Анотація до роботи:

Шабля В.Т. Масоперенесення в металічних системах на основі Fe, Cu і Al при імпульсному та інтенсивному опроміненні іонами. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.07 – фізика твердого тіла. - Сумський державний університет.- Суми, 2008.

Дисертаційна робота присвячена дослідженню процесів масоперенесення та дифузії в системах Ta/Cu/Al, Fe/Pb/Fe, Pb/Fe при спільному осадженні іонів та імплантації, а також при впливі потужних іонних пучків. Проведені структурно-фазові дослідження за допомогою ПЕМ з дифракцією в системах Fe/Pb і Fe/Pb/Fe.

Досліджені процеси сегрегації іонів Al у процесі високоінтенсивної імплантації в –Fe за допомогою мікропучка протонів. Результатом пружних взаємодій вакансій і вакансійних дефектів поблизу дислокацій є утворення гелікоїда з нерівномірним радіусом (через нерівномірний розподіл домішки за глибиною і по поверхні). На основі розрахунків була визначена енергія активації Н_m, яка збігається з енергією міграції вакансій в ОЦК – Fe (1,32 еВ), що підтверджує вакансійний механізм зростання петель, що збирають атоми домішки.

Виявлено утворення алмазоподібного та аморфного вуглецю на поверхні монокристалів Fe-Cr-Ni-Mn (111) і (100) при імплантації іонів W.

На основі проведених комплексних досліджень масоперенесення в металічних системах імплантованих імпульсними та інтенсивними іонними пучками з енергією Е =(40 - 90) кеВ і дозою від 810¹⁹ м ^-2 до 810²¹ м ^-2, а також перемішуванням ПІП (С⁺ (30%), Н⁺ (70%)) з енергією Е = (0,2 – 0,5) МеВ і потоком енергії (0,9 – 2,5)10^-4Дж/м² методами РЗР, ОЕС, КЕМС, анігіляції повільних позитронів, ПЕМ, ВІМС, РЕМ, мікропучка протонів (ПІРВ, РЗР) та розрахунку динаміки плавлення були виявлені закономірності процесів масоперенесення в системах Ta/Cu/Al, Pb/Fe, Fe/Pb/Fe, Au/Fe/Ni та ін. і вирішені поставлені задачі.

Основні результати дисертаційної роботи можна сформулювати у вигляді таких узагальнюючих висновків:

1. Уперше за допомогою методів ВІМС, ЕРВІ та ОЕС досліджено процеси перемішування при одночасному осадженні та послідовній імплантації іонів Cu, Ta у Al. Одержано, що спільне осадження та імплантація -більш ефективний процес модифікації порівняно тільки з імплантацією.

2. Досліджені структура і морфологія осаджених плівок з аморфного та алмазоподібного вуглецю при імплантації іонів W на поверхню монокристалів нержавіючої сталі, особливості яких полягають у формуванні аморфної вуглецевої плівки товщиною (15-30) нм із хвилеподібним (острівковим) рельєфом з утвореннями у вигляді конусів (висотою від 10 до 14 нм), що мають алмазоподібну будову вуглецю.

3. Уперше за допомогою мікропучка протонів (ПІРВ і РЗР) вивчені та визначені розміри областей локалізації домішок (L20 мкм) при імплантації іонів Al у a-Fe і досліджений процес сегрегації атомів Al.

4. Вивчено зміну форми енергетичних спектрів вторинних іонів (ЕРВІ) в умовах динамічного перемішування іонів Ta⁺ і Cu⁺ з поверхнею твердого тіла (алюмінію). Відносно невелике (до 10 еВ) зміщення максимуму енергетичного розподілу іонів у напрямі збільшення їх енергії супроводжується також збільшенням ширини спектрів (20-25 еВ) та появою декількох нових максимумів на кривих Al⁺ і Ta⁺.

5. На прикладі систем Pb/Fe і Fe/Pb/Fe показано, що у випадку опромінення ПІП при густині струму (40-150) А/см² основний внесок у перенесення атомів дає бародифузійний потік, зумовлений градієнтом температури і термомеханічною напругою, а міграція і перемішування у полі градієнта концентрації в рідкій фазі не є визначальними факторами в установленні концентраційного профілю. Визначений ефективний коефіцієнт масоперенесення при перемішуванні ПІП свинцю і заліза, що становить від 4,2510^-8 м²/с до 5,610^-8 м²/с залежно від густини струму.

6. Визначені стехіометрія, яка становить величину від 0,3 до 0,7, структура перемішаних під дією ПІП подвійних і потрійних металічних систем (Pb/Fe, Fe/Pb/Fe, Au/Fe/Ni), особливості яких полягають у тому, що їх компоненти нерозчинні один в одному в рівноважних умовах. Це є важливим оскільки система Au/Fe/Ni є основою для геконів, що дає можливість зменшити “замкненість” герконів і збільшує число спрацювань у 5 разів.

Публікації автора:

1. Pogrebnjak A.D., Shablya V.T., Sviridenko N.V., Valyaev A.N., Plotnikov S.V., Kylyshkanov M.K. Study of deformation states in metals exposed to intense-pulsed-ion beam (IPIB) // Surf. Coat. Tech. – 1999. – V.III. – Р. 46-50.

2. Pogrebnjak A.D., Bakharev O.G., Pogrebnjak N.A., Tsvintarnay Yu.V, Shablya V.T., Sandrik R., Zесса А. Certain features of high-dose and intensive implantation of Al ions in iron // Phys. Letters. – 2000. – A 265. – Р. 225-232.

3. Погребняк А.Д., Мартыненко В.А., Михалев А.Д., Шабля В.Т., Яновский В.П. Некоторые особенности ионного перемешивания при одновременной ионной имплантации и осаждении покрытий из металлов // Письма в ЖТФ. – 2001. - Т.27, В.14. – С. 88-94.

4. Pogrebnjak A.D., Ladysev V.S., Pogrebnjak N.A., Michaliov A.D., Shablya V.T., Valyaev A.N., Valyaev A.A., Loboda V.B. A comparison of radiation damage and mechanical and tribological properties of -Fe exposed to intense pulsed electrou and ion beams // Vacuum.-2000.-V.58.-Р. 45-52.

5. Pogrebnjak A.D., Shablya V.T., Pogrebnjak N.A., Sandrik R., Zесса А., Bratushka S.N. Certain features of high-dose and intensive implantation of aluminium ions in iron // Surf. Coat. Tech.-1998.-V.110.-Р. 35-39.

6. Алонцева Д.Л., Братушка С.Н., Погребняк А.Д.,
Прохоренкова Н.В., Шабля В.Т. Структура и свойства покрытий и модифицированных слоев, полученных с помощью плазменных потоков //ФІП. – 2007. - Т.5, №3-4. – С.124-139.

7. Pogrebnjak A.D., Shablya V.T., Kshnyakin V.S., Kul'ment'eva O.P. Bondarenko V.V., Gritsenko B.P. Implantation of Ta ions into a copper single crystal (100) and (111) // Вісник Сумського державного університету. Серія: фізика, математика, механіка. - 2005.– № 8.– С. 118-124.

8. Погребняк А.Д., Кобзев А.П., Иванов Ю.Ф., Ильяшенко М.В., МартыненкоВ.А., Шабля В.Т. Имплантация ионов W и побочное осаждение углеродной пленки на поверхность монокристаллов сплава Fe₅₄-Cr₂₀-Ni₁₆-Mn₁₀ (100) и (110) // Труды Х международного совещания «Радиационная физика твердого тела». Севастополь, 3-8 июля 2000 г.,- Москва, 2000.- С. 328-332.

9. Pogrebnjak A.D., Lebed A., Shumakova N., Shablya V.T. Tim Renk, Cowell Sent D., Valyaev N., Ladysov V. S. Processing of modification and mixing in single and multi-layered systems deposited onto steel using high power ion beam // Abstracts Seventh International Conference on Plasma Surface Engineering PSE 2000. Germany, 17-21 September, 2000. – Р. 221.