Диссертация (1025103), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Модификация свойств и создание новых материаловпосредством экстремального энергетического воздействия», по Федеральнойцелевой программе ГК № 14.516.11.7006 «Проведение исследований науникальной сильноточной электроразрядной установке «Тюльпан» (ПФ-4 иПФ-400) с целью разработки высокоинтенсивных точечных рентгеновских инейтронных источников излучений и плазменных технологий получения новыхперспективных материалов для использования в термоядерной и атомнойэнергетике».Публикации.
Материалы диссертации опубликованы в 26 печатныхработах (в том числе патент на Полезную модель), из них: 3 статьи в научныхжурналах, входящих в перечень ВАК и включенных в систему цитированияWeb of Science: Science Citation Index Expanded, 1 статья в журнале, входящем вперечень ВАК и включенном в системы цитирования Web of Science и Scopus, атакже 2 препринта, 19 публикаций в сборниках тезисов докладов и материалахконференций. Общий объем 2,86 п. л.Личный вклад автора. В исследованиях, вошедших в диссертацию,автору принадлежитнахождениеоптимальныхпараметровиусловийпроведения эксперимента на установке типа плазменный фокус (ПФ-4, ФИАН);исследование всех облученных образцов различными способами, описанными вразделе «Методика эксперимента»; выводы, полученные вследствие анализаполученных результатов исследования морфологии поверхности и физикомеханических свойств облученных образцов.Автор работы непосредственно участвовал в проведении экспериментовна установке «Плазменный фокус» ПФ-4 в Физическом институте им.П.Н.
Лебедева РАН. Принимал участие в разработке приспособлений к ПФ-4для получения композиционных покрытий. Разработал методику получениясоединений из термодинамически несмешиваемых элементов и получил патентнаПолезнуюмодель«Приспособлениедляполучениясоединенийнерастворимых друг в друге металлов» № 2016105989 от 20.02.2016. Освоилметоды резерфордовского обратного рассеяния и анализа упруго рассеянных15ядер отдачи. Рассчитал в программе SRIM проективные пробеги изотоповводородавконструкционныематериалыипровелсравнениесэкспериментально полученными профилями распределения элементов вобразцах, облученных на ПФ-4.Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, 5глав, основных выводов и библиографии. Общий объем диссертации составляет203 страницы, из них 182 страницы текста, включая 84 рисунка, 12 таблиц.Библиография включает 190 наименований на 21 странице.Автор выражает глубокую благодарность Никулину Валерию Яковлевичуза помощь в проведении экспериментов на установке «Плазменный фокус»ПФ-4 (Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН) и разъяснениефизических процессов, происходящих в ПФ; всему коллективу Лабораториифизики плотной плазмы ФИАН, в частности, Силину Павлу Викторовичу,Гурею Анатолию Евгеньевичу, Полухину Сергею Никитичу, Волобуеву ИгорюВладимировичу, Цыбенко Сергею Павловичу, Перегудовой Елене Нинелевне иСафроновой Татьяне Владимировне; Мозговому Александру Григорьевичу(Лаборатория проблем новых ускорителей ФИАН); сотрудникам Лабораториивоздействия излучений на металлы (№ 9) Института металлургии иматериаловедения им.
А.А. Байкова РАН: Боровицкой Ирине Валерьевне,Колокольцеву Вячеславу Николаевичу; сотрудникам Московского институтаэлектроники и математики Национального исследовательского университета«Высшая школа экономики»: Смирнову Игорю Сергеевичу, Монахову ИвануСергеевичу, Васильевскому Владимиру Викторовичу и Костину КонстантинуАнатольевичу; Куликаускусу Вацловасу Станиславовичу (Лаборатория физикинаноструктур и радиационных эффектов Научно-исследовательского институтаядерной физики им. Д.В. Скобельцына Московского государственногоуниверситета им. М.В. Ломоновоса) и Кобзеву Александру Павловичу(Лаборатория нейтронной физики им. И.М. Франка Объединенного институтаядерных исследований) – специалистам в области обратного резерфордовского16рассеяния;СерушкинуСергею«Энергомашиностроение»МосковскогоуниверситетаБаумана);им.Н.Э.Валерьевичу(факультетгосударственногоГайдарАннетехническогоИвановне(Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий) –специалисту в области растровой электронной микроскопии; сотрудникамЛаборатории ядерных реакций им.
Г.Н. Флерова ОИЯИ: Дидыку АлександруЮрьевичу и Семиной Вере Кирилловне; Ломову Андрею Александровичу –сотруднику Физико-технологического института РАН; и, конечно, своемунаучному руководителю – Бондаренко Геннадию Германовичу (МИЭМ НИУВШЭ),завсестороннююдиссертационной работы.помощьиконсультациипринаписании17Глава 1.
Современное состояние проблемы изменения структурногосостояния и свойств материалов при воздействии высокотемпературнойимпульснойплазмыииспользованияданноговоздействиядляпрактических применений1.1.Изменения структуры и свойств материалов при облучениивысокотемпературной плазмойКогда на материал воздействуют концентрированные импульсные потокиэнергии, в нем возникают нелинейные ударные волны, распространяющиеся сосверхзвуковой скоростью. Диссипация ударных волн на протяженных дефектахкристаллической решетки создает междоузельные атомы и вакансии, влияющиена глубину проникновения и коагуляцию внедренных атомов. Также, ударнаяволна сама может оказывать влияние на увеличение глубины проникновенияимплантированных атомов в материал.
Такого рода явление наблюдалось вработе [2], в которой было обнаружено, что при импульсном воздействиидейтериевой плазмы на ванадиевый образец атомы дейтерия проникали вванадий на глубину около 220 мкм при комнатной температуре, чтозначительно превышает глубину термической диффузии дейтериевых атомов.Вследствие чего образовывались видимые газовые поры. Было предположено,что процесс глубокого проникновения химически нейтральных атомов вматериал мишени обусловлен двумя факторами: получением атомом энергии отконцентрированных импульсных потоков энергии и воздействием ударныхволн на материал мишени.Как показано в ряде работ [2-18] при облучении высокотемпературнойимпульсной плазмой происходит существенное изменение морфологииповерхности материала, образуетсяхарактерная волновая структура, еёпроисхождение обусловлено высокими температурами и высокоскоростнойдеформацией в месте, на которое воздействует импульсная плазма.18«При изохронном отжиге облученных образцов в вакуумной установкетермогравиметрического анализа происходит уменьшение их массы, связанноес выделением «инжектированного» импульсной плазмой дейтерия, чтоподтверждается данными масс-спектрометрического анализа паровой фазы»[2].В работах [19-23] показано, что облучение на установке «Плазменныйфокус» приводит к заметному упрочнению поверхностных слоев материала.
Вчастности, в работе [19] было показано, что микротвердость по Виккерсу Hv,измеренная в объеме и вблизи облученных дейтериевой плазмой поверхностейшестигранной трубы из стали состава 25Х12Г20В, заметно возрастает в зонеповерхностного слоя (ПС), по сравнению с её значением в объеме материала. Вгорячей зоне трубы вблизи наружного ПС величина Hv возрастает от значенияHv ≈ 2,2 ГПа (в объеме на глубине d ≈ 200 мкм от облученной поверхности) довеличины Hv,max≈ 3,1 ГПа (на глубине d ≈ 50 мкм от поверхности). Длявнутреннего ПС в этой зоне трубы величина Hv возрастает вблизи поверхностидо значения Hv,max≈ 2,9 ГПа. В холодном участке максимальное значениемикротвердости в зоне наружного и внутреннего ПС соответственно равныHv, max ≈ 5 ГПа и Hv, max ≈ 4,2 ГПа [19].
Примерно такой же характер упрочненияПС наблюдался и для стальной трубы состава 10Х12Г20В [21]. Наиболее резкоеизменение значений H наблюдается, как видно из Рис. 1.1, в очень тонкомповерхностном нанослое, толщина которого менее 100 ÷ 200 нм.Вреализованномрежимеоблученияимпульснаярадиационно-термическая (ИРТ) обработка материала шестигранной трубы дополнительноупрочняет ее наружный и внутренний ПС по сравнению с его механическимупрочнением на стадии процесса прокатки, причем наибольшая степеньупрочнения достигается в поверхностных слоях наноразмерной толщины.Рентгенофазовый анализ показал, что в исследуемых нанослоях имеетместо частичное γ α фазовое превращение с образованием мартенситнойструктуры, которое индуцировано воздействием импульсных потоков ионов иплазмы на материал. Оценки показали, что содержание α-фазы в наружном ПС19облученной трубы было в пределах ~(1,5 ÷ 3,0) об.
%, а во внутреннем ПСсоставляло (5,0 ÷ 9,5) об. %. Механизм наблюдаемого частичного фазовогопревращения связан с испарением с облучаемой поверхности в процессеимпульсноговоздействияэнергии[19]марганца,которыйявляетсястабилизатором γ-фазы. При этом быстрые ионы дейтерия с энергиейE ≥ 100 кэВ и проективным пробегом в стали в несколько сот нанометровспособствовали γ α фазовому превращению в более глубоких слоях.16Модуль Юнга, ГПаНанотвёрдость, ГПа2404202505001220200180160750 1000 1250 15000250Расстояние от поверхности, нм5007501000 1250 1500Расстояние от поверхности, нм40022Модуль Юнга, ГПаНанотвёрдость, ГПа1086420500100030020015000Расстояние от поверхности, нм50010001500Расстояние от поверхности, нмабРис. 1.1.
Изменение нанотвердости (а) и модуля Юнга (б) с глубиной вблизивнутренней поверхности трубы 25Х12Г20В после четырех импульсныхразрядов энергии в установке ПФ: 1 – горячая зона, 2 – холодная зона [20]Каксчитаютавторыработ[19,21]наблюдаемоевозрастаниемикротвердости может быть связано, главным образом, с двумя факторами –остаточным деформационным упрочнением ПС после прокатки и отжига трубыи модифицированием ПС в процессе ИРТ обработки материала потоками ионов20дейтерия и дейтериевой плазмы (ДП), вследствие частичного γ α фазовогопревращения.Другим характерным обстоятельством описанного воздействия являетсятот факт, что имплантация ионов рабочего газа в облученные ПС наиболееинтенсивно происходит в центральной и холодной зонах внутренней полоститрубы по сравнению с ее наружной частью (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
