Влияние высокоэнергетического протонного облучения на структуру и напряженно-деформированное состояние ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiC-WC

Влияние высокоэнергетического протонного облучения на структуру и напряженно-деформированное состояние ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiC-WC

Методами широкоугловой рентгеновской дифрактометрии в сочетании с тензометрией изучено влияние облучения протонами ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiС-WC на изменение их характеристик в триаде фазовый состав — структура (субструктура) — напряженно-деформированное состояние. Установле...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2014
Main Authors: Соболь, О.В., Шовкопляс, О.А.
Format: Article
Language:Russian
Published: Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України 2014
Series:Физическая инженерия поверхности
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102624
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Влияние высокоэнергетического протонного облучения на структуру и напряженно-деформированное состояние ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiC-WC / О.В. Соболь, О.А. Шовкопляс // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 1. — С. 82-88. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102624
record_format dspace
spelling nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1026242025-02-23T17:20:17Z Влияние высокоэнергетического протонного облучения на структуру и напряженно-деформированное состояние ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiC-WC Високоенергетичного протонного опромінення на структуру та напружено-деформований стан йонно-плазмових покриттів квазібінарної системи TiC-WC High energy proton irradiation on structurе and stress-strein state ion-plasma coating quasi-binary system TiC-WC Соболь, О.В. Шовкопляс, О.А. Методами широкоугловой рентгеновской дифрактометрии в сочетании с тензометрией изучено влияние облучения протонами ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiС-WC на изменение их характеристик в триаде фазовый состав — структура (субструктура) — напряженно-деформированное состояние. Установлено, что используемая квазибинарная система является устойчивой по своим фазово-структурным характеристикам к облучению протонами с энергией 200 кэВ до дозы 6,5•10¹⁷ см⁻². Существенные изменения под действием облучения происходят только в напряженно-деформированном состоянии. Обсуждены физические причины наблюдаемых эффектов. Методами ширококутової рентгенівської дифрактометрії у поєднанні з тензометрією вивчено вплив опромінення протонами йонно-плазмових покриттів квазібінарної системи TiС-WC на зміну їх характеристик у тріаді фазовий склад — структура (субструктура) — напружено-деформований стан. Установлено, що використовувана квазібінарна система є стійкою за своїми фазово-структурними характеристиками до опромінення протонами з енергією 200 кеВ до дози 6,5•10¹⁷ см⁻². Суттєві зміни під дією опромінення відбуваються тільки в напружено-деформованому стані. Обговорені фізичні причини спостережуваних ефектів. Using wide angle X-ray diffraction methods in conjunction with tensometry studied the effect of proton irradiation of ion-plasma coatings quasi-binary system TiC-WC.na change their characteristics in the triad phase composition — structure (substructure) — stress-strain state. Found that used quasi- binary system is stable in its phase-structural characteristics to irradiation with protons with an energy of 200 keV to a dose of 6.5•10¹⁷ cm⁻². Significant changes under irradiation occur only in stress-strain state. Physical reasons for the effects observed have been discussed. 2014 Article Влияние высокоэнергетического протонного облучения на структуру и напряженно-деформированное состояние ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiC-WC / О.В. Соболь, О.А. Шовкопляс // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 1. — С. 82-88. — Бібліогр.: 13 назв. — рос. 1999-8074 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102624 539.2 ru Физическая инженерия поверхности application/pdf Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Методами широкоугловой рентгеновской дифрактометрии в сочетании с тензометрией изучено влияние облучения протонами ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiС-WC на изменение их характеристик в триаде фазовый состав — структура (субструктура) — напряженно-деформированное состояние. Установлено, что используемая квазибинарная система является устойчивой по своим фазово-структурным характеристикам к облучению протонами с энергией 200 кэВ до дозы 6,5•10¹⁷ см⁻². Существенные изменения под действием облучения происходят только в напряженно-деформированном состоянии. Обсуждены физические причины наблюдаемых эффектов.
format Article
author Соболь, О.В.
Шовкопляс, О.А.
spellingShingle Соболь, О.В.
Шовкопляс, О.А.
Влияние высокоэнергетического протонного облучения на структуру и напряженно-деформированное состояние ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiC-WC
Физическая инженерия поверхности
author_facet Соболь, О.В.
Шовкопляс, О.А.
author_sort Соболь, О.В.
title Влияние высокоэнергетического протонного облучения на структуру и напряженно-деформированное состояние ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiC-WC
title_short Влияние высокоэнергетического протонного облучения на структуру и напряженно-деформированное состояние ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiC-WC
title_full Влияние высокоэнергетического протонного облучения на структуру и напряженно-деформированное состояние ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiC-WC
title_fullStr Влияние высокоэнергетического протонного облучения на структуру и напряженно-деформированное состояние ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiC-WC
title_full_unstemmed Влияние высокоэнергетического протонного облучения на структуру и напряженно-деформированное состояние ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiC-WC
title_sort влияние высокоэнергетического протонного облучения на структуру и напряженно-деформированное состояние ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы tic-wc
publisher Науковий фізико-технологічний центр МОН та НАН України
publishDate 2014
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102624
citation_txt Влияние высокоэнергетического протонного облучения на структуру и напряженно-деформированное состояние ионно-плазменных покрытий квазибинарной системы TiC-WC / О.В. Соболь, О.А. Шовкопляс // Физическая инженерия поверхности. — 2014. — Т. 12, № 1. — С. 82-88. — Бібліогр.: 13 назв. — рос.
series Физическая инженерия поверхности
work_keys_str_mv AT sobolʹov vliânievysokoénergetičeskogoprotonnogooblučeniânastrukturuinaprâžennodeformirovannoesostoânieionnoplazmennyhpokrytijkvazibinarnojsistemyticwc
AT šovkoplâsoa vliânievysokoénergetičeskogoprotonnogooblučeniânastrukturuinaprâžennodeformirovannoesostoânieionnoplazmennyhpokrytijkvazibinarnojsistemyticwc
AT sobolʹov visokoenergetičnogoprotonnogoopromínennânastrukturutanapruženodeformovanijstanjonnoplazmovihpokrittívkvazíbínarnoísistemiticwc
AT šovkoplâsoa visokoenergetičnogoprotonnogoopromínennânastrukturutanapruženodeformovanijstanjonnoplazmovihpokrittívkvazíbínarnoísistemiticwc
AT sobolʹov highenergyprotonirradiationonstructureandstressstreinstateionplasmacoatingquasibinarysystemticwc
AT šovkoplâsoa highenergyprotonirradiationonstructureandstressstreinstateionplasmacoatingquasibinarysystemticwc
first_indexed 2025-11-24T02:12:44Z
last_indexed 2025-11-24T02:12:44Z
_version_ 1849636017523392512
fulltext ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПРОТОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 18282 © Соболь О. В., Шовкопляс О. А., 2014 УДК 539.2 ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПРОТОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ ИОННО-ПЛАЗМЕННЫХ ПОКРЫТИЙ КВАЗИБИНАРНОЙ СИСТЕМЫ TIC-WC О. В. Соболь1, О. А. Шовкопляс2 1Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Украина, 2Сумской государственный университет, Украина Поступила в редакцию 04. 03. 2014 Методами широкоугловой рентгеновской дифрактометрии в сочетании с тензометрией изу че­ но влияние облучения протонами ионно­плазменных покрытий квазибинарной си стемы TiС­ WC на изменение их характеристик в триаде фазовый состав — структу ра (субструктура) — напряженно­деформированное состояние. Установлено, что ис поль зуемая квазибинарная си стема является устойчивой по своим фазово­структурным характеристикам к облучению про тонами с энергией 200 кэВ до дозы 6,5·1017 см–2. Существенные изменения под действием об лучения происходят только в напряженно­де формированном состоянии. Обсуждены фи зи­ чес кие причины наблюдаемых эффектов. Ключевые слова: ионно­плазменные покрытия, квазибинарная система, фазовый состав, стру ктура, субструктура, напряженно­деформированное состояние, облучение протонами. ВПЛИВ ВИСОКОЕНЕРГЕТИЧНОГО ПРОТОННОГО ОПРОМІНЕННЯ НА СТРУКТУРУ ТА НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНИЙ СТАН ЙОННО-ПЛАЗМОВИХ ПОКРИТТІВ КВАЗІБІНАРНОЇ СИСТЕМИ TIC-WC О. В. Соболь, О. А. Шовкопляс Методами ширококутової рентгенівської дифрактометрії у поєднанні з тензометрією вивчено вплив опромінення протонами йонно­плазмових покриттів квазібінарної системи TiС­WC на змі ну їх характеристик у тріаді фазовий склад — структура (субструктура) — напружено­де­ фор мований стан. Установлено, що використовувана квазібінарна система є стійкою за своїми фа зово­структурними характеристиками до опромінення протонами з енергією 200 кеВ до до­ зи 6,5·1017 см–2. Суттєві зміни під дією опромінення відбуваються тільки в напружено­дефор­ мо ваному стані. Обговорені фізичні причини спостережуваних ефектів. Ключові слова: йонно­плазмові покриття, квазібінарна система, фазовий склад, структура, суб структура, напружено­деформований стан, опромінення протонами. INFLUENCE HIGH ENERGY PROTON IRRADIATION ON STRUCTURЕ AND STRESS-STREIN STATE ION-PLASMA COATING QUASI-BINARY SYSTEM TIC-WC O. V. Sobol’, O. A. Shovkoplyas Using wide angle X­ray diffraction methods in conjunction with tensometry studied the effect of proton ir radiation of ion­plasma coatings quasi­binary system TiC­WC.na change their characteristics in the triad phase composition — structure (substructure) — stress­strain state. Found that used qu­ a si­binary system is stable in its phase­structural characteristics to irradiation with protons with an en ergy of 200 keV to a dose of 6.5·1017 cm–2. Significant changes under irradiation occur only in О. В. СОБОЛЬ, О. А. ШОВКОПЛЯС ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 1 83 ВВЕДЕНИЕ Проблема надежности и долговечно сти ма­ те риалов и приборов аэрокосмической те х­ ни ки стала особенно важной и актуальной в свя зи с их применением в космических ап­ па ратах с длительными сроками эксплуата­ ции (15—20 лет). Главная трудность на пути решения дан­ ной проблемы — это недостаточный уро­ вень фундаментальных знаний и физичес­ ких представлений о природе, механизмах и закономерностях (на атомном и молекуляр­ ном уровнях) основных элементарных ак­ тов и процессов, которые происходят в кон струкционных материалах при сильном воз действии на них многих факторов кос ми­ чес кого пространства. При этом необходимо от метить, что по степени влияния на стру­ к ту ру и свойства материалов наибольшее воз дей ствие оказывает высокоэнергетиче­ ское об лучение протонами и электронами. Для мо делирования такого влияния исполь­ зуются комплексные имитаторы, в которых об луче ние осуществляется в смешанных пуч ках с помощью ускорителя протонов и элек тронов в рабочем диапазоне энергий 50—200 кэВ при величине суммарного тока 0,01—20 мкА и плотности потока 5,2·108— 1,0·1012 част/см2·с [1]. К материалам со стойкими к радиационно­ му воздействию функциональными свойс­ тва ми относятся композиты из тяжелой мат­ ри цы и легкого наполнителя [2]. В качестве та ких материалов хорошую перспективу име ют системы из твердого раствора в ме­ тал лической матричной решетке и легкого элемента внедрения, такого как углерод, азот или бор [3—5]. В данной работе поставлена цель исследо­ вать влияние облучения в скрещенных пото­ ках протонов и электронов на фа зо вый со­ став, структуру, субструктуру и на пряжен ное состояние покрытий квазибина рных систем на основе металлического твердого раствора из атомов титана и вольфрама в сочетании с эле ментом внедрения — углеродом. При этом следует отметить, что используе мая в работе титан­вольфрамовая матрица уже ап риори является стойкой к действию эле к ­ тронного облучения с энергией 40 кэВ, т. к. для имеющих большие атомные массы ти та­ на и вольфрама облучение электронами при­ ве дет только к небольшому нагреву за счет увеличения амплитуды колебания атомов в узлах решетки [6]. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Методом магнетронного распыления на по­ стоянном токе в атмосфере Ar мишеней ква­ зибинарной системы TiC­WC в широ ком ди­ апазоне составов (от 90 мол. % до 10 мол. % TiC) (диаметр мишени равен 50 мм, толщи на — 4 мм) получены ионно­плазменные кон­ денсаты на подложках из монокристалли чес­ кого кремния (111) толщиной около 300 мкм и бериллиевые ленты толщиной 20 мкм. Тем пература осаждения (ТS) составляла 570 К и 770 К. Давление аргона (рAr) в вакуу­ м ной камере в процессе распыления мише­ ни составляло 0,1—0,2 Па. Скорость нанесе­ ния покрытия 0,3 нм/с. Облучение проводилось пучком прото­ нов и электронов, который был развернут на пло щадь 100 см2 при общем токе протонов и электронов 5—20 мкА. Принцип действия применяемого ус ко­ ри те ля протонов заключается в том, что с по мо щью высокочастотного источника пи­ та ни я про исходит ионизация нейтрального во до ро да Н2 с образованием ионов , , . Из об ласти ионизации с помощью вытя­ ги вающего электрода добываются заряжен­ ные частицы, которые проходят сквозь фо­ ку сирующую систему и направляются в ма г нитное поле масс­анализатора с углом по ворота 60°. Подбирая соответствующую на пря жен ность магнитного поля можно вы­ де лять ио ны нужной массы и направлять их в уско ри тельную трубку, где за счет высоко­ го на пряжения (до 200 кВ) энергию ионов мо ж но довести до 200 кэВ. Рабочий объем ва ку умной камеры, где осуществляются ис­ пытания, откачивался турбомолекуляр ным stress­strain state. Physical reasons for the effects observed have been discussed. Keywords: ion­plasma coatings, quasi­binary system, phase composition, structure, substructure, stress­strain state, proton irradiation. 1Н + + 2H + 3H ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПРОТОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 184 насосом, оборудованным также азотны ми ло вушками и экранами. Время экспози ции составило 14,5 часов, что отвечает до зе об­ лу чения 6,5·1017 см–2. При облучении темпе­ ратура поверхности покрытия не пре вы шала 370 К. Рентгендифракционные исследования об­ разцов осуществлялись на дифрактометре ДРОН­3М в излучении Cu­Kα при регистра­ ции рассеяния в дискретном режиме съемки с шагом сканирования, который задавался в интервале ∆(2ϑ) = 0,01—0,05 в зави симости от полуширины и интенсивности дифракци­ он ных линий. Время экспозиции в точке со­ ставляло 20—100 с. Для поточечной реги страции использова­ лись электронные бло ки управления и пе ре­ да чи информации (БУИП­2), (БУИП­3М). Вы деление дифракционных профилей для ана лиза субструктурных характеристик ме­ тодом аппроксимации осуществлялось с ис­ пользованием программных пакетов «New_ profile» [7] и «ScecDec» [8]. Объемна я доля фаз в пленке рассчитывалась по стандартной ме тодике, учитывающей интегральную ин­ тен сивность и отражательную способность нескольких линий каждой из фаз. Анализ фа зового состава проводился с использова­ нием картотеки ASTM. Макронапряженно­деформированное со­ сто я ни е в ионно­плазменных конденсатах изу ча лось методом рентгеновской тен зо ме­ т рии пу тем проведения многократных на к­ лон ных съемок («а­sin2ψ»­метод). В слу чае по ликристаллических ионно­ плазмен ных по крытий с кубической решет­ кой кри стал ли чес кой фазы (квазибинарная система WC­TiC) использовалась стандарт­ ная схема съем ки отражений от плоскости (511) при уг лах наклона 30, 45 и 60°. Для сильнотексту ри рованных покрытий (с шириной кривой ка чания Δψ < 10°) для съем ки использовался модифицированный «а­sin2ψ»­метод, в котором производилась съем ка дифракционных пиков от плоскости текстуры (333), а также от плоскостей (331), (420), (422) и (511) под соответствующими кристаллографическими углами к плоско­ сти текстуры. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Энергия 200 кэВ, придаваемая в импланта­ ционном ускорителе протонам определяет на уровне микрона расчетную глубину де­ фе к тообразования (с учетом страгглинга) при их бомбардировке покрытия [9], что со­ по ставимо с информативной глубиной для дан ных материалов рентгендифракционных исследований в Cu­Кα излучении. Учитывая, что при облучении покрытия дей ствует термический фактор, вначале от­ дель но было рассмотрено влияние темпера­ ту ры на фазово­структурное состояние по ­ крытий. Для этого были получены покрытия при разной температуре подложки при оса­ ждении. На рис. 1 приведены дифракционные спек­ тры покрытий квазибинарной системы TiC­ WC с эквиатомным содержанием титана и вольфрама. Как видно из дифракционных спек тров, увеличение температуры подлож­ ки при конденсации, что отвечает наиболее силь ному проявлению термического факто­ ра [10], не приводит к изменению фазового со става, а влияет на тип преимущественной ориентации роста кристаллитов (аксиаль­ ной текстуры). Видно, что при относительно невысокой температуре подложки при осаж­ дении (спектр 1 на рис. 1) формируется пре­ имущественная ориентация кристаллитов с плоскостью (111), параллельной поверхно­ сти роста. Повышение температуры при осаждении приводит к смене преимущественной ори­ ентации роста (111) при низкой температуре 80 I, ус л. е д 60 40 20 0 30 40 50 (111) (200) (220) (311) (222) 3 2 1 2θ, град. 60 70 80 Рис. 1. Участки дифракционных спектров покрытий состава 50 мол % TiC — 50 мол. % WC, полученных при: 1 — 570 К, 2 — 770 К, 3 — 970 К О. В. СОБОЛЬ, О. А. ШОВКОПЛЯС ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 1 85 на (100) при =770 К и (110) при =970 К (спе­ к тры 2 и 3 на рис. 1 соответственно). Такое из менение преимущественного роста обу с­ ло влено повышением поверхностной подви­ ж ности осаждаемых частиц при увеличении температуры подложки при осаждении. От­ метим, что степень совершенства такой тек­ стуры роста повышается с увеличением тол­ щины покрытия [11]. Облучение в скрещенных потоках опре ­ деля ет комплексное терморадиационное дей ­ ствие, где действие имплантации протонов высокой энергии является определяющим, что делало необходимым проведения пол ного комплекса исследований такого вли яния, т. е. влияния на: 1 — фазовый сос тав, 2 — струк­ туру и субструктурные хара к те ристики, 3 — напряженно­деформирован ное состояние. Как показал сравнительный анализ ди ф ра ­ ктограмм, спектр дифракционных пиков до и после облучения не изменился. На рис. 2 и 3 приведены спектры для двух составов с диаметрально различным содержанием воль ­ фрам/титан компонент. Спектры на ри су н ке 2 соответствуют пре­ имущественному со держанию атомов титана в металлической основе покрытия, а спектры на рисунке 3 — преимущественному содер­ жанию атомов вольфрама. Видно, что как для большого, так и для малого содержания TiC составляющей диф­ ракционные спектры практически не изме­ нили свой вид (образование новых фаз под действием облучения не выявляется), при этом сохранилось и соотношение интенсив­ ностей дифракционных пиков от разных плоскостей. Таким образом, можно считать стабиль­ ным к действию облучения имитирующего фак торы открытого пространства фазовый со став и структуру (на уровне текстуры) по­ кры тия карбидных квазибинарных систем. Анализ субструктурных характеристик, про веденных по уширению дифракцион­ ных ре флексов покрытий до и после облу че­ ния по казал, что размер кристаллитов пра ­ ктичес ки не изменяется, оставаясь на уро вне 28—31 нм в случае сильной текстуры [111] при большом содержании TiC соста в ляющей (рис. 2), на уровне значительно мень шего размерного диапазона 8—9 нм при большом содержании WC составляющей и темпера­ туре осаждения 570 К (рис. 3а) и на уровне 10—12 нм при большом содер жании WC со­ ставляющей и температуре осаждения 770 К (рис. 3б). Отметим, что при малом содержании TiC со ставляющей в покрытиях кроме малого раз мера зерен­кристаллитов характерным яв ­ ляется отсутствие текстурированности при температуре осаждения 570 К и появление слабой текстуры (111) с шириной кривой качания 23° при более высокой температу ре осаждения 770 К (рис. 3б). По данным [12] в TiC покрытиях переход к текстуре [111] наблюдается при повыше­ нии относительного содержания углерода в конденсате. (111) 1 2 I, ус л. е д. 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 2θ, град. 1000 800 600 400 200 0 Рис. 2. Участки дифракционного спектра покрытия со става 90 мол. % TiC — 10 мол. % WC, полученного при Тs = 570 К; 1 — исходный, 2 — после облучения I, ус л. е д. 80 100 (111) (200) 2б 1б 2а 1а 60 40 20 0 30 32 34 2θ, град. 36 38 40 42 44 Рис. 3. Участки дифракционных спектров покрытий состава 20 мол. % TiC — 80 мол. % WC, полученных при Тs = 570 К (а) и Тs = 770 К (б), 1 — исходный, 2 — после облучения ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПРОТОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 186 Таким образом, покрытия квазибинарной системы TiC­WC показали стойкость к облу­ чению как на уровне фазового состава, так и на структурно­субструктурном уровне. Для исследования напряженно­деформи­ рованного состояния в работе использовал­ ся «а­sin2ψ»­метод. Исследуемые покрытия на ходились под действием сжимающих на­ пря жений, приводящих к деформации сжа­ тия в плоскости роста покрытия. Это проя­ вля лось в уменьшении периода решетки с уве личением угла наклона ψ от нормали к пло скости поверхности. Величина деформа­ ции сжатия кристаллической решетки в по крытиях с низким содержанием TiC со­ ставляющей (10—30 мол. %) в постконденса­ ционном состоянии была –0,5…–1,4 %. При большом содержании TiC составляющей (70—90 мол. %) максимальное значение де­ формации сжатия в покрытии было выше и достигало –2,4…–2,5 %. Высокие значения упругой деформации в покрытиях с большим содержанием TiC со ставляющей объясняются большей силой свя зи в TiC фазе по сравнению с WC (об этом можно судить, исходя из отрицательной энталь пии образования TiC, которая поч ти в 5 раз выше, чем WC [13]). В табл. 1 приве­ дены результаты исследова ния макродефор­ мированного со сто яния необлученной и об­ лученной частей по крытия (для уменьшения ошибки при сравнении половина покрытия плотно за кры валась металлической фольгой, что по зво ляло оставаться пленке под фольгой в исход ном (необлученном) состоянии). В последней колонке таблицы приведены данные по периоду решетки в ненапряжен­ ном сечении, которые показывают непре­ рывное снижение периода при увеличении WC составляющей, что определяется мень­ шим радиусом атомов и ионов вольфрама в сравнении с атомами и ионами титана. Как видно из табл. 1 наблюдается общая для всех исследованных образцов тенден­ ция: облучение приводит к частичной ре ла­ к са ции исходной деформации сжатия. При этом в покрытиях с наибольшей ис ­ ход ной упругой деформацией сжатия (что от вечает образцам с самым большим со­ дер жа ни ем TiC составляющей) такая ре­ ла ксация на именьшая по сравнению с ис­ ходной (ко лон ка ∆ε/ε в таблице 1, где ∆ε — разница между деформацией в ис хо д ­ ном состоя нии и после облучения). От но­ си тельное из менение для состава 90 мол. % TiC — 10 мол. % WC при дозе облучения протонами 6,5·1017 см–2 составляет 25 %. В облученном при тех же условиях покрытии состава 80 мол. % TiC — 20 мол. % WC от­ носительное уменьшение упругой деформа­ ции сжатия составило 29,5 %. Наибольшее относительное изменение ис ходной упругой деформации сжатия прои­ сходит в покрытиях наиболее обогащенных WC составляющей. Наблюдаемый характер релаксации структурной деформации сжа­ тия в кристаллитах покрытия можно объяс­ нить исходя из модели каскадообразования при облучении высокоэнергетичными про­ тонами. При объяснении с этих позиций, в Таблица 1 Результаты исследования макродеформированного состояния покрытий «а-sin2ψ»-методом Состав покрытия ТS, К ε, % ∆ε/ε, % а0, нм исходный облученный 90 мол. %TiC – 10 мол.% WC 570 –2,4 –1,8 25 0,4332 80 мол. %TiC – 20 мол.% WC 570 –2,2 –1,55 29,5 0,4327 30 мол. %TiC – 70 мол.% WC 570 –1,27 –0,65 49 0,4293 20 мол. %TiC – 80 мол.% WC 770 –0,95 –0,4 58 0,4287 О. В. СОБОЛЬ, О. А. ШОВКОПЛЯС ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 1 87 материале с преобладанием карбида с малой отрицательной величиной энтальпии обра­ зо вания (в данном случае WC) каскадоо­ бразование облегчено, а соответственно, в большей степени становится возможным ре лаксация исходных напряжений сжатия, обу словленных избыточными межузельны­ ми атомами в исходном (непосредственно после получения) состоянии покрытия. В кас каде смещений происходит аннигиляция час ти избыточных межузельных атомов с ва кансиями, радиационно­стимулированны­ ми в процессе облучения. Тем самым обес­ пе чивается частичная релаксация исходной структурной упругой деформации сжатия, что и наблюдается в облученных покрытиях. ВЫВОДЫ 1. Методами рентгеновской дифрактомет­ рии в сочетании с тензометрией изучено вли яние облучения протонами на фазо­ вый состав, структуру, субструктуру и на пряженно­деформированное состоя­ ние ионно­плазменных покрытий квази­ бинарной системы TiС­WC. 2. Установлено, что при высокодоз ном об лу чении (доза 6,5·1017 см–2) прото­ нами с энер гией 200 кэВ ионно­плаз­ мен ных по кры тий квазибинарной сис­ темы TiC­WC с разным соотношением составля ю щих, в триаде: фазовый сос­ тав — стру ктура (субструктура) — на­ пряжен но­деформированное состояние суще с т вен ные изменения происходят только в напряженно­деформированном состояни и. 3. Под действием облучения происходит ре лаксация ростовой деформации сжа­ тия, которая наиболее сильно проявляет­ ся в покрытиях обогащенных WC со­ ста вля ющей, достигая относительного из менения на 58 % при дозе облучения про тонами 6, 5·1017 см–2. ЛИТЕРАТУРА 1. Абраимов В. В., Негода А. А., Колыбаев Л. В. Комплексная имитация факторов косми­ че с кого пространства // Космічна наука і те хнологія. — 1995. —Т. 1, № 2—6. — C. 76—80. 2. Радиационное материаловедение / Под ред. Паршина А. М. и Тихонова А. Н. — СПб.: Изд­во СПбГПУ, 2003. — 331 с. 3. Wang W. Y., Dong X. M., Xu J., Xie J. P., G. L. and Li L. L. Influence of the TiC content on microstructure and wear resistance of laser sur fa ce alloying coatings // Rev. Adv. Mater. — 2013. — Sci. 33. — P. 102—105. 4. Dobrzański L. A., Żukowska L.W., Structure and properties of gradient PVD coatings de po­ si ted on the sintered tool materials // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering. — 2011. — Vol. 44/2. — P. 115— 139. 5. Andrievski R. A. Radiation stability of na no­ ma terials. // Nanotechnologies in Russia 6. — 2011. — No. 5—6. — P. 357—369. 6. Комаров Ф. Ф. Ионная имплантация в ме­ тал лы — М.: Металлургия, 1990. — 216 с 7. Решетняк М. В., Соболь О. В. Расширение воз можностей анализа структуры и субстру­ к турных характеристик нанокристалличе­ ских конденсированных и массивных мате­ риалов квазибинарной системы W2B5–TiB2 при использовании программы обработки рен тгендифракционных данных «New_pro­ file» // Физическая инженерия поверхности. — 2008. — Т. 6, № 3—4. — С. 180—188. 8. Shovkoplyas O. A., Sobol’ O. V. Regularities in Forming the Phase Composition, Structure, Sub structure and Growth Morphology of Na­ no structured Ion­plasma Coatings of Quasi­ binary Section Ti­W­B System // Proceedings of the International Conference Nanomaterials: Ap plications and Properties. — 2013. — Vol. 2, No. 1. — 01001(3PP). 9. Буренков А. Ф., Комаров Ф. Ф., Кумахов М. А., Темкин М. М.. Пространственные рас пре ­ деления энергии, выделенной в каскадах атом ных столкновений в твердых телах. — М.: Энергоатомиздат, 1985. — 248 с. 10. Mayrhofer P. H., Mitterer C., Clemens H. Self­ organized Nanostructures in Hard Ceramic Co a tings // Advanced Engineering Materials. — 2005. — Vol. 7, No. 12. — P. 1071—1082. 11. Sobol’ O. V., Shovkoplyas O. A. On Advantages of X­Ray Schemes with Orthogonal Diffraction Vectors for Studying the Structural State of Ion­Plasma Coatings // Technical Physics Let­ ters. — 2013.— Vol. 39, No. 6. — P. 536—539. 12. Li­Ying Kuo and Pouyan Shen On the con den­ sation and preferred orientation of TiC na no­ cry stals — effects of electric field, substrate tem perature and second phase // Materials Sci­ e nce and Engineering A. — 2000. — Vol. 276, No. 1—2. — P. 99—107. Состав покрытия ТS, К ε, % ∆ε/ε, % а0, нм исходный облученный 90 мол. %TiC – 10 мол.% WC 570 –2,4 –1,8 25 0,4332 80 мол. %TiC – 20 мол.% WC 570 –2,2 –1,55 29,5 0,4327 30 мол. %TiC – 70 мол.% WC 570 –1,27 –0,65 49 0,4293 20 мол. %TiC – 80 мол.% WC 770 –0,95 –0,4 58 0,4287 ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПРОТОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА СТРУКТУРУ И НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ... ФІП ФИП PSE, 2014, т. 12, № 1, vol. 12, No. 188 13. Самсонов Г. В., Упадхая Г. Ш., Нешпор В. С., Физическое материаловедение карбидов. — Киев: Наукова думка, 1974. — 456 c. LITERATURA 1. Abraimov V. V., Negoda A. A., Kolybaev L. V. Kompleksnaya imitaciya faktorov kosmi­ che s kogo prostranstva // Kosmіchna nauka і tehnologіya. — 1995. —T. 1, No. 2—6. — P. 76—80. 2. Radiacionnoe materialovedenie / Pod red. Par­ shi na A. M. i Tihonova A. N. — SPb.: Izd­vo SPbGPU, 2003. — 331 p. 3. Wang W. Y., Dong X. M., Xu J., Xie J. P., G. L. and Li L. L. Influence of the TiC content on microstructure and wear resistance of la ser sur­ fa ce alloying coatings // Rev. Adv. Mater. — 2013. — Sci. 33. — P. 102—105. 4. Dobrzański L. A., Żukowska L.W., Structure and properties of gradient PVD coatings de po­ si ted on the sintered tool materials // Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering — 2011. — Vol. — 44/2. — P. 115—139. 5. Andrievski R. A. Radiation stability of na no­ ma terials. // Nanotechnologies in Russia 6. — 2011. — No. 5—6. — P. 357—369. 6. Komarov F. F. Ionnaya implantaciya v me tal ly — M.: Metallurgiya, 1990. — 216 p. 7. Reshetnyak M. V., Sobol’ O. V. Rasshirenie voz mozhnostej analiza struktury i substru k ­ turnyh harakteristik nanokristallicheskih kon­ densirovannyh i massivnyh materialov kva zi­ bi narnoj sistemy W2B5­TiB2 pri ispol’zovanii pro grammy obrabotki ren tgendifrakcionnyh dannyh «New_pro file» // Fizicheskaya in zhe­ ne riya poverhnosti. — 2008. Vol. 6, No. 3—4. — P. 180—188. 8. Shovkoplyas O. A., Sobol’ O. V. Regularities in Forming the Phase Composition, Structure, Sub structure and Growth Morphology of Na­ no structured Ion­plasma Coatings of Quasi­ binary Section Ti­W­B System // Proceedings of the International Conference Nanomaterials: Ap plications and Properties — 2013. — Vol. 2, No. 1. — 01001(3PP). 9. Burenkov A. F., Komarov F. F., Kumahov M. A., Temkin M. M. Prostranstvennye ras pre de­ le niya energii, vydelennoj v kaskadah ato­ m nyh stolknovenij v tverdyh telah. — M.: Energoatomizdat, 1985. — 248 p. 10. Mayrhofer P. H., Mitterer C., Clemens H. Self­ organized Nanostructures in Hard Ceramic Co­ a tings // Advanced Engineering Materials. — 2005. —Vol. 7, No. 12. — P. 1071—1082. 11. Sobol’ O. V., Shovkoplyas O. A. On Advantages of X­Ray Schemes with Orthogonal Diffraction Vectors for Studying the Structural State of Ion­Plasma Coatings // Technical Physics Let­ ters. — 2013.— Vol. 39, No. 6. — P. 536—539. 12. Li­Ying Kuo and Pouyan Shen On the con den­ sa tion and preferred orientation of TiC na no­ cry stals — effects of electric field, substrate tem perature and second phase // Materials Sci­ e nce and Engineering A. — 2000. — Vol. 276, Issues 1—2. — P. 99—107. 13. Samsonov G. V., Upadhaya G. Sh., Neshpor V. S., Fizicheskoe materialovedenie karbidov. — Kiev: Na u kova dumka, 1974. — 456 p.

Similar Items