исследовано воздействие на стали низкоэнергетичных МЭП (и лазерных зучков) длительностью 10"б-10-5 с. В связи с этим наиболее общие закономерности и механизмы формирования упрочненных слоев в сталях эстэлись невыясненными.

Приведенный анализ показывает, что наименее изученным является интервал умеренных плотностей мощности ИЭП (¡Уа = 106-109 Вт/см2). С физической точки зрения этот интервал интересен тем, тао в нем осуществляются поверхностное плавление, переход от плавления к испарению, трансформация биполярной волны напряжений в эднополярный импульс сжатия, структурно-фазовые превращения под влиянием волн напряжений. С прикладной точки зрения этот интервал представляет интерес для модификации поверхностных слоев материалов.

Основываясь на анализе состояния проблемы, сделано заключение о необходимости проведения комплексных исследований с целью установления основных закономерностей и механизмов формирования зоны воздействия МЭП в металлических материалах и разработки физических основ импульсной электронно-лучевой модификации структуры и свойств материалов. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие основные задачи:

- исследовать характеристики вакуумного диода с взрывоэмис-сионным катодом и плоским анодом как модели источника ИЭП для поверхностной модификации металлических материалов;

- на основе критического анализа литературных данных осуществить выбор параметров ИЭП, необходимых для получения достоверной информации об основных закономерностях и механизмах формирования зоны воздействия;

- детально исследовать структурно-фазовое состояние и закономерности упрочнения чистых металлов, как модельных объектов, и сплавов на основе железа в широком 'диапазоне параметров пучка;

- на основе моделирования полей температур, изучения особенностей возбуждения и затухания волн напряжений в материале проанализировать основные закономерности и выяснить механизмы формирования зоны воздействия;

- провести комплекс исследований воздействия на металлические материалы низкоэнергетичных ИЭП длительностью « 1СГб с с целью выявления наиболее перспективных направлений и создания основ импульсной электронно-лучевой модификации поверхностных слоев материалов.

Во_вто]эой_главе описываются методы генерации ИЭП, принципы действия используемых источников ИЭП и их энергетические характеристики. В большинстве экспериментов использовались источники ИЭП с взрывоэмиссионными катодами. В первой части главы представлены результаты исследования условий возбуждения взрывной электронной эмиссии автоэлектронным током большой плотности [5-7]. Эксперименты проводились с классическими автоэмиттерами из W при длительностях импульса напряжения т * 1СГ9- Ю-4 с.

Установлено, что возбуждение взрывной эмиссии происходит в результате взрыва вершины микроострия под действием автоэмиссионного тока большой плотности. Время до взрыва эмиттера t резко уменьшается с ростом напряженности электрического поля на вершине эмиттера (рис.1) и связано с плотностью предвзрывного автоэлектронного тока 3 соотношением j2t3 = 4•109 Аг-с/смл = const. Это соотношение удовлетворительно объясняется тепловым механизмом разрушения автоэмиттера собственным эмиссионным током. Образующаяся при взрыве автоэмиттера плазма (катодный факел, КФ) расширяется со скоростью 2-Ю6 см/с, причем эта скорость слабо зависит от скорости нарастания напряженности электрического поля на катоде [8].

Ю7 108 j, А/см2

Ь ,нс_

I

т—г-| I I I I I II

Рис.1. Зависимости времени запаздывания взрыва автоэмиттера из № от напряженности электрического поля (1) и от плотности тока (2). Справа показана осциллограмма коллекторного тока, иллюстрирующая переход от автоэмиссии к взрывной эмиссии.

0.5

0.9

1,3 Е '10"8,В/см

Вторая часть посвящена исследованиям закономерностей роста тока в диоде с острийным катодом и структуры электронного потока в таком диоде [9-12]. Показано, что эмиссия электронов из плазмы КФ характеризуется наличием устойчивой и неустойчивой стадий. В устойчивой стадии ток и плотность тока нарастают монотонно, в неустойчивой - возникают кратковременные Ю-8 с) всплески тока и плотности тока на аноде. Используя выражение для закона "3/2" для диода с острийным катодом и полусферическим анодом, было установлено, что скорость движения границы эмиссиии составляет 2 • 106 см/с и слабо зависит от напряжения. Это позволило найти эмпирическое выражение для вольт-амперной характеристики диода с острийным катодом и плоским анодом. Оно представляет собой модифицированный закон "3/2", в который введена поправка, учитывающая ограниченные размеры эмиссионной поверхности.

• Переход в неустойчивый режим носит флуктуационный характер, однако прослеживается однозначная зависимость длительности устойчивой стадии от плотности тока, отбираемого из плазмы. Установлено, что этот переход сопровождается изменением характера эрозии катода и поражения поверхности анода (рис.2).

Рис.2. Влияние режима взрывной эмиссии на характер разрушения электродов. ио = 30 кВ, промежуток <3 = 1,3 мм.

В устойчивой стадии наблюдается равномерное испарение вершины острия, удовлетворительно описываемое джоулевым механизмом диссипации энергии в области стягивания тока. В неустойчивой - наблюдз-

ется преимущественное испарение боковой поверхности, свидетельствующее о возникновении! дополнительного источника тепла. На поверхности анода при переходе в неустойчивый режим на фоне относительно однородной картины скольжения возникают локальные области размером 50-100 мкм с повышенной степенью деформации. С ростом средней плотности тока в подобных областях возникают участки плавления. Отмечается, что неравномерность морфологии поверхности отражает неоднородность электронного потока, формируемого в неустойчивой стадии. Количество и структура локальных областей на аноде соответствуют количеству и структуре микропучков с повышенной плотностью тока. Эксперименты показали что плотность тока в этих струях в 5-8 раз больше, чем в устойчивой стадии.

В работах9,10 возникновение подобных неустойчивостей тока связывалось с переходом плазменного эмиттера в режим насыщения и образованием в плазме КФ двойных слоев с аномально высоким падением потенциала. Однако экспериментальные доказательства справедливости такой модели отсутствовали. Используя данный подход, найдено выражение, связывающее время до наступления насыщения с плотностью тока, отбираемой из плазмы КФ. Удовлетворительное согласие с экспериментом свидетельствует о справедливости такой модели. В дальнейшем было экспериментально установлено11,12, что наблюдаемые эффекты связаны с неравномерным поступлением материала катода в плазму КФ и возникновением в нем разрывов с высоким падением потенциала .

Резкая неоднородность электронного потока в неустойчивой стадии эмиссии ограничивает возможности его использования для поверхностной модификации материалов. Установлено, что повышение давления в диоде до * 10~2 мм рт.ст. позволяет подавить неустойчивости и существенно увеличить первеанс пучка. Подобный эффект наблюдается и в случае предварительного заполнения диода прикатодной плазмой, осуществляемого при подаче на диод двух последовательных импульсов напряжения [13]. Показано, что эти эффекты удовлетворительно объясняется с помощью рассмотренной выше модели развития неустойчивостей.

9Короп Е.Д., Плютто A.A. ЖТФ, 1971, т. 41, № 5, с. 1055.

°Plyutto A.A.et.al. Ргос. V ISDEIV, Poznan, 1972, p. 145-149.

"Баженов Г.П., Ладыженский О.Б., Литвинов -Е.А., Чесноков С.М. ЖТФ,„1977, т. 47, Л 10, С. 2086-2091.

dMesyats G.A., Proskurovsky D.I. Pulsed electrical discharge in vacuum. Springer-Verlag, Berlin - New York, 1989, 289 pp.

Измерения показали, что энергетические характеристики электронного потока, эмиттируемого КФ, могут легко варьироваться в больших пределах (Е НО - 300 кэВ, т * Ю-8- Ю-7 с, Ш * 107-109

Р

Вт/см ). Это позволяет создавать на основе взрывной эмиссии высокоэффективные источники СЭИ для модификации материалов.

В третьей части главы описаны методы генерации ИЭП. Обоснована целесообразность использования того или иного источника ИЭП в зависимости от требуемых параметров пучка, описаны принципы работы и энергетические характеристики используемых в работе. источников (использовали комплекс источников ИЭП, разработанных в Институте сильноточной электроники СО РАН, в том числе с участием автора). Исследования воздействия на металлические материалы СЭП длительностью =* Ю-7 с и плотностью мощности Ю8 - 109 Вт/см2 проводили с помощью низкоэнергетичных (^ 50 кэВ) и высокоэнергетичных (^ 250 кэВ) электронных источников с взрывоэмиссионными плоскими графитовыми катодами. Длительность импульса в таких диодах ограничена временем перемыкания плазмой промежутка катод-анод. Для облучения материалов НСЭП (Е = 10-40 кзВ, т = Ю-7- Ю-6 с, ^ = 10б - Ю7 Вт/см2) использовали взрывоэмиссионные источники на основе плазмо-наполненных диодов. Для реализации чисто теплового механизма формирования зоны воздействия использовали плазменные источники, позволяющие генерировать ИЭП с энергией электронов 15 - 200 кэВ, длительностью 10~5- 10-4 с и плотностью мощности 105-107 Вт/см2. Наконец, для моделирования ударно-волнового нагружения использовали взрывоэмиссионные источники электронов на основе индуктивных накопителей с плазменными прерывателями, позволяющие генерировать вы-сокоэнергетичные (0,5 - 1,5 МэВ) СЭП длительностью =* Ю-7 си плотностью мощности 109 - 1011 Вт/см2. Последовательное использование перечисленных выше источников позволило проводить фундаментальные и прикладные исследования модификации металлических материалов в широком диапазоне параметров пучка: Е 10 - 103 кэВ, VI * 105 - 1011 Вт/см2, 1 = 10~8-10-4 с.

В третьей главе приводятся результаты исследований особенностей пластической деформации, дефектной и зеренной структуры, напряженно-деформированного состояния, а также упрочнения чистых металлов при различных условиях формирования зоны воздействия. В качестве моделей использовали металлы без полиморфных превращений (Си, Мо), с полиморфными превращениями (Ре) и сплав 36НХТЮ, закаленный на однофазное состояние. Структурные исследования осуществ-

лились методами оптической металлографии, рентгеноструктурного анализа (РСА), растровой электронной микроскопии, просвечивающей электронной микроскопии (ПЗМ), резерфордовского обратного рассеяния (POP) и электронно-позитронной аннигиляции (ЭПА).

Облучение рекристаллизованной меди низкоэнергетичным ИЭП длительностью Ю-8- Ю-7 с b режимах, предшествующих плавлению (1У ^ Ю7 Вт/см2), приводит к пластической деформации оверхностного слоя толщиной до * 50 мкм [1]. Заметные следы скольжения появляются, как следует из тепловых расчетов, при нагреве поверхности до * 800 К. Скорость нагрева поверхности достигает * Ю10 К/с, градиент температуры 109 К/м, а скорость охлаждения сразу после окончания импульса * Ю9 К/с. Толщина ЗТВ, в которой возможны процессы перераспределения дислокаций, не превышает 10 мкм.

С помощью ПЭМ исследована дислокационная структура зоны воздействия при различных значениях плотности мощности [2]. Показано, что при отсутствии плавления увеличение Ж приводит к росту плотности дислокаций в приповерхностном слое до « 1011 Вт/см2, что соответствует картине, наблюдаемой при медленной деформации растяжением до =<10 %. Значительная часть образцов, облученнных в предпла-вильном режиме, содержит в дислокационной структуре микродвойники деформации "(рис.З.а). Двойникование в меди прямо свидетельствует о высокоскоростном характере деформации при импульсном нагреве. Показано, что этот механизм деформации реализуется при следующих условиях: амплитуда биполярной волны напряжений не превышает 200 МПа, длительность волны ^ Ю-7 с, максимальные квазистатические

напряжения не превышают 1 Г'Па, скорость деформации е * Ю6 с-1.

Рис.3. Дислокационная структура меди, облученной низкоэнергетичным ИЭП: а - W max * 107 Вт/см2; б - * 5-107 Вт/см2, т = 50 не.

, В экспериментах по высокоскоростной деформации монокристаллической меди показано13, что интенсивное двойниковаяие начинается при давлениях 15-20 ГПа, при этом скорость деформации на фронте

ударной волны е > 10а с"1. При меньших давлениях наблюдалась обычная ячеистая дислокационная структура. Высокая активность двойни-рования меди, обнаруженная,при импульсном нагреве, по нашему мнению, связана с суперпозицией первичного шля квазистатических сжимающих напряжений с биполярной волной напряжений, отраженной от тыльной стороны тонкого 50 мкм) образца. В результате поверхностный слой подвергается знакопеременной нагрузке на пределе текучести, благодаря чему в отдельных зернах с благоприятной ориентацией может реализоватся двойникование при гораздо меньших напряжениях, чем в случае массивных образцов.

Установлено, что при достижении порога плавления в дислокационной' структуре поверхностного слоя, закаленного из расплава, несмотря на высокую скорость охлаждения после окончания импульса 109 К/с), происходит существенное понижение плотности дислокаций, увеличение размеров ячеек (рис.3,6). Низкий уровень дефектности, как показали дальнейшие исследования импульсного плавления металлов1 , связан с зпитаксиальным ростом кристаллитов на подложке.

Используя в качестве модели чистое « 10"3 ач.% С) рекристал-лизованное железо, показано, что импульсный нагрев НСЭП длительностью * 10_б с вблизи порога плавления поверхности приводит к пластической деформации поверхностного слоя и к образованию протяженной (^ Ю-2 см) неравномерно упрочненной зоны с максимумом микротвердости на глубине <* 20 мкм [14}. Профиль микротвердости коррелирует с распределением плотности дислокаций по глубине (рис.4).

Яи. КГ/ш/ р ,'СМ_г

19П Ю10

Рис.4. Изменение плотности дислокаций (1,2) и микробу твердости (3) в железе по глубине: N = 5 (1,3) и Л = 80 300 (2). £3 - 2,2 Дж/см2,

/09 т * 0,8 мкс.

13Могилевский М.А., Бушнев Л.С. Физика горения и взрыва, 1990, Л 2, с.95-102.

В поверхностном слое толщиной до * 5 мкм пластическая деформация сопровождается первичной рекристаллизацией (зародыши рекристаллизации имеют размер 2-5 мкм и возникают преимущественно у границ зерен). На основе моделирования динамики тепловых полей и оценок полей напряжений показано, что изменение субструктуры и микротвердости по глубине связано с пластической деформацией под действием сжимающих (в плоскости поверхности) квазистатических термоупругих напряжений и процессами рекристаллизации, вызванными распространением тепла вглубь материала. Волна напряжений не оказывает существенного влияния на структуру материала, поскольку ее амплитуда при данных параметрах пучка не превышает 100 МПа.

Характер изгиба тонких 0,5 мм) плоских образцов подтвердил, что в процессе облучения в плоскости поверхности действовали напряжения сжатия. Оценки, основанные на измерении кривых микропластической деформации, показали, что величина этих напряжений при однократном облучении составляет * 400 МПа, т.е. превышает динамический цредел текучести а^ для ?е.

После окончания импульса приповерхностный слой охлаждается и сжимается в последнюю очередь, поэтому в нем формируются остаточные напряжения растяжения. Измерения показали, что при числе импульсов N = 1-50 остаточные растягивающие напряжения составляют 40-80 МПа, т.е. примерно на порядок меньше сжимающих, действующих при облучении. Эти напряжения имеют максимум на глубине « 5 мкм и сосредоточены в пределах ЗТВ (=< 20 мкм). Наличие максимума согласуется с данными о рекристаллизации в поверхностном слое толщиной ^ 5 мкм. Монотонный характер уменьшения остаточных напряжений за пределами рекристаллизованного слоя коррелирует с распределениями плотности дислокаций и микротвердости по глубине. В мишенях из Мо действующие и остаточные напряжения составляют * 700 и 70 МПа, соответственно. Повышенные значения напряжений в Мо по сравнению с Ре связаны с более высоким модулем упругости Мо.

При достижении порога плавления из-за высокоскоростной закалки из расплава возможно образование точечных дефектов. Изучено влияние Ълотности мощности НСЭП длительностью « ю-6 с на условия кристаллизации железа и особенности формируемой при этом дефектной структуры [15]. С ростом Е в интервале 2,3-5,2 Дж/см2 толщина расплавленного слоя увеличивается от 0,7 до 2,5 мкм, время его существования растет от 0,5 до 3 мкс. Это приводит к уменьшению скорости охлаждения расплава от « Ю10 до 109 К/с и скорости

фронта кристаллизации от 5 до * 2 м/с. В результате закалки, как показывают исследования с помощью методов ЭПА, в приповерхностном слое образуются вакансионные комплексы (дивакансии и тривакан-сии). Повышенная концентрация этих дефектов Ю-5) способствует увеличению микротвердости материала. Увеличение толщины расплава приводит к замедлению процесса кристаллизации, в результате чего на поликристаллической подложке за счет эпитаксиэльной кристаллизации формируются слои толщиной порядка микрона и выше с низким уровнем дефектности (это согласуется с отмеченным выше резким снижение плотности дислокаций при импульсном плавлении меди).

В отличие от чистых рекристаллизованных металлов, в металлических материалах технической чистоты, облученных ИЭП длительностью ю~8-1СГб с, равномерному плавлению поверхностного слоя предшествует не пластическая деформация, а образование микрократеров размером 1СГД- Ю-2 см [16]. Показано, что этот эффект не связан с неоднородностью электронного потока, формируемого в взрыво-эмиссионных источниках МЭП. По нашему мнению, микрократеры возникают, в основном, в результате избирательного плавления микрообъемов металла в местах локализации примесей, способных создавать с матрицей легкоплавкие эвтектики.

По мере увеличения уровня ж скорости энерговклада в мишень в в зоне воздействия наряду с описанными процессами начинают протекать деформационные процессы, связанные с воздействием волн напряжений. Продемонстрировано, что высокоэнергетичные 200 кэВ) СЭВ

— 7 ^ Ф ?

длительностью * 10 си плотностью мощности 10-10 Вт/сме являются удобным инструментом для моделирования процессов высокоскоростного нагружения металлических материалов биполярными и однополярными волнами напряжений с параметрами, трудно достижимыми при обычном ударном нагружении.

С помощью методов ЗПА установлено,, что при воздействии таких, пучков на чистые металлы Си) формируется градиентная структура с двумя характерными максимумами концентрации вакансий: вблизи поверхности и на глубине 15-30 мкм (рис.5) [17,181. Из тепловых расчетов [19] следует, что повышение концентрации вакансий вблизи поверхности, как и при воздействии НСЭП, связано с закалкой из расплава. Из-за объемного характера энерговыделения скорость закалки примерно на два порядка ниже, чем при воздействии НСЗП, что может приводить к уменьшению концентрации вакансий.

V, ПС

Рис.5. Зависимости времени жизни позитронов от расстояния до поверхности мишени из железа. Кривая 2 снята спустя 3 месяца после облучения. Е „ *

ГПскл

200 кэВ, 1 - 50 не, № тах ы 5.,о Вт/см?

На глубине х * 25-30 мкм, где наблюдается второй максимум, температура Гтах ^ 800 К, что недостаточно для образования закалочных вакансий. Следовательно, этот максимум формируется под влиянием высоких давлений. Действительно, из экспериментов И7] и численных расчетов [19] следует, что на этих глубинах Р * 1 ГПа, что существенно превышает о0д^н и достаточно для образования дефектов вакансионного типа и дислокаций. Исчезновение второго максимума, происходящее в результате старения, может быть связано с рекомбинацией вакансий на дислокациях. На больших глубинах в результате затухания волны происходит постепенное снижение концентрации дефектов до значений, близких к исходным.

В сплаве 36НХТЮ на значительной 10~г см) глубине впервые обнаружен ярко выраженный эффект резкой диссипации энергии биполярной волны напряжений (рис.6), приводящей к формированию структур типа полос адиабатического сдвига [20,21], свидетельствующих о локализации пластической деформации. Отсутствие подобных эффектов в при распространении однополярных волн свидетельствует об определяющей роли знакопеременного характера и малой длительности нагру-жения материала.

Дальнейшее увеличение плотности мощности пучка приводит к интенсивному испарению поверхностного слоя, росту амплитуды волны напряжений и переходу ее в ударную волну. Изучены закономерности упрочнения армко-железа и других металлов технической чистоты (Си, А1 и др.) при воздействии мегавольтного СЭП. Показано, что в арм-ко-железе при = 5•109 - 5МО10 Вт/см2 в результате совместного влияния объемного импульсного нагрева и волны напряжений (ударной волны) амплитудой * 5-50 ГПа формируется протяженная (300-400 мкм)

Р, ГПа

Р, ГПа

60 100 140 180 220

'h, мкм

Рис.6. Изменение профиля (а,б) и амплитуды (в) волны напряжений, прошедшей через образцы из сплава 36НХТЮ различной толщины: 1 -80; 2-130; 3-150; 4 - 190 и 5 - 250 мкм. ^ 240 кэВ, т «

60 не. Режим а - №™ах = 2-108 Вт/см2; режшГсГ - * Ю9

Вт/см . Кривая 1 на правом рисунке соответствует режиму а, кривая 2 - режиму б.

зона с высокой степенью деформации и неравномерным упрочнением по глубине С22,23]. Обоснована важная роль углерода в формировании такой неоднородной структуры. Увеличение в указанном интервале IV и, соответственно, амплитуда ударной волны приводит к формированию трещин и тыльному отколу. .

ё_5§твертой_главе на основе структурных исследований, тепловых расчетов и оценок полей напряжений в широком диапазоне параметров пучка последовательно рассмотрены закономерности формирования упрочненных слоев и особенности структурно-фазовых превращений в сталях [4, 21-36].

На примере углеродистых сталей (ст.45, У7А и У12А) показано, чтц характер и степень упрочнения зависят от их исходного состояния и параметров пучка. Максимальное упрочнение достигается при облучении сталей с мартенситной структурой. Изменяя параметры ИЭП и, соответственно, вклад механизмов упрочнения (закалка от высоких температур и деформационное упрочнение под действием волн напряжений или ударных волн), можно реализовать различные варианты упрочнения: поверхностное, подповерхностное и объемное.

На основе структурных исследований и тепловых расчетов изуче-

ш закономерности и механизм структурно-фазовых изменений в ЗТВ предварительно закаленной стали 45, облученной НСЭП длительностью =* Ю-6 с в режиме начального оплавления поверхности (5У =2-2,5 Дж/см2). С помощью'РСА установлено, что в поверхностном слое толщиной несколько микрон увеличивается доля 7 - фазы, достигая при N = 300 примерно 60 %. Стабилизации 7-фазы способствует интенсивное науглероживание этого слоя за счет многократного жидкофазного растворения углеродосодержащих пленок, адсорбирующихся на поверхности (в источнике НСЭП используется углеродная плазма и паромас-ляные средства откачки). Как и в железе, в этом слое за счет градиента температур и действующих напряжений формируются остаточные напряжения растяжения, причем их величина быстро растет с числом импульсов в интервале N = 1-10, а далее остается практически постоянной и равной 1 ГПа. Более детальные исследования с помощью послойной ПЭМ показали, что при однократном воздействии в ЗТВ можно выделить три характерных слоя. Первый слой толщиной =* 0,2 мкм имеет нанокристаллическую структуру (рис.7). Он образуется в результате высокоскоростной (=< Ю10 К/с) закалки из расплава и состоит из из а- и 7- фаз. Второй, промежуточный слой толщиной 0,1 мкм формируется в результате быстрого охлаждения (=* 109 К/с) двухфазного э1из]1-состояния; этот слой также имеет смешанную (а + 7) структуру, но сохраняет исходую мартенситную морфологию. Далее следует слой интенсивного карбидообразования, переходящий в исходную структуру. При циклическом (многократном) воздействии характерное послойное строение ЗТВ сохраняется (рис.8). Однако постепенное увеличение начальной температуры, наличие импульсов с повышенной плотностью мощности в серии, а также интенсивное науглероживание приводят к увеличению толщины отдельных слоев.-.

Рис.?. Микроструктура приповерхностного слоя предварительно закаленной ст.45 после импульсного •плавления НСЭП длительностью ^ 10~б с (темно-польное изображение в рефлексе И101а).

4

,1-/ Н-'ЗОй

На примере стали 45, используя низкоэнергетичные МЭП длительностью ЮГ7- Ю-4 и измерения микротвердости, обнаружено, что при закалке углеродистых сталей из жидкого состояния мартенситное превращение (а, следовательно, эффективное упрочнение) ' реализуется только в трм случае, если толщина расплавленного слоя превышает некоторую пороговую (2-5 мкм). С помощью ПЭМ установлено, что для зарождения мартенситных кристаллов при закалке из расплава необходимо, чтобы размер зерна исходной фазы превысил критическую величину Ю-4 см. При этом зарождение мартенситных кристаллов может происходить непосредственно из ОВД-фазы. Установленный критерий согласуется с дислокационным механизмом зарождения мартенситных5 кристаллов. Он позволяет осуществлять выбор параметров ИЗП для поверхностной закалки из расплава и объяснить литературные данные, свидетельствующие об отсутствии упрочнения при воздействии на ста- -ли лазерных импульсов длительностью т 10"9-10"6 с14,15.

Установлено, что циклическое воздействие НСЭП длительностью * 10~б с на стали с мартенситной структурой в режимах начального оплавления приводит к формированию за пределами ЗТВ протяженной (« 250 мкм) неравномерно упрочненной зоны, в которой на определенных глубинах (*50 и =<150 мкм) микротвердость достигает аномально высоких (до « 1800 кг/мм2) значений (рис.9). С помощью послойной ПЭМ показано, что в упрочненных слоях наблюдается фрагментация, двой-никование исходных мартенситных кристалллов, увеличение плотности дислокаций и повышение уровня дальнедействующих полей напряжений.

14Fabbro R., Fournler J., Fabre E. et al. baser Processing: Fundumentals, Applications, and Systems Engineering, SPIE, 1986, v.668, p.320-324.

Т5Тарасенко С.И. ФиХОМ, 1989, Ш 2, с.28-30.

Я..,кг/мм2

Ву* кг/мм2

1600

1200

800

,2

400" 1111111111пч11111 п тi 0 50 100

'{¿О.....2Ó0

Ж" «к«

Рис.9. Распределения микротвердости по глубине для закаленной стали 45, облученной НСЭП: У = 1 (1) и N = 300 (2). Е&= 2,2 Дж/см2, ч = 0,7 мкс. На вставке - зависимость максимальных значений микротвердости от Es (N = 300).

При этом изменение параметров субструктуры (плотность дислокаций, размеры фрагментов и др.) в пределах зоны воздействия пучка коррелирует с профилем микротвердости по глубине. Наибольший вклад в упрочнение, как следует из анализа различных механизмов, связан с фрагментацией исходных мартенситных кристаллов. Анализируются возможные причины формирования за пределами ЗТВ слоев с аномально высокой микротвердостью. Показано, что основным фактором является циклическое воздействие на мартенситную структуру биполярных волн напряжений длительностью « '10~б с с малой (*ЧЮ0 Ша) амплитудой. Высказывается предположение, что под действием таких волн, представляющих собой знакопеременную нагрузку,.в исходной сильно неравновесной структуре происходит перераспределение дефектов, стимулирующее перераспределение углерода и образование цементита.

На примере стали У7А иследованы закономерности упрочнения и особенности структурно-фазовых превращений в углеродистой стали, закаленной из расплава при воздействии ИЭП с параметрами Е = 130180 кэВ, т = 10 - 200 мкс, V - Ю6- Ю7 Вт/см2, Efi 40 - 100 Дж/см2. Плотность энергии пучка при фиксированной длительности

импульса сооветствовала равномерному оплавлению поверхности. Подобные режимы облучения интересны тем, что позволяют реализовать чисто тепловой механизм воздействия. При этом из-за объемного характера энерговыделения толщина расплава существенно превышает критическую, необходимую для эффективной закажи из жидкого состояния. Мз данных оптической металлографии следует, что с ростом длительности импульса толщина расплавленного слоя увеличивается в интервале 25-40 мкм, что согласуется с тепловыми расчетами. Мз расчетов также следует, что в указанном интервале т максимальная скорость закалки из расплава составляет 40О6 - 2•10т К/с, а скорость фронта кристализации на поверхности равна 0,1-0,8 м/с. В результате быстрой закалки из расплава формируется слаботравящийся (белый) слой с повышенной по сравнению с обычной закалкой микротвердостью. Обнаружено, что максимальная микротвердость на поверхности достигается при т * 40 мкс. С помощью РСА и ПЭМ установлено, что высокая (=* 1300 кг/мм2) микротвердость в белом слое связана с образованием специфической закалочной структуры, состоящей из мелкодисперсного мартенсита, упрочненного частицами цементита самоотпуска, и аномально большого '60 %) количества метастабильного остаточного аустенита.

По мере увеличения энергии электронов и плотности мощности пучка существенное влияние на структуру и свойства сталей начинают оказывать деформационные процессы, связанные с распространением волн напряжений. Этот вывод подтверждается данными, полученными при воздействии на стали СЭП 'с параметрами: Е * 200-500 кэВ, т * Ю-7 с и № * 108-109 Вт/см2. Облучение не приводило к интенсивному испарению поверхностного слоя, амплитуда волны напряжений не превышала * 2 ГПа. Установлено, что изменение микротвердости по глубине определяется соотношением двух факторов: поверхностного упрочнения за счет закалки от высоких температур и подповерхностного упрочнения под действием волны напряжений. Если толщина ЗТВ мала, то максимальное упрочнение достигается на глубине, сравнимой с максимальным пробегом электронов, где амплитуда волны, согласно расчетам, достигает максимума. Если же размеры этой зоны сравнимы с пробегом электронов, то реализуется поверхностное упрочнение. В этом случае пороговым является тепловой режим, при котором размер зерна, формирующегося при закалке из расплава, становится выше критического, необходимого для зарождения мартенсита.

Эффект аномально глубокого и сильного упрочнения мартенситной

структуры, обнаруженный при циклической обработке стали НСЭП, усиливается при воздействии на материал мегавольтного СЭП с % <* 50 не и 1У3 * 5•1010 Вт/см2. Амплитуда ударной волны достигает при этом <* 50 ГПа. Усиление эффекта заключается в том, что слои с аномально высокой (до 1500 кг/мм2) микротвердостью формируются по всей глубине массивного 1 см) образца (рис.10). По данным ПЭМ структурно-фазовое состояние материала в упрочненных слоях в целом аналогично наблюдаемому при воздействии биполярных волн напряжений малой амплитуды, следовательно, повышение микротвердости также связано с фрагментацией мартенситных кристаллов. Объемный квазипериодический характер упрочнения связывается с особенностями взаимодействия ударной волны с мартенситной структурой и последующими

процессами релаксации упругой энергии, запасенной в материале. ?

Нд, КГ/ММ

X, МКМ

Рис.10. Распределение микротвердости по глубине для закаленной стали 45, облученной мегавольтным СЭП : а, - IV « 5И09 Вт/см2; б -(У <* 5•1010 Вт/см2. Толщина образцов 10 мм.

Исследования структуры тыльной стороны подобных образцов, облученных в предоткольном режиме, показали, что в тонком (« 0,5 мкм) слое формируется большой спектр закономерным образом расположенных слоев с различным структурно-фазовым состоянием, причем наиболее необычные из этих структур (феррит-графитная и др.) образуются на глубине 0,15-0,20 мкм (рис.11) [371. Графитизациия стали и послойный характер расположения структур связывается с массопе-реносом углерода на фронте ударной волны и с восходящей диффузией углерода к'очень тонкому 0,15 мкм) поверхностному слою, перегретому по сравнению с более глубокими слоями за счет выделения в нем энергии при отражении ударной волны от тыльной стороны мишени.

Рис.11. Микроструктура приповерхностного слоя тыльной стороны образца из закаленной стали 45, облученной мегавольтным СЭП в предот-кольном режиме (темнопольное изображение в рефлексе [111] графита).

Установлено также, что в предоткольном режиме на тыльной поверхности образцов из серого чугуна формируется структура типа алмаза, вследствие чего микротвердость возрастает до * 2500 кг/мм2. Отмечается аналогия с синтезом алмаза на графитных включениях при воздействии на серый чугун ударных волн, инициируемых взрывом16.

Пятая_глава посвящена исследованию формирования метастабиль-ных, в том числе аморфных, структур при обработке ИЗП сплавов, склонных к аморфизации, и систем пленка - подложка. Поскольку данные направления относятся к числу наиболее изученных, в первом разделе главы дан краткий анализ литературных данных и обосновываются задачи исследований.

Во втором/разделе на примере поликристаллических сплавов N1-Nb, Fe-B-Si и Fe-Cr-P-C, склонных к аморфизации, изучено влияние 4 воздействия МЭИ с различными параметрами на структуру и свойства данных материалов. Показано, что при скоростях закалки из жидкого состояния 108 - Ю9 К/с, реализуемых при воздействии.СЭП длительностью * 10~7 с, на поверхности массивных образцов формируются 'Р слои, содержащие аморфные фазы, и обладающие высокими прочностными и коррозионными свойствами. При этом толщина упрочненного слоя может значительно превышать как толщину расплава, так и толщину всей ЗТВ [27]. Отмечается, что подавление процесса зморфизации связано с эпитаксиальным ростом кристаллических фаз на подложке.

В третьем разделе главы приводятся результаты исследования структуро- и фазообрэзования при импульсном плавления системы Та (пленка, 100 нм) - Fe (подложка) [381. Данная модельная система характеризуется ограниченной растворимостью компонентов в твердом

1б!аран Ю.Н., Соболев В.В., Г'убенко С.И., Слободской В.Я. Докл. АН СССР, 1991, т.319, I 6, с.1374-1377.

состоянии; в литературе отсутствуют данные об особенностях ее поведения в условиях импульсного жидкофазного перемешивания. Для облучения был выбран НСЭП длительностью * 1СГб с, позволяющий при сохранении высокой скорости охлаждения изменять условия кристаллизации в относительно больших пределах.

Из тепловых расчетов следует, что наличие тугоплавкой пленки (Та) приводит к увеличению в несколько раз толщины и времени жизни расплавленного слоя подложки "(Ге). Характерное время жидкофазного перемешивания компонентов составляет 0,4-1 мкс, скорость закажи из расплава и скорость движения межфазной границы расплав-твердое тело достигают у поверхности 109 К/с и 2 м/с, соответственно.

Методами POP и оже-спектроскопии показано, что в результате жидкофазного перемешивания компонентов толщина слоя, легированного Та, в 2-3 раза превышает толщину пленки. Увеличение плотности энергии пучка способствует более полному перемешиванию и росту толщины перемешанного слоя. Эффективный коэффициент жидкофазной диффузии Та в Fe составляет * оПО-5 см2/с. С помощью ПЗМ установлено, что структура, сформировавшаяся в результате быстрой закалки из расплава, имеет сложный фазовый состав (рис.12) и неоднородна по глубине (рис.13).

Рис.12. Электронно-микроскопическое изображение структуры образца Та-Ге на поверхности после импульсного плавления НСЭП (Е = 3,5 Дж/см2, 1 =* 0,8 мкс); справа - электроннограмма данного участка.

Непосредственно вблизи поверхности « 0,2 мкм от нее) наблюдаются частицы нерастворенного Та размером 0,3 мкм, аморфная фаза Ге-Та и дисперсные выделения интерметаллида Ре2Та. Далее расположены

Рис.13. Схема строения поверхностного слоя образца Та-Ре после импульсного электронно-лучевого перемешивания: 1-оксидная пленка,

2 - аморфная фаза Та-Ре,

3 - Та.

слои, состоящие преимущественно из частиц Ре2Та и зерен твердого раствора Ре(Та) с высокой плотностью дислокаций. Отмечается, что нижний предел концентрации Та, соответствующий образованию аморфной фазы, составляет <* 10 ат. %, что в * 2 раза ниже, чем при традиционных методах аморфизации. Многообразие и послойный характер расположения структур обусловлены уменьшением концентрации Та по глубине вследствие его диффузии в жидкой фазе и различием в скоростях охлаждения на поверхности и в более глубоких слоях расплава. Показано также, что в процессе термоциклирования, осуществляемого при импульсном нагреве, наличие тугоплавкой пленки Та приводит к созданию у поверхности градиентных фазово-структурных состояний с повышенными по сравнению с характерными для чистого железа уровнями плотности дислокаций и дальнодействукщих полей напряжений.

В_щестой_главе обосновывается вывод о.том, что для решения целого ряда прикладных задач, связанных с поверхностной обработкой металлических материалов, наиболее перспективными являются источники НСЭП длительностью » 10~б с. Это связано с возможностью надежно контролируемого импульсного нагрева тонких (=* Ю-4 см) поверхностных слоев, а также с рентгенобезопасностью, простотой конструкции, надежностью данных источников, широким диапазоном параметров пучка. К числу результатов, представляющих интерес для технологии, относятся следующие:

- протяженная 200 мкм) неравномерно упрочненная зона, формируемая при циклическом воздействии НСЭП на стали с мартенситной структурой, обладает повышенными (в 1,5 - 2,5 раза) триботехничес-кими характеристиками [39,40]. Это позволяет использовать такую обработку для уменьшения износа пар трения и увеличения стойкости

инструмента различного назначения, изготовленного из инструментальных сталей [41-44];

- облучение твердых сплавов НСЭП в режимах начального оплавления приводит к дополнительному растворению карбидов в кобальтовой связке, что способствует увеличению мшротвердости на поверхности на 15-20 % по сравнению с исходной. Облучение в этих режимах позволяет увеличить стойкость режущего инструмента при повышенных скоростях резания в 2-3 раза. Дополнительное увеличение стойкости инструмента может быть достигнуто применением отжига после облучения за счет снятия формируемых в результате облучения растягивающих макронапряжений в карбидной фазе [45];

- циклическое воздействие НСЭП на титановые сплавы в режимах начального плавления позволяет существенно снизить шероховатость поверхности, очистить ее от примесей кислорода и углерода, а также повысить однородность распределения элементов по толщине поверхностного слоя. В сочетании с последующим вакуумным отжигом такая обработка приводит к формированию структуры с повышенной микротвердостью и позволяет примерно на порядок увеличить усталостную прочность деталей. Последнее связано со сменой механизма разрушения с поверхностного на подповерхностный;

- оплавление тонкого поверхностного слоя защитного покрытия Ni-Cr-Al-Y позволяет за счет резкого снижения шероховатости поверхности при сохранении исходного структурно-фазового состояния повысить жаростойкость покрытия (на 25 % при 1050° С), сохранив при этом усталостную прочность лопаток ГТД с покрытием на необходимом высоком уровне [46];

- с помощью НСЭП длительностью =* 10~б с и плотностью энергии > 20 Дж/см2 можно эффективно удалять защитные покрытия после длительной эксплуатации перед повторным их нанесением [47];

- с помощью НСЭП можно осуществлять ионно-плазменное напыление различных металлических материалов, включая тугоплавкие, на металлические подложки с одновременным переплавлением поверхностного слоя. Формируемые при этом в поверхностном слое высококонцентрированные сплавы имеют толщины, примерно на порядок большие, чем при высокодозной ионной имплантации и импульсном плавления систем пленка - подложка (рис. 14);

- циклическая обработка нержавеющих аусгенитных сталей НСЭП длительностью ^ Ю-6 с в режиме испарения, позволяет существенно повысить их коррозионную стойкость за счет эффективной очистки

4 т., мкм

Рис.14. Концентрационные профили элементов в сплаве Cu-Pe, полученном с помощью НСЭП путем напыления ' Си на подложку из Fe и плавления поверхностного слоя.

поверхности от нежелательных примесей и формирования быстрозака-ленной субзеренной структуры со сглаженным микрорельефом. Поверхностное жидкофазное легирование танталом позволяет значительно увеличить эффективность облучения [48,49];

- облучение электродов приводит к эффективному сглаживанию рабочей поверхности за счет ее оплавления, очистке приповерхностных слоев от примесей и растворенных газов. Такая обработка в сочетании с последующей тренировкой вакуумного промежутка слаботочными импульсными разрядами позволяет существенно снизить предпро-бойные токи и повысить электрическую прочность вакуумной изоляции (рис.15) [50,51].

-13 н

tu

-14 -

N1 техн.чиототы. 1- до об- 6 п лучения,,3- посла облучения (5 Дж/см , 50 импульсов)

МВ/су

-15

1.3 - до кондиционирования

2.4 - после кондиционирования

3 Н 2

1 н о

1.1 ю VlA 1

k2 - Ni техн. чистоты; 3,4 -особой чистоты: 1,3 - до облучения; 2,4 - после облучения при Б« 6 Дк/смг, 50 имп.

0.5 0.7 0.9 1.1 Ю*/о 1 ■ 1 10 20 60 100 200

У, пробои

Рис.15. Влияние обработки никелевых электродов НСЭП на предробой-ные вольт-амперные характеристики вакуумного промежутка (а) и на зависимости импульсного пробивного напряжения от числа пробоев (б).

выводы

1. Экспериментально исследованы закономерности возбуждения взрывной электронной эмиссии автоэлектронным током большой плотности. Показано, что эти закономерности удовлетворительно описываются тепловым механизмом разрушения автоэмиттера. Установлена слабая зависимость скорости разлета плазмы катодного факела, образующегося при взрыве автоэмиттера, от скорости роста напряженности электрического поля на катоде.

2. В модельном диоде с острийным катодом и плоским анодом экспериментально установлены закономерности токопрохождения и особенности микроструктуры электронного потока в устойчивой и неустойчивой стадиях взрывной эмиссии, а также характер первичного изменения микрорельефа поверхности анода при воздействии такого электронного потока. Предложен метод стабилизации токопрохождения и увеличения первеанса электронного потока, основанный на предварительном заполнении диода прикатодной плазмой.

3. В экспериментах на металлах без полиморфных превращений (Си, Мо) и обладающих полиморфизмом (Ге) установлены закономерности формирования градиентных структур в поверхностных слоях при чисто тепловом воздействии пучка, воздействии волн напряжений (ударных волн) и комбинированном нагружении. Показано, что наблюдаемые неоднородности дефектной и зеренной структуры, напряженно-деформированного состояния и характера упрочнения по глубине связаны с динамикой полей температур и напряжений.

4. На основе структурных исследований и тепловых расчетов установлены закономерности и механизм формирования ЗТВ углеродистой стали с мартенситной структурой• под действием НСЭП длительностью * 10~6 с. Показана возможность формирования нанокристалли-ческих структур в стали при высокоскоростной (до =* Ю10 К/с) закалке из расплава.

5. Определены критические условия зарождения мартенситных кристаллов в углеродистых сталях при закате из жидкого состояния, приводящие к выводу о существовании минимального критического размера зерна исходной фазы, необходимого для зарождения мартенсита. Установленный критерий согласуется с дислокационным механизмом зарождения мартенсита.

6. В экспериментах по воздействию НСЭП длительностью * Ю-6 с на стали с мартенситной структурой обнаружен эффект формирования

протяженных, неравномерно упрочненных.по глубине, слоев с аномально высокими значениями микротвердости. Показана определяющая роль циклических биполярных- волн напряжений малой амплитуды в формировании такой градиентной структуры. -

7. Установлены закономерности упрочнения и особенности структурных и фазовых превращений в углеродистой стали, закаленной из расплава при скоростях охлаждения 10б - 107 К/с, реализуемых при возействии высокоэнергетичных 170 кэВ) ИЭП длительностью 10-5-10-Л с. Установлена взаимосвязь между повышенной микротвердостью белых слоев, формируемых при закаже из расплава, и их структурно-фазовым состоянием.

8. В экспериментах по воздействию мегавольтного СЭП на углеродистую сталь обнаружен эффект объемного квазипериодического упрочнения мартенсита при ударно-волновом нагружении в предотколь-ном режиме и установлено слабое влияние амплитуды волны на структурно-фазовое состояние материала в слоях с аномально высокой микротвердостью. Обнаружено, что на тыльной стороне подобных образцов в результате диффузии углерода и импульсного нагрева поверхности при отражениии от нее ударной волны формируются нетипичные для сталей структуры (феррит-графитная и др.); в сером чугуне на тыльной поверхности образуется структура с аномально высокой твердостью 2500 кг/мм2), что связано с ударно-волновым синтезом алмззоподобной фазы на графитных включениях;

9. На примере системы Ta-Fe установлены закономерности формирования градиентных структурно-фазовых состояний, в том числе аморфных, образующихся при импульсном плавлении систем пленка -подложка. Установлено, что послойный характер расположения структур связан с резким уменьшением концентрации тантала и максимальной скорости охлаждения на фронте кристаллизации по глубине;

10. Обоснована перспективность использования источников НСЗП длительностью * 10~б с для модификации структуры и свойств металлических материалов. Показано, что в сочетании с традиционными видами обработки такие пучки позволяют эффективно решать разнообразные технологические задачи, связанные с улучшением прочност--ных, .электрохимических свойств деталей и инструмента, созданием ремонтных технологий, основанных на удалении нарушенного поверхностного слоя, с увеличением электрической прочности вакуумной изоляции.

Основное содержание диссертации изложено в работах:

1. Шубин А.Ф., Ротштейн В.П., Проскуровский Д.И. Пластическая деформация металла под действием интенсивного электронного пучка длительностью 10~8-10-7 с, // Изв. вузов. Физика, 1974, № 7, с. 5053.

2. Ротштейн В.П., Бушнев JI.C., Проскуровский Д.И. Дислокационная структура меди, облученной интенсивным электронным пучком длительностью 10-8-10_7с. // Изв. вузов. Физика, 1975, № 3, с. 130-131.

3. Низкоэнергетичный импульсный электронный пучок большой плотности для поверхностного нагрева./ Г.А. Месяц, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн, Н.И.Лебедева. // Докл. АН СССР, 1980, т.253, Jé 6, с.1383-1386.

4. Марков А.Б., Проскуровский Д.И., Ротштейн В.П. Формирование зоны теплового влияния в железе и стали 45 при воздействии низкоэнергетичных сильноточных электронных пучков./ Препринт 117, Томский научный центр СО РАН, 1993, 63 с.

5. Исследование временных характеристик перехода автоэлектронной эмиссии в вакуумную дугу. / Г.К. Карцев,Г.А. Месяц, Д.И. Проскуровский, В.П.Ротштейн, Г.Н. Фурсей.// Докл. АН СССР, 1970, т.192, № 2, с.309-312.

6. Field emission Initiated vacuum arc in an extremely strong field at high current density./ G.N. Fursey, G.K. Kartsev, G.A. Mesyats, D.I. ProsJmrovs^y, V.P. Rotshtein. // Proc. oí the IX Int. Conf. on Phen. in Ionized Gases. Bukharest, 1969, p.88.

7. Коваль Б.А., Проскуровский Д.И., Ротштейн В.П. Установк для исследования автоэлектронной эмиссии в нано- и субнаносекунд-ном диапазанах времени // ПТЭ, 1979, № 4, с.243-247.

8. Определение скорости разлета плазмы, образованной электри ческим взрывом острия под действием автоэлектронного тока болыпо. плотности./ Г.А. Месяц, В.П. Ротштейн, Г.Н. Фурсей, Г.К. Карцев // Журн.тех. физ., 1970, т.40, №7, с.1551-1553.

9. Проскуровский Д.И., Ротштейн В.П. Измерение скорости движения границы эмиссии электронов из плазмы катодного факела. // : сб. "Мощные наносекундные импульсные источники ускоренных электро нов", Новосибирск, "Наука", 1974, с. 59-62.

10. Проскуровский Д.И., Ротштейн В.П. Определение плотност электронного тока на аноде вакуумного диода с острийным катодом

работают™ в режиме взрывной эмиссии. // Изв. вузов. Физика, 1973, №11, с. 142-144.

11. Исследование некоторых процессов в вакуумном диоде с катодным факелом./ Д.И.Проскуровский, В.П. Ротштейн, А.Ф. Шубин, Е.Б. Янкелевич.// Журн. тех. физ., 1975, т. 45, № 10, с. 2135-2143.

12. Influence of regime of electron current take-off from cathode flare on electrode erosion type. / D.I. Proskurovsky, V.P. Rotshtein, A.F. Shubin, E.B.Yankelevich. // Proc. VI Intern. Symp. on Discharges and Elect. Insul. in Vacuum (ISDEIV), 1974, Swansea, 1Ж, p. 173-178.

13. Баженов Г.П., Ротштейн В.П. О влиянии предимпульса на величину тока, отбираемого с катода вакуумного диода, работающего в режиме взрывной эмиссии.// В сб.: "Мощные наносекундные импульсные источники ускоренных электронов", Новосибирск, "Наука", 1974, с. 67-71.

14. Дислокационная субструктура, сформировавшаяся в результате облучения железа низкоэнергетичным сильноточным электронным пучком./ Е.Ф. Дудэрев, Л.А. Корниенко, С.В. Лыков, А.Б Марков, Г.П. Почивалова, В.П. Ротштейн, Т.Ю. Чубенко.// Изв. ВУЗов. Физика, 1993, № 5, с.42-47.

15. Modification of a-Fe surface using low-energy, high-current electron beam./ A. Zecca, R. Brusa, M. Duarte Naia, J. Paridaens, A.D. Pogrebnjak, A.B. Markov, G.E. Ozur, D.I. Proskurovsky, V.P Rotshtein. // Phys. bett. A, v.175, А» 6, 1993, p.433-440.

16. Воздействие мощного кратковремешюго электронного потока на металл. /Р.Б. .Бакшт, Г.А. Месяц, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн, А.Ф. Шубин. В сб.: "Разработка и применение источников интенсивных электронных пучков"// Новосибирск: Наука, 1976, с.141-153.

17. Формирование упрочненных зон в сталях, облученных интенсивными импульсными электронными пучками./ В.И. Итин, И.С. Кашинская, С.В. Лыков, Е.М. Оке, Д.И. Проскуровский, П.Б. Попов, В.П. Ротштейн, А.Н. Семенихин, П.М. Щанин.// В сб.: "Физика износостойкости поверхности металлов", Ленинград: Наука, 1988, с.119-124.

18. Stress waves and structural modifications In metal and alloys at higli-current pulsed electron beam irradiation./ V.I. Itin, S.V. Lykov, G.A. Mesyats, P.B. Popov, D.I. Proskurovsky,

V.P. Rotshtein. // Proc. Int. Conf. "Energy Pulse and Particle Beams Modification of Materials" (EPM-89), Dresden, 1989, (Physical Research,1990, Akademie-Verlag, Berlin, p.331-333).

19. Влияние энергетической структуры электронного пучка на профиль возбуждаемой им биполярной волны напряжений./ В.И. Итин, С.В. Лыков, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн, С.В. Федюк, Р.Д. Строкатов. // Тезисы докладов III Конф. по модификации свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц, Томск, 1994, т.1, с.166-168.

20. Эволюция волн напряжений, возбужденных в металлах импульсным электронным пучком./ С.В. Лыков, В.И. Итин, Г.А. Месяц, •Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн.//Докл. АН СССР, 1990, т.310, Л 4, с.858-861.

'21. Dynamics of stress waves and temperature fields in metals at high-current pulsed electron beam irradiation./1 S.V. Lykov, I.M. Gonchareriko, N.P. Kcndratyuk, V.I. Itin,' G.A. Mesyats, G.E. Ozur, D.I. Proskurovsky, V.P Rotshtein.// BEAMS-90, Novosibirsk, USSR, 1990, v.2, p.721-726.

22. Action of a nanosecond megavolt high-current electron beam on metals and alloys./ I.M. Goncharenko, A.M. Efremov, Yu.F. Ivanov, V.I. Itin, B.M. Koval'chuk, S.V. Lykov, A.B. Markov, V.P. Rotshtein, A.A. Tukhvatullin. // BEAMS-92, Washington, DC, 1992, v.3, p.1948-1953.

23. Phase and structural transformations in Iron and carbon steel induced by megavolt high-current electron beam./ A. M. Efremov, Yu.F. Ivanov, V.I. Itin, S.V. Lykov, A.B. Markov, V.P. Rotshtein, A.A. Tukhvatullin.// Proc. of 1992 MRS Fall Meeting, (Beam-Solid Interaction-Fundamentals and Applications, 1993, v. 279).

24. Поверхностное упрочнение сталей при воздействии интенсивного электронного пучка./ В.И. Итин, Н.Н. Коваль, Г.А. Месяц, В.П.Ротштейн, И.С. Чухланцева. // Физ. и хим. обр. материалов,

1984, № 6, с.119-122. 4

25. Поверхностное упрочнение сплавов на основе железа при воздействии интенсивного импульсного электронного пучка./ В.И. Итин, Б.А. Коваль, Н.Н. Коваль, С.В. Лыков, Г.А. месяц, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн, И.С. Чухланцева. // Изв. вузов. Физика,

1985, № 6, с.38-43.

26. Структура и свойства сталей, обработанных интенсивными электронными пучками./ С.И. Белюк, И.М. Гончаренко, В.И. Итин,

М.С. Кашинская, С.В. Лыков, Е.М. Оке, В.П. Ротштейн, П.М. Щанин.

// Труды II Межд.- конф. по электронно-лучевым технологиям (ЭЛТ-88), Варна, Болгария, 1988,'ч.III, с.595-600.

27. Modification of the surface layers of metallic materials by high-current pulsed electron beams./ V.I. Itin, B.A. Koval, A.I. bigachev, S.V. Lykov, D.I. Proskurovsky, V.P Rotshtein, I.S. Chukhlantseva. // Proc. of 6th Int. Conf on High-Power Particle Beams (BEAMS-86), Japan, Kobe, 1986, v.2, p.613-616.

28. Механизм упрочнения сталей при циклическом воздействии низкоэнергетичным сильноточным электронным пучком./ В.И. Итин, М.С.Кашинская, С.В.Лыков, Г.Е. Озур, Д.И. Проскуровский, В.П. Роштейн.// Письма в ЖТФ, 1991, т.17, JS.5, с.89-93.

29. Диссипация энергии волн напряжений и структурные изменения в сталях, облученных импульсным электронным пучком./ Ю.Ф. Иванов, В.И. Итин, С.В. Лыков, Г-.А. Месяц, Г.Е. Озур, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн.// Докл. АН СССР, 1991, т.321, № 6, с.1192-1196.

30. Dissipation of stress wave energy and structural modification of steels irradiated by a low-energy high-current electron beam./ V.I. Itin, Yu.F. Ivanov, S.V. Lykov, G.E.Ozur, D.I. Prosku-rovsky, V.P Rotshtein.// BEAMS-92, Washington, DC, 4992, v.3, p.1942-1947.

31. Microstructure of heat-affected zone in carbon steel irradiated by a low-energy high-current electron beam./ Yu.F. Ivanov, V.I. Itin, S.V. Lykov, A.B. Markov, V.P. Rotshtein. // Proc. of 1992 MRS Fall Meeting, (Beam-Solid Interaction - Fundamentals and Applications, 1993, v.279.)-

32. Структурный анализ зоны термического влияния в стали 45, обработанной низкоэнергетичным сильноточным электронным пучком./ Ю.Ф. Иванов, В.И. Итин, С.В. Лыков, А.Б. Марков, В.П. Ротштейн,

A.А. Тухватуллин, Н.П. Дикий.// Физика металлов и металловедение, 1993, т.75, Ji 5, с.103-112.

33. Фазовые и структурные изменения в стали 45 под действием низкоэнергетичного сильноточного электронного пучка./ Ю.Ф. Иванов,

B.И. Итин, С.В. Лыков, А.Б. Марков, Г.А. Месяц, Г.Е. Озур, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн, А.А. Тухватуллин.// Известия РАН. Металлы, 1993, ЛГЗ. с.130-140.

34. Критический размер зерна для зарождения а-мартенсита./ Ю.Ф. Иванов, М.П. Кащенко, А.Б. Марков, В.П. Ротштейн.// Журн.тех.

физ.,1995, T.65, № 3, с.98-101.

35. Изменения структуры и свойств углеродистых сталей, облученных высокоэнергетичным электронным пучком длительностью 10-5-10~д е./ Ю.Ф. Иванов, И.О. Кашинская, C.B. Лыков, A.B. Марков, Е.М. Оке, В.П. Ротштейн. // Известия вузов. Физика, 1995, Л 10, с.42-50.

36. Объемный характер упрочнения мартенсита под действием мегавольтного сильноточного электронного пучка./ A.M. Ефремов, Ю.Ф. Иванов, В.И. Итин, Б.М. Ковальчук, И.С. Кашинская, C.B. Лы-

; ков, А.Б.' .Марков, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн.// Письма е , ЖТФ, ,1993,,т.19, JÊ 2, с.23-27.

ЗТ.*'Иванов Ю.Ф., Лыков C.B., Ротштейн В.П. Структура припо-:■:- верхностного слоя предоткольной зоны стали 45, облученной наносе-кундныМ мегавольтным сильноточным электронным пучком. // Физ. в хим. обр. материалов, 1993, № 5, с.62-67.

38. Импульсное электронно-лучевое перемешивание системы • Ta-Fe./ Ю.Ф. Иванов, Ю.Ю. Крючков, А.Б.' Марков, Д.С. Назаров, Г.Е.

Озур, А.Д. Погребняк, Д.И, Проскуровский, В.П. Ротштейн.// Поверхность, 1994, № 10-11, с.95-102.

39. Поверхностное упрочнение и изменение триботехнических свойств стали ШХ15, обработанной электронными пучками./ Г.И. Баранов, И.М. Гончаренко, И.С. . Кашинская, С.В.Лыков, Ю.К. Машков, Г.Е. Озур, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн.// Тезисы докладов II Всес. конф. "Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц", Свердловск, 1991, т.4, с.6-8.

.40. Влияние обработки металлических материалов низкоэнерге-тичными СЭП на износостойкость металло-полимерных пар трения., Г.И. Баранов, И.М. Гончаренко, В.И. Итин, И.С. Кашинская, С.В Лыков, Ю.К. Машков, Г.Е. Озур, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн , // Там же, с.9-11.

• 41. A.c. J6 1682403, кл. C21D 1/09. Способ упрочнения стальны изделий./ В.И. Итин, И.С. Кашинская, C.B. Лыков,Г.Е. Озур, Д.И .Проскуровский, Ротштейн./ Заявл. 18.09. 1989.// БИ 1991, № 3?.

42. A.c. № 17667886, кл. 5C21D1/09. Способ упрочнения сталь ных изделий./. С.И. Белт, И.М. Гончаренко, C.B. Лыков, Г.Е. Озур Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн, Кашинская./ Заявл. 15.10.1990 // БИ 1992, Jfi 40, с.41.

43. Патент РФ (19) RU (11) 2009272 С1. Способ упрочнени стальных изделий./ В.И. Итин, C.B. Лыков, В.П. Нестеренко, Г.Е

Озур, Д.И. Проскуровский, А.Д. Погребняк, В.П. Ротштейн./ Заявл. 12.03.92.// БИ 1994, № 5, с. 138.

44. Патент РФ (19) RU (11) 2048606 С1. Способ упрочнения стальных изделий./ В.И, Итин, С.В. Лыков, В.П. Нестеренко, Г.Е. Озур, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн./ Заявл. 12.03.92.// БИ 1995, № 32, с.212.

45. Импульсная электронно-лучевая обработка твердых сплавов и режущего инструмента на их основе./ И.М. Гончаренко, Д.В. Лычагин, Д.С. Назаров, Г.Е. Озур, П.В. Орлов, К.Н. Полещенко, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн,А.А. Тухватуллин.// Тезисы докладов 4 Международной конф. "Компютерное конструирование перспективных материалов и технологий", Томск, 1995, с.186-187.

46. Электронно-лучевое модифицирование жаростойких покрытий на лопатках ГТД. К.М. Пастухов, Ю.Д Ягодкин, A.M. Сулима, Н.Ф. Иванова, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн, Г.Е. Озур, Д.С. Назаров, Е.М. Мишин, М.В. Виноградов.// Тезисы докладов III конф. "Модификация свойств конструкционных материалов пучками заряженных частиц", Томск, 1994, т.2, с.65-67.

47. Электронно-лучевой способ удаления защитных покрытий с деталей./ К.М. Пастухов, Ю.Д Ягодкин, В.А. Шулов, В.А. Кощеев, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн, Г.Е. Озур, Д.С. Назаров, Е.М. Мишин, М.В. Виноградов.// Там же, т.2, с.63-64.

48. Электрохимическое поведение стали 12Х18Н10Т, облученной импульсным электронным пучком./ Т.О. Баженова, В.И. Итин, Б.А. Коваль, Лыков, О.И. Налесник, Д.И. Проскуровский, В.П. Ротштейн.// Защита металлов, 1988, т.24, с. 466-469.

49. Повышение коррозионной стойкости стали 12Х18Н10Т при обработке низкоэнергетичным сильноточным электронным пучком./ И.М. Гончаренко, В.И. Итин, С.В. Мсиченко, С.В. Лыков, А.Б.Марков, О.И. Налесник, Г.Е. Озур, Д.И. Проскуровский, В.П.Ротштейн. // Защита металлов, 1993, т.29, ils б, с. 932-937.

50. The effect of pulse electron-beam treatment on the electric strength of the vacuum insulation./ A.V. Batrakov, A.B. Markov, G.E. Ozur, D.I. Proskurovsky, V.P Rotshtein.// Proc. XVI ISDEIV, May 1994, Moscow, Russia, p.360-363 (SPIE, v.2259).

51. The effect of pulse electron-beam treatment of electrodes on vacuum breakdown./ A.V. Batrakov, A.B. Markov, G.E. Ozur, D.I. Proskurovsky, V.P. Rotshtein. // IEEE Trans, on Dielectrics and Electr. Insul., Apr. 1995, №2, p.237-242.

Заказ 37 Тира* 100 экз.

ИКТ "Пак и К0", 634021,Томск,пр.Фрунзе,118