Формирование неоднородной структуры в приповерхностных слоях NiTi в результате ионной имплантации
В работе представлены результаты исследования структуры и химического состава NiTi после имплантации ионами N⁺, N⁺ и Ni⁺. Предложена модель процессов, происходящих в приповерхностных слоях NiTi.
 Показано, что в приповерхностном слое формируется двойной слой, состоящий из частично аморфизир...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2009
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90767 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Формирование неоднородной структуры в приповерхностных слоях NiTi в результате ионной имплантации / А.Д. Погребняк, N. Levintant , Л.В. Маликов , В.М. Береснев , С.Н. Братушка, Н.К. Ердыбаева , T. Czeppe , Zb. Zwiatek , M. Micleales // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 162-168. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860226223142076416 |
|---|---|
| author | Погребняк, А.Д. Levintant, N. Маликов, Л.В. Береснев, В.М. Братушка, С.Н. Ердыбаева, Н.К. Czeppe, T. Zwiatek, Zb. Micleales, M. |
| author_facet | Погребняк, А.Д. Levintant, N. Маликов, Л.В. Береснев, В.М. Братушка, С.Н. Ердыбаева, Н.К. Czeppe, T. Zwiatek, Zb. Micleales, M. |
| citation_txt | Формирование неоднородной структуры в приповерхностных слоях NiTi в результате ионной имплантации / А.Д. Погребняк, N. Levintant , Л.В. Маликов , В.М. Береснев , С.Н. Братушка, Н.К. Ердыбаева , T. Czeppe , Zb. Zwiatek , M. Micleales // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 162-168. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | В работе представлены результаты исследования структуры и химического состава NiTi после имплантации ионами N⁺, N⁺ и Ni⁺. Предложена модель процессов, происходящих в приповерхностных слоях NiTi.
Показано, что в приповерхностном слое формируется двойной слой, состоящий из частично аморфизированной микроструктуры, обогащенной Ti и Ni, под которым находится слой микрокристаллической структуры, обогащенный Ti.
Представлені результати дослідження структури і хімічного складу NiTi після імплантації іонами N⁺, N⁺ і
Ni⁺. Запропонована модель процесів, що відбуваються в приповерхневих шарах NiTi. Показано, що в приповерхневому шарі формується подвійний шар, який складається з частково-аморфізованої мікроструктури, збагаченої Ti і Ni, під яким знаходиться шар мікрокристалічної структури, збагачений Ti.
In work results researches of structure and chemical composition of NiTi, are presented after implantation, N⁺ and Ni⁺ the ions of N⁺. The model of processes, what be going on in the near-surface layers of NiTi is offered. Showed that a double layer, consisting of partly amorphous microstructure, enriched Ti and Ni, is formed in a nearsurface
layer, which a layer of microcrystalline structure is under, enriched Ti.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:19:45Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.295.539.121.537.534
ФОРМИРОВАНИЕ НЕОДНОРОДНОЙ СТРУКТУРЫ
В ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ NiTi
В РЕЗУЛЬТАТЕ ИОННОЙ ИМПЛАНТАЦИИ
А.Д. Погребняк1,6, N. Levintant2, Л.В. Маликов3 , В.М. Береснев3, С.Н. Братушка1,6,
Н.К. Ердыбаева4, T. Czeppe5, Zb. Zwiatek5, M. Micleales7
1Сумской институт модификации поверхности, Сумы, Украина
E-mail: apogrebnjak@simp.sumy.ua;
2Division Surface Layer, Institute of Fundamental Technological Research, PAS, 00-049
Warzaw, Swietokrzyska 21, Poland;
3Научный физико-технологический центр МОН и НАН Украины, Харьков, Украина;
4Восточно-Казахстанский государственный технический университет,
Усть-Каменогорск, Казахстан;
5Institute of Metallurgy and Materials Science PASC, 30-049 Krakow, Poland;
6Сумский государственный университет, Сумы, Украина;
7Jagiellonian University, 30-069, Krakow, Poland
В работе представлены результаты исследования структуры и химического состава NiTi после имплан-
тации ионами N+, N+ и Ni+. Предложена модель процессов, происходящих в приповерхностных слоях NiTi.
Показано, что в приповерхностном слое формируется двойной слой, состоящий из частично аморфизиро-
ванной микроструктуры, обогащенной Ti и Ni, под которым находится слой микрокристаллической струк-
туры, обогащенный Ti.
ВВЕДЕНИЕ
В общем случае имплантация – процесс, кото-
рый, возможно, является одним из решений задачи
защиты NiTi, а также задач улучшения механиче-
ских свойств поверхностных слоев, защиты от кор-
розии, повышения сопротивления усталости сплавов
с эффектом памяти формы при одновременном со-
хранении функциональных свойств материалов, об-
ладающих эффектом памяти формы [1, 2]. Хорошо
известны работы по систематическому изучению
эффекта памяти формы при имплантации ионов ки-
слорода, углерода, цинка, циркония, аргона в NiTi
для изменения физико-химических свойств поверх-
ности изделий для медицинской промышленности
[3-5]. Анализ фазового состава имплантированных
образцов позволяет сделать заключение о том, что
модифицированные слои являются сложными ком-
позитами имплантированных ионов и вторичных из
NiTi. Ряд исследователей проводили анализ влияния
ионной имплантации на фазовые превращения, а
также влияния температурных превращений вслед-
ствие формирования химических композиций в NiTi
на глубине от нескольких сот нанометров до 1 мкм
[6-9].
Известно, что высокодозная и интенсивная ион-
ная имплантация приводит к смещению профиля
концентрации имплантированных ионов в направ-
лении поверхности вследствие усиления процессов
распыления [10, 11]. Под высокодозной и интенсив-
ной имплантацией (ВИИИ) мы понимаем такую им-
плантацию ионов, при которой скорость набора до-
зы составляет величину порядка 1016 см-2/мин, а
концентрация имплантированных ионов - десятки
(вплоть до сотен) атомных процентов [10-13]. При
этом плотность ионного тока на мишени (образце)
составляет от одного до нескольких десятков мил
лиампер при длительности импульса тока
100…200 мкс.
Проведенные в работах [12, 13] исследования
свидетельствуют об уменьшении коэффициента
трения с ростом дозы бомбардирующих ионов N+
при энергии 40 кэВ для систем Ti-Al, Ti-Mo и Ti-Ni.
В работах [14-20] было показано, что двойная им-
плантация в титановые сплавы Cu+, Ni+, Fe+, Zr+
приводит к увеличению микротвердости, что связа-
но с образованием мартенситных фаз и нанодис-
персных карбидов и оксикарбидов.
Поэтому несомненный научный и практический
интерес представляет имплантация высоких
(~1018 см-2 и выше) доз ионов N+, а также двойная
имплантация N+ и Ni в NiTi, так как хорошо извест-
но о положительном влиянии высоких доз азота на
уменьшение коэффициента трения и увеличение
твердости, а имплантация ионов Ni позволяет в зна-
чительной мере изменить эквиатомность NiTi в
приповерхностной области образца.
Таким образом, целью данной работы было ис-
следование структуры приповерхностных слоев
NiTi после имплантации высоких доз ионов N+ и
последовательной имплантации N+ и Ni+. В работе
исследовался имплантированный коммерчески эк-
виатомный NiTi с эффектом памяти формы, в кото-
ром после обработки формировался двойной слой с
различным фазовым и химическим составом.
ДЕТАЛИ ЭКСПЕРИМЕНТА
Образцы NiTi (Nitinol) были предоставлены
Shape Memory Corporation (Japan) и имели мартен-
ситную фазу.
Использовались образцы размером 25×5×0,5 мм,
отожженные при температуре 573 К в течение
30 мин в вакууме, а затем охлажденные. Поверх-
162 Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (18), с. 162-168.
ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. 2009. №6.
ность образца была протравлена в 10% HClO4 и 90%
азотной кислоте.
Имплантация ионов азота проводилась на полу-
промышленном источнике (имплантере) JMJON
(Surface Layer Division IFTR, PAS, Varshaw). Им-
плантирование осуществлялось несколькими дозами
с энергией (50…60) кэВ величиной 1х1017, 1·1018 и
2·1018 см-2. Затем на серии образцов (1·1018 см-2) бы-
ла проведена имплантация ионов Ni+ дозами от
5·1017 до 1018 см-2. Имплантация ионов Ni проводи-
лась на вакуумно-дуговом источнике «Диана» с на-
пряжением около 60 кВ. Облучение проводилось в
вакууме ≈10-3 Па. Длительность импульсов 200 мкс,
частота следования импульсов 50 Гц.
Дифференциальный сканирующий калориметр
(DSC, TA Instrument) был использован в атмосфере
гелия со скоростью нагрева/охлаждения 20 °С/мин.
Для измерений при дифракции рентгеновских лучей
использовали Philips difractometr типа X’Pert в гео-
метрии Брюгга-Брентано в CuKα-излучении
(λ = 0,154184 нм) с графитовым монохроматором и
напряжением 40 кВ, током 20 мА и экспозицией 10 с
(измерялся угол 2θ от 25 до 95° с шагом 0,02°). При
низкой температуре использовался ТТК Lo-
Temperature Camera (Anton Pear). Образцы нагрева-
лись от -50° С до +150° С в атмосфере аргона.
Для исследования при помощи TEM (Tecnai G2,
FEI Company) образцы были приготовлены фокуси-
рующей установкой Focused Ion Beam System (FEI
QUATA 3D).
Дополнительно проводились исследования эле-
ментного анализа при помощи резерфордовского
обратного рассеяния (РОР) с энергией протонов
2,02 МэВ, а также рентгеновского энергодисперси-
онного анализа (EDS).
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 1 показана эволюция кривых нагревания
и охлаждения для исходного и имплантированного
образцов NiTi, полученных при помощи дифферен-
циального сканирующего калориметра (ДСК) в тем-
пературном интервале (-50 … +150) °С с градиентом
температуры 20 °С/мин. Как видно из рисунка, в
сплаве NiTi фазовые превращения в процессе охла-
ждения происходят в две стадии.
Первый пик ДСК коррелирует с превращением
аустенита (А) с кубической структурой (β2-фаза) в
R-фазу с ромбоэдрической структурой.
Второй пик ДСК коррелирует с превращением
R-фазы в мартенсит (М) с моноклинной структурой
(β19’-фаза). Такие же превращения мартенситной
фазы с двумя стадиями от высокой температуры
были обнаружены в NiTi-сплаве после термомеха-
нической обработки [8] или обработки в растворе и
последующей термомеханической обработки [9].
Первый шаг (стадия) фазового перехода проис-
ходила в процессе нагревания. Был обнаружен про-
вал пика интенсивности ДСК в процессе нагревания
в результате перехода мартенсита в аустенитную
фазу.
б
Рис. 1. ДСК-кривые для исходного (а) и ионно-
модифицированного (б) сплава NiTi
Температура перехода в обоих исследуемых
сплавах за два цикла суммирована в таблице. Пик
нагревания напрямую соответствует аустенитной
фазе (β2-фазе) с tstart = 51,6 °С и tfinish = 62,3 °С для
исходного образца и с tstart = 53,2 °С и tfinish = 65,6 °С
для ионно-имплантированного образца
Температурные изменения в исследуемых
сталях для имплантированных
и исходного образцов
Нагрев Охлаждение
NiTi-
сплав Фаза tstart,
°C
tfinish,
°C
tstart,
°C
tfinish,
°C
β2 51,6 62,3 - -
R - - 45,1 37,8 Исход-
ное
β19' - - 19 1
β2 53,2 65,6 -
R - - 43,3 37,2 Обра-
ботка
β19’ - - 24,7 11,6
Обозначение tstart соответствует температуре, с
которой начинается фазовый переход, а tfinish – тем-
пературе, при которой заканчивается фазовый пере-
ход. Два пика в направлении охлаждения, соответ-
ствующие R-фазе и мартенситной фазе β19’, были
определены при температурах фазовых превраще-
ний соответственно: tstart = 45,1 °С и tfinish = 37,8 °С;
tstart = 19 °С и tfinish = 1 °С для исходного сплава, tstart =
43,3 °С и tfinish = 37,2 °С; tstart = 24,7 °С и tfinish =
11,6 °С для ионно-имплантированного образца NiTi.
163
Мартенситные превращения в NiTi (in situ) ис-
следовались с помощью X-XRD в скользящей гео-
метрии в течение нагревания и охлаждения образца.
Увеличение температуры или охлаждение проводи-
лось при каждом измерении от 20 °С. Результаты
измерений XRD для NiTi в исходном состоянии по-
казаны на рис. 2.
Рис. 2. Фрагменты дифракционных спектров,
полученные для исходного NiTi при нагреве сплава
до 300 °С
Из анализа спектров рентгеновской дифракции
видно, что в первом цикле исходный сплав имеет
две фазы: β19’-фаза с моноклинной структурой и R-
фаза с ромбоэдрической структурой. С увеличением
температуры формируются β19’- и R-фазы с кубиче-
ской структурой. При этом не уменьшается фракция
β19’-фазы, но увеличивается фракция β2-фазы. Из
полученных результатов можно видеть, что переход
β19’-β2 заканчивается при температуре 80 °С.
Из результатов XRD-анализа также следует, что
при повышении температуры вплоть до 150 °С на
дифрактограммах присутствуют только рефлексы от
β2-фазы и в этом температурном диапазоне ее объ-
емная доля не меняется. Понижение температуры до
42 °С приводит к появлению R-фазы. Температур-
ный интервал превращения β2-R начинается при 42
и заканчивается при 25 °С. В результате такого сни-
жения температуры наблюдается только фаза β19’.
Такое фазовое состояние не меняется вплоть до
20 °С, и в этом температурном интервале начинает-
ся превращение фазы β19’ на втором термоцикле.
Появление R-фазы в исходном материале при тем-
пературе 20 °С в первом термоцикле наблюдалось в
случае, когда для образцов проводился термоотжиг
до 300 °С в течение 30 мин [9].
На рис. 3 приведены дифрактограммы, получен-
ные на NiTi, имплантированном ионами дозой
1018 см-2. Из приведенных результатов видно, что
при температуре 20 °С обнаруживаются три фазы:
доминирующая β19-фаза и в небольших количествах
β2- и R-фазы.
Рис. 3. Фрагменты дифракционных спектров,
полученные для сплава NiTi после имплантации
дозой 1018 см-2 и энергией 50 кэВ
Появление аустенитной фазы (кристаллиты, на-
нокристаллиты и/или аморфноподобные) в NiTi, по-
видимому, обусловлено высокодозной ионной им-
плантацией и возможным нагревом NiTi (темпера-
тура подложки даже при охлаждении парами азота
или воды могла повышаться свыше 200 °С). Это
наблюдается также и в случае термического отжига
до 300 °С. Увеличение температуры образцов при-
164
водит к уменьшению объемной доли (фракции) β2-
фазы.
Из рис. 3 также можно увидеть, что β19-фаза не
меняется до температуры 65 °С, в районе которой
увеличивается доля β2-фазы: вплоть до этой темпе-
ратуры дифракционные пики β19'-фазы не меняются
и начиная с 65 °С видно отчетливое уменьшение
фракции β19'-фазы и рост доли β2-фазы. Фазовое
превращение β19' → β2 заканчивается в районе 80 °С.
Дифракционные пики, наблюдаемые при более вы-
соких температурах (вплоть до 150 °С), содержат
только рефлексы β2-фазы. Снижение температуры
до 41 °С приводит к появлению R-фазы рядом с β19'-
фазой. Таким образом, можно сделать вывод, что
фазовое превращение R → β19' начинается при 25 °С
и заканчивается при 41 °С.
При понижении температуры основной домини-
рующей фазой является фаза β19', однако при этом
было обнаружено небольшое количество β2-фазы.
Такая фазовая композиция была обнаружена при
20 °С на старте и финише второго термического
цикла. Уширение дифракционных пиков может
быть связано с некоторым количеством аморфной
или нанокристаллической фазы β2 в этом состоянии
сплава. Можно также сказать, что в полученных
результатах нет подтверждения формирования фаз
TiN, Ti2N и их соединений.
Естественно, что концентрация и тип дефектов
при ионной имплантации зависят от условий им-
плантации, таких как температура мишени, доза и
скорость набора дозы. Физические процессы, про-
исходящие при взаимодействии ускоренных ионов с
кристаллической решеткой, связаны со смещением
атомов из узлов кристаллической решетки, накопле-
нием примеси в процессе имплантации, распылени-
ем материала, образованием кластеров и разупоря-
доченных областей (частично аморфных), а также
образованием прецинитатов (новых фаз с участием
имплантированных ионов, сопутствующих газов
кислорода, азота и атомов матрицы). В конечном
итоге это значительно сказывается на распределе-
нии элементов и дефектов по глубине модифициро-
ванного слоя (ширина дифракционных линий мень-
ше, чем для имплантированных слоев).
В процессе ионной имплантации дозой 1018 см-2 в
кристалл вводятся ионы очень высокой концентра-
ции (до 90 … 100 %), что приводит к образованию
хорошо обособленного двойного слоя как с различ-
ной микроструктурой, так и фазовым и химическим
составом (рис. 4). Столкновения между налетающи-
ми ионами и атомами матрицы NiTi при такой дозе
приводит к формированию аморфной прослойки
(поверхностного слоя) – А-слой (см. рис. 4 и 5).
При этом наблюдается расширение области де-
фектов (больше глубины пробега ионов) в кристал-
лической структуре в удаленном от поверхности
слое (D-слой, см. рис. 4).
Анализ результатов исследования дефектной об-
ласти методом просвечивающей микроскопии сви-
детельствует, что это достаточно широкая область,
расположенная обособленно от общей аморфной
области (обогащенная титаном область кристалла)
до обогащенной никелем области кристалла (участ-
ки А1 и А2 в слое A на рис. 4b).
б
в
Рис. 4. Темнопольное изображение имплантирован-
ного ионами NiTi-сплава, поясняющее структурные
и химические изменения вблизи приповерхностного
слоя
Аморфно-подобный слой содержит некоторое
количество включений в этом объеме и отмечен
участками Р1 и Р2 на рис. 5,а, вблизи главной гра-
ницы дна просвечивающей зоны на микроскопе (Р2-
область).
165
Это является подтверждением того акта, что
процессы аморфизации проходят очень быстро там,
где наблюдается большое количество столкновений
ионов с атомами решетки. Именно поэтому макси-
мум области нарушений (дефектов) смещен ближе к
поверхности образца, а не в глубь материала.
Как результат различных напряжений, между
бездефектной областью и дефектнымслоем, появля-
ется много трещин при травлении фольги. Область с
глубиной от 80 до 160 нм имеет кристаллическую
микроструктуру (см. рис. 5,б). Ниже этой области
находятся более мелкие зерна исходного материала.
Рис. 5. Темнопольное изображение имплантирован-
ного ионами NiTi-сплава, указывающее на струк-
турные изменения вблизи приповерхностного слоя
На рис. 6,а приведены результаты элементного
анализа, проведенного на образцах NiTi, импланти-
рованных последовательно ионами азота дозой
1018 см-2, а затем ионами Ni+ дозой 5·1017 см-2. Как
видно из этих результатов, в приповерхностном
слое наряду с имплантированными ионами вблизи
поверхности обнаружены углерод и кислород. Про-
фили элементов получены по результатам РОР-
анализа, а также по модельным расчетам [11] про-
филей элементов и дефектов, сформировавшихся в
результате имплантации. Видно, что глубина про-
никновения ионов Ni почти в два раза меньше глу-
бины проникновения ионов N, а профиль дефектов,
сформировавшийся в результате выбивания атомов
решетки NiTi, по глубине близок к профилю ионов
азота.
На рис. 7 показаны экспериментальные профили
ионов N+ и Ni+, полученные по результатам РОР-
анализа расчетом по стандартной программе [11].
Как видно из рисунка, профиль ионов азота име-
ет немонотонную зависимость по глубине (два мак-
симума), причем максимум концентрации никеля
лежит между пиками концентрации азота.
На рис. 6,б приведены эпюры напряжений, воз-
никающих в NiTi в результате ионной имплантации.
Как было показано нами в работе [21], ионы Ni вы-
давливают ионы N из области сжимающих напря-
жений, поэтому N стремится в область растягиваю-
щих напряжений.
б
Рис. 6. Концентрация примесей и распределение
напряжений по глубине в приповерхностном
слое NiTi
Рис. 7. Профили распределения примесей в припо-
верхностном слое NiTi после двойной имплантации
На рис. 8 приведена схема формирования припо-
верхностного слоя NiTi в результате ионной им-
плантации N+ и Ni+, а также формирования фаз (TiN,
BB1(NiTi), B4(NiTi3)).
а
б
Рис. 8. Схема двойной ионной имплантации NiTi (а)
и фазы, которые образуют в приповерхностном
слое в результате имплантации (б)
ВЫВОДЫ
В работе представлены результаты исследования
неоднородного распределения элементов в припо-
верхностном слое имплантированного ионами спла-
ва NiTi, полученные при помощи методов высоко-
разрешающей просвечивающей микроскопии и ди-
166
фракции рентгеновских лучей в геометрии скользя-
щего луча в пошаговом режиме. Как имплантиро-
ванные, так и неимплантированные серии образцов
при охлаждении претерпевают две стадии фазовых
превращений β2 → R → β19' и одну фазу в процессе
нагревания.
Данные об изменениях при мартенситном пере-
ходе в NiTi-сплаве при нагревании и охлаждении
были получены методом дифракции рентгеновских
лучей.
Методом JEM обнаружено формирование в при-
поверхностной области имплантированного ионами
NiTi двойного слоя с различной микроструктурой.
До глубины порядка 80 нм от поверхности в образ-
цах наблюдается аморфная структура, в которой
формируется два подслоя – сначала Ti и Ni обога-
щенные нанокристаллы и аморфноподобные струк-
туры, а затем Ni обогащенная микрокристалличе-
ская структура.
Во втором подслое, расположенном на глубине
80…160 нм от облучаемой поверхности, обнаруже-
на область, обогащенная Ti-кристаллитами. За этой
областью находится структура исходного NiTi с
зернами, имеющими заметно меньшие размеры.
Работа была выполнена в рамках проектов
К-1198 МНТЦ и «Наносистемы, наноматериалы и
нанотехнологии» НАН Украины.
Своим приятным долгом авторы считают выра-
зить признательность доктору А. Банчуку и Г. Са-
витскому (Институт прикладных проблем механики
и математики НАН Украины, Львов) за помощь в
проведении имплантации.
ЛИТЕРАТУРА
1. J. Humbeeck. Preface to the viewpoint set on:
shape memory alloys // Scripta Mater. 2004, v. 50, p.
179-180.
2. D. Chrobak, H. Morawiec. Thermodynamic anal-
ysis of the martensitic transformation of plastically de-
formed NiTi alloy/ Scr Mater. 2001, v. 44, p. 725-730.
3. H. Pelletier, D. Muller, P. Mille, J.J. Grob. Struc-
tural and mechnanicol charateresation of boron and ni-
trogen implanted TiNi shape memory alloy // Surf.
Coat. Technol. 2002, v. 158-159, p. 308-314.
4. S. Shabalovskaya, J. Andregg, J. Van Humbeeck.
Critscal overview of Nitinol their modifications for
medical appltcations // Acta Biomater. 2008, v. 4.,
p. 447-467.
5. S. Mändi. Pill treatment of Ti alloys and NiTi for
medical applications // Surf. Coat. Technol. 2007,
v. 201, p. 6833-6838.
6. Li Jimlong, Sun Migren, Mo Xinxin, Tang
Guangze. Structure and tribological performance of
modified layer on Ti6Al14V alloy by plasma-based ion
implantion with oxygen // Wear. 2006, v. 26, p. 1247-
1252.
7. H. Morawiec, D. Stroz, T. Goryczka, D. Chrobak.
Two stage martensitic transformation in a deformed and
ammeded NiTi allo // Scr. Mater. 1996, v. 35, p. 485-
490.
8. M. Nishida, T. Honma. All-round shape memory
effect in Ni-rich TiNi alloys generated by constrained
aging // Scr. Metallurg. 1984, v. 18, p. 1293-1298.
9. Su-Young Cнa, Jeong Se-Young Jeonc, Joung
Нum Park, Sang Eon Park, Jong Kweon Park, Chae
Ryuong Cно. Thermodynamic and structural characteri-
zation of High- and Low-temperature Nitional // J. Ko-
rean. Phys. Soc. 2006, v. 49, p. S580- S583.
10. Дж.К. Хирвонен. Ионная имплантация в ме-
таллы. М.: «Металлургия», 1985, 457 с.
11. Ф.Ф. Комаров. Ионная имплантация в ме-
таллы. М.: «Энергоатомиздат», 1990, 262 с.
12. A.D. Pogrebnjak, A.M. Tolopa. A revive of
hign-dose implantion and production of ion mixed
structures // Nucl. Instr. and Meth. 1990, v. B52, p. 24-
43.
13. A.D. Pogrebnjak, A.P. Kobzev, B.P. Gritsenko,
et al. Effect of Fe and Zr ion implantion and high-
current electron irradiation treatment of chemical and
mechanical properties of Ti-V-Al alloy // J. Appl. Phys.
2000, v. 87, No. 5, p. 2142-2148.
14. A.D. Pogrebnjak, A.P. Kobzev, B.P. Gritsenko,
et al. Effect of Fe and Zr Ion Implantion and high-
current electron beam treatment of chemical and me-
chanical properties of Ti-V-Al alloy // Jpn. Appl. Phys.
1999, v. 38, Pt 2, p. 248-251.
15. А.Д. Погребняк, В.А. Мартыненко, А.Д. Ми-
халев и др. Некоторые особенности ионного пере-
мешивания при одновременной ионной импланта-
ции и осаждении покрытий из металлов // ПЖТФ.
2001, т. 27, в. 14, с. 88-94.
16. В.М. Анищик, В.В. Углов. Ионная имплан-
тация в инструментальные стали. Минск: БГУ,
2000, 182 c.
17. Л.Л. Мейснер, В.П. Сивоха, Ю.П. Шаркеев и
др. Пластическая деформация и разрушение ионно-
модифицированного сплава Ni50Ti40Zr10 c эффектом
памяти формы на мезо- и макроуровне // ЖТФ. 2000,
т. 70, в. 1, с. 32-36.
18. T. Czeppe, N. Levintani-Zayontsh, Z. Swiatek,
et al. Inhomogeneous structure of near-surface layers in
the ion-implated NiTi alloy // Vacuum. 2009, v. 83,
p. S214-S219.
19. Т. Labrande, С. Abromelt, R. Gotthard. Micro-
structural modifications of Ni-Ti shape memory alloy
thin films induced by electronic stopping of high-energy
heavy ions - II part // Mater. Sci. and Eng. 2006, v.
A438-440, p. 521-526.
20. N. Shevchenko, M-T. Pham, M.F. Maitz. Studes
of surface modified NiTi alloy // Appl. Surf. Sci. 2004,
v. 235, p. 126-131.
21. А.Д. Погребняк, С.Н. Братушка, Л.В. Мали-
ков и др. Влияние высоких доз ионов N+, N+ + Ni+,
Mo+ + W+ на физико-механические свойства TiNi //
ЖТФ. 2009, т. 79, № 5, с. 65-72.
Статья поступила в редакцию 17.09.2009 г.
167
ФОРМУВАННЯ НЕОДНОРІДНОЇ СТРУКТУРИ У ПРИПОВЕРХНЕВИХ ШАРАХ NiTi
ВНАСЛІДОК ІОННОЇ ІМПЛАНТАЦІЇ
О.Д. Погребняк , N. Levintant, Л.В. Маліков, В.М. Бєрєснєв, С. М. Братушка, Н.К. Єрдибаєва, T. Czeppe,
Zb. Zwiatek, M. Micleales
Представлені результати дослідження структури і хімічного складу NiTi після імплантації іонами N+, N+ і
Ni+. Запропонована модель процесів, що відбуваються в приповерхневих шарах NiTi. Показано, що в припо-
верхневому шарі формується подвійний шар, який складається з частково-аморфізованої мікроструктури,
збагаченої Ti і Ni, під яким знаходиться шар мікрокристалічної структури, збагачений Ti.
INHOMOGENEOUS STRUCTURE OF NEAR-SURFACE LAYERS
IN THE ION-IMPLANTED NiTi ALLOY
A.D. Pogrebnjak, N. Levintant, L.V. Malikov, V.M. Beresnev, S.N. Bratushka, N.K. Yerdybayeva, T. Czeppe,
Zb. Zwiatek, M. Micleales
In work results researches of structure and chemical composition of NiTi, are presented after implantation, N+
and Ni+ the ions of N+. The model of processes, what be going on in the near-surface layers of NiTi is offered.
Showed that a double layer, consisting of partly amorphous microstructure, enriched Ti and Ni, is formed in a near-
surface layer, which a layer of microcrystalline structure is under, enriched Ti.
168
Рис. 1. ДСК-кривые для исходного (а) и ионно-модифицированного (б) сплава NiTi
Температурные изменения в исследуемых
сталях для имплантированных
и исходного образцов
Рис. 2. Фрагменты дифракционных спектров,
полученные для исходного NiTi при нагреве сплава до 300 (С
Рис. 3. Фрагменты дифракционных спектров,
полученные для сплава NiTi после имплантации дозой 1018 см-2 и энергией 50 кэВ
Рис. 4. Темнопольное изображение имплантированного ионами NiTi-сплава, поясняющее структурные и химические изменения вблизи приповерхностного слоя
Рис. 5. Темнопольное изображение имплантированного ионами NiTi-сплава, указывающее на структурные изменения вблизи приповерхностного слоя
Рис. 6. Концентрация примесей и распределение напряжений по глубине в приповерхностном
слое NiTi
Рис. 7. Профили распределения примесей в приповерхностном слое NiTi после двойной имплантации
Рис. 8. Схема двойной ионной имплантации NiTi (а) и фазы, которые образуют в приповерхностном слое в результате имплантации (б)
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-90767 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:19:45Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Погребняк, А.Д. Levintant, N. Маликов, Л.В. Береснев, В.М. Братушка, С.Н. Ердыбаева, Н.К. Czeppe, T. Zwiatek, Zb. Micleales, M. 2016-01-04T12:44:18Z 2016-01-04T12:44:18Z 2009 Формирование неоднородной структуры в приповерхностных слоях NiTi в результате ионной имплантации / А.Д. Погребняк, N. Levintant , Л.В. Маликов , В.М. Береснев , С.Н. Братушка, Н.К. Ердыбаева , T. Czeppe , Zb. Zwiatek , M. Micleales // Вопросы атомной науки и техники. — 2009. — № 6. — С. 162-168. — Бібліогр.: 21 назв. — рос. 1562-6016 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90767 669.295.539.121.537.534 В работе представлены результаты исследования структуры и химического состава NiTi после имплантации ионами N⁺, N⁺ и Ni⁺. Предложена модель процессов, происходящих в приповерхностных слоях NiTi.
 Показано, что в приповерхностном слое формируется двойной слой, состоящий из частично аморфизированной микроструктуры, обогащенной Ti и Ni, под которым находится слой микрокристаллической структуры, обогащенный Ti. Представлені результати дослідження структури і хімічного складу NiTi після імплантації іонами N⁺, N⁺ і
 Ni⁺. Запропонована модель процесів, що відбуваються в приповерхневих шарах NiTi. Показано, що в приповерхневому шарі формується подвійний шар, який складається з частково-аморфізованої мікроструктури, збагаченої Ti і Ni, під яким знаходиться шар мікрокристалічної структури, збагачений Ti. In work results researches of structure and chemical composition of NiTi, are presented after implantation, N⁺ and Ni⁺ the ions of N⁺. The model of processes, what be going on in the near-surface layers of NiTi is offered. Showed that a double layer, consisting of partly amorphous microstructure, enriched Ti and Ni, is formed in a nearsurface
 layer, which a layer of microcrystalline structure is under, enriched Ti. Своим приятным долгом авторы считают выразить признательность доктору А. Банчуку и Г. Савитскому (Институт прикладных проблем механики
 и математики НАН Украины, Львов) за помощь в
 проведении имплантации. ru Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и технология конструкционных материалов Формирование неоднородной структуры в приповерхностных слоях NiTi в результате ионной имплантации Формування неоднорідної структури у приповерхневих шарах NiTi внаслідок іонної імплантації Inhomogeneous structure of near-surface layers in the ion-implanted NiTi alloy Article published earlier |
| spellingShingle | Формирование неоднородной структуры в приповерхностных слоях NiTi в результате ионной имплантации Погребняк, А.Д. Levintant, N. Маликов, Л.В. Береснев, В.М. Братушка, С.Н. Ердыбаева, Н.К. Czeppe, T. Zwiatek, Zb. Micleales, M. Физика и технология конструкционных материалов |
| title | Формирование неоднородной структуры в приповерхностных слоях NiTi в результате ионной имплантации |
| title_alt | Формування неоднорідної структури у приповерхневих шарах NiTi внаслідок іонної імплантації Inhomogeneous structure of near-surface layers in the ion-implanted NiTi alloy |
| title_full | Формирование неоднородной структуры в приповерхностных слоях NiTi в результате ионной имплантации |
| title_fullStr | Формирование неоднородной структуры в приповерхностных слоях NiTi в результате ионной имплантации |
| title_full_unstemmed | Формирование неоднородной структуры в приповерхностных слоях NiTi в результате ионной имплантации |
| title_short | Формирование неоднородной структуры в приповерхностных слоях NiTi в результате ионной имплантации |
| title_sort | формирование неоднородной структуры в приповерхностных слоях niti в результате ионной имплантации |
| topic | Физика и технология конструкционных материалов |
| topic_facet | Физика и технология конструкционных материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/90767 |
| work_keys_str_mv | AT pogrebnâkad formirovanieneodnorodnoistrukturyvpripoverhnostnyhsloâhnitivrezulʹtateionnoiimplantacii AT levintantn formirovanieneodnorodnoistrukturyvpripoverhnostnyhsloâhnitivrezulʹtateionnoiimplantacii AT malikovlv formirovanieneodnorodnoistrukturyvpripoverhnostnyhsloâhnitivrezulʹtateionnoiimplantacii AT beresnevvm formirovanieneodnorodnoistrukturyvpripoverhnostnyhsloâhnitivrezulʹtateionnoiimplantacii AT bratuškasn formirovanieneodnorodnoistrukturyvpripoverhnostnyhsloâhnitivrezulʹtateionnoiimplantacii AT erdybaevank formirovanieneodnorodnoistrukturyvpripoverhnostnyhsloâhnitivrezulʹtateionnoiimplantacii AT czeppet formirovanieneodnorodnoistrukturyvpripoverhnostnyhsloâhnitivrezulʹtateionnoiimplantacii AT zwiatekzb formirovanieneodnorodnoistrukturyvpripoverhnostnyhsloâhnitivrezulʹtateionnoiimplantacii AT miclealesm formirovanieneodnorodnoistrukturyvpripoverhnostnyhsloâhnitivrezulʹtateionnoiimplantacii AT pogrebnâkad formuvannâneodnorídnoístrukturiupripoverhnevihšarahnitivnaslídokíonnoíímplantacíí AT levintantn formuvannâneodnorídnoístrukturiupripoverhnevihšarahnitivnaslídokíonnoíímplantacíí AT malikovlv formuvannâneodnorídnoístrukturiupripoverhnevihšarahnitivnaslídokíonnoíímplantacíí AT beresnevvm formuvannâneodnorídnoístrukturiupripoverhnevihšarahnitivnaslídokíonnoíímplantacíí AT bratuškasn formuvannâneodnorídnoístrukturiupripoverhnevihšarahnitivnaslídokíonnoíímplantacíí AT erdybaevank formuvannâneodnorídnoístrukturiupripoverhnevihšarahnitivnaslídokíonnoíímplantacíí AT czeppet formuvannâneodnorídnoístrukturiupripoverhnevihšarahnitivnaslídokíonnoíímplantacíí AT zwiatekzb formuvannâneodnorídnoístrukturiupripoverhnevihšarahnitivnaslídokíonnoíímplantacíí AT miclealesm formuvannâneodnorídnoístrukturiupripoverhnevihšarahnitivnaslídokíonnoíímplantacíí AT pogrebnâkad inhomogeneousstructureofnearsurfacelayersintheionimplantednitialloy AT levintantn inhomogeneousstructureofnearsurfacelayersintheionimplantednitialloy AT malikovlv inhomogeneousstructureofnearsurfacelayersintheionimplantednitialloy AT beresnevvm inhomogeneousstructureofnearsurfacelayersintheionimplantednitialloy AT bratuškasn inhomogeneousstructureofnearsurfacelayersintheionimplantednitialloy AT erdybaevank inhomogeneousstructureofnearsurfacelayersintheionimplantednitialloy AT czeppet inhomogeneousstructureofnearsurfacelayersintheionimplantednitialloy AT zwiatekzb inhomogeneousstructureofnearsurfacelayersintheionimplantednitialloy AT miclealesm inhomogeneousstructureofnearsurfacelayersintheionimplantednitialloy |