МОДИФИКАЦИЯ СТРУКТУРЫ И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ОКСИДНОЙ КЕРАМИКИ ИОННОЙ ОБРАБОТКОЙ
DOI:
https://doi.org/10.57070/2304-4497-2023-2(44)-28-39Ключевые слова:
ионная обработка, частично стабилизированный диоксид циркония, оксид алюминия, рентгеновская дифракция, микротвердость, электронная и просвечивающая микроскопияАннотация
Представлены результаты исследования влияния ионной (аргон, углерод, азот, ксенон) обработки при различных параметрах пучка (энергии ионов, плотностях тока и энергии, флюенсах, режимов облучения) на физико-механические свойства (структура, фазовый состав, микротвердость) керамики на основе частично стабилизированного диоксида циркония и оксида алюминия. Установлены закономерности структурных и фазовых превращений, эффектов поверхностной модификации циркониевой и алюмооксидной керамики при воздействии ускоренными ионами. Рентгенофазовый анализ показал, что ионная (аргон, азот, ксенон) обработка независимо от режима (непрерывный, импульсный) в поверхностном слое керамики на основе частично стабилизированного диоксида циркония приводит к фазовой перестройке на глубине порядка 15 мкм. Согласно данным сканирующей электронной микроскопии непрерывные ионные пучки (аргон, ксенон) не приводят к морфологическим изменениям поверхностного слоя оксидной керамики. Воздействие импульсных ионных (углерод, азот) пучков приводит к кратковременным процессам плавления и затвердевания, в результате чего в поверхностном слое оксидной керамики формируется структура, отличающаяся от структуры в объеме керамики. Независимо от режима и параметров пучка ионная обработка приводит к увеличению микротвердости поверхности керамики из частично стабилизированного диоксида циркония и оксида алюминия.
Библиографические ссылки
Зацепин Д.А., Чолах С.О., Вайнштейн И.А. Ионная модификация функциональных материалов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УРФУ. 2014. 106 с.
Рябчиков А.И. Ускорители заряженных частиц и другие излучательные установки НИИЯФ и их использование в науке и технологиях // Известия Томского политехнического университета. 2000. Т. 303. № 1. С. 17–43.
Ivanov Y., Gromov V., Konovalov S., Efimov M., Shliarova Y., Panchenko I. Effect of electron-beam treatment on the structure and properties of (B + Cr) film deposited on a high-entropy alloy AlCrFeCoNi // Materials Letters. 2023. Vol. 335. Article 133704. https://doi.org/10.1016/j.matlet.2022.133704
Wang M., Konovalov S., Dai F., Chen X. Influence of process parameters on laser shock processing effect of aero-engine blades // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2022. No. 16. P. 1208–1220. https://doi.org/10.1134/S102745102206043X
Was G.S. Fundamentals of Radiation Materials Science: metals and alloys. Springer. 2016. Article 1002. https://doi.org/10.1007/978-3-540-49472-0
Dey S., Drazin J., Wang Y., Valdez J.A., Holesinger T.G., Uberuaga B.P., Castro R.H.R. Radiation Tolerance of Nanocrystalline Ceramics: Insights from Yttria Stabilized Zirconia // Scientific Reports. 2015. Vol. 5. P. 7746. https://doi.org/10.1038/srep07746
Balogh A.G. Irradiation induced defect formation and phase transition in nanostructured ZrO2 // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. 2012. Vol. 282. P. 48–58. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2011.08.063
Sickafus K.E., Wetteland C.J., Baker N.P., Yu N., Devanathan R., Nastasi M., Bordes N. A comparison between the irradiation damage response of spinel and zirconia due to Xe ion bombardment // Mater. Sci. Eng. A. 1998. Vol. 253. P. 78–85. https://doi.org/10.1016/S0921-5093(98)00712-6
Haowen Zhong, Jie Zhang, Jie Shen, Guoying Lianga, Shijian Zhang, Mofei Xu, Xiao Yu, Sha Yan, Remnev G.E., Xiaoyun Le. Dynamic mechanism of crater formation induced by inclusion during intense pulsed ion beam irradiation // Vacuum. 2020. Vol. 179. P.109541. https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2020.109541
Гынгазов С.А., Васильев И.П., Суржиков А.П., Франгулян Т.С., Чернявский А.В. Ионная обработка циркониевой керамики мощными импульсными пучками // Журнал Технической Физики. 2015. Т. 85. № 1. С. 132–137.
Benyagoub A. Phase transformations in oxides induced by swift heavy ions // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B. Beam Interactions with Materials and Atoms. 2006. Vol. 245. No. 1. P. 225–230.
O'Connell J.H., Lee M.E., Skuratov V.A., Rymzhanov R.A. SHI induced tetragonal tracks in natural zirconia // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms. 2020. Vol. 473. P. 1–5. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2020.04.002
Gаvrilоv N.V., Mеsyаts G.А., Nikulin S.Р., Rаdkоvskii G.V., Еklind А., Реrry А.J., Trеgliо J.R. Nеw brоаd bеаm gаs iоn sоurсе fоr industriаl аррliсаtiоn // Journal of Vacuum Science & Technology A 14. 1996. Vol. 14. P. 1050–1055. https://doi.org/10.1116/1.580132
Remnev G.E., Isakov I.F., Opekounov M.S., Matvienko V.M., Ryzhkov V.A., Struts V.K., Grushin I.I., Zakoutayev A.N., Potyomkin A.V., Tarbokov V.A., Pushkaryov A.N., Kutuzov V.L., Ovsyannikov M.Yu. High intensity pulsed ion beam sources and their industrial applications // Surface and Coatings Technology. 1999. Vol. 114. P. 206–212. https://doi.org/10.1016/S0257-8972(99)00058-4
Zhu X.P., Lei M.K., Ma T.C. Characterization of a high-intensity bipolar-mode pulsed ion source for surface modification of materials // Rev. Sci. Instrum. 2002. Vol. 73. P. 1728–1733. https://doi.org/10.1063/1.1455137
ГОСТ Р ИСО 6507-1-2007 Национальный стандарт Российской Федерации. Металлы и сплавы. Измерение твердости по Виккерсу. Москва: Стандартинформ. 2008, 20 с.
Диденко А.Н., Шаркеев Ю.П., Козлов Э.В., Рябчиков А.И. Эффекты дальнодействия в ионно-имплантированных металлических материалах. Томск: НТЛ. 2004. 328 с.
Ovchinnikov V.V. Nanoscale dynamic and long-range effects under cascade-forming irradiation // Surface and Coatings Technology. 2018. Vol. 355. P. 65–83. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2018.03.084
O’Connell J.H., Rymzhanov R.A., Skuratov V.A., Volkov A.E., Kirilkin N.S. Latent tracks and associated strain in Al2O3 irradiated with swift heavy ions // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B Beam. 2016. Vol. 374. P. 97–101. https://doi.org/10.1016/j.nimb.2015.09.067
Huber N., Heerens J. On the effect of a general residual stress state on indentation and hard-ness testing // Acta Mater. 2008. Vol. 56. No. 20. P. 6205–6213. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2008.08.029
Wang L., Bei H., Gao Y.F., Lu Z.P., Nieh T.G. Effect of residual stresses on the hardness of bulk metallic glasses // Acta Mater. 2011. Vol. 59. No. 7. P. 2858–2864. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.01.025
Song N., Wang Z. Yan Xing, Mengfei Zhang, Peng Wu, Feng Qian, Jing Feng, Longhao Qi, Chunlei Wan, Wei Pan. Evaluation of phase transformation and mechanical properties of metastable yttria-stabilized zirconia by
nanoindentation // Materials. 2019. Vol. 12. No. 10. P. 1677. https://doi.org/10.3390/ma12101677
Wang K., Zhao M., Ren X., Pan W. High temperature mechanical properties of zirconia metastable t’-Phase degraded yttria stabilized zirconia // Ceramics International. 2019. Vol. 45. P. 17376–17381. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2019.05.297
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2023 Сергей Анатольевич Гынгазов, Валерия Александровна Болтуева

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.