Влияние высоких доз ионов N+, N+ + Ni+, Mo+ + W+ на физико-механические свойства TiNi

Abstract

Поверхностный слой эквиатомного сплава TiNi, обладающего эффектом памяти формы в мартенситном состоянии, был модифицирован при помощи высокодозной имплантации ионов N+ с энергией 65keV (доза имплантации составила от 1017 до 1018 ion/cm2). С помощью методов резерфордовского обратного рассеяния ионов (RBS), растровой электронной микроскопии с микроанализом (SEM и EDS), метода XRD в скользящей геометрии, а также измерения нанотвердости и модуля упругости исследовались образцы TiNi после имплантации ионов N+, Ni+−N+, Mo+−W+ дозами от 1017 до ∼ 1018 cm−2. Между двумя максимумами концентрационного профиля ионов N+ обнаружен пик концентрации ионов Ni+. XRD-анализ в скользящей геометрии образцов TiNi после имплантации ионов Ni+ и N+ показал образование фаз TiNi(B2); TiN; Ni3 N. Исследования механических характеристик образцов показали, что в исходном состоянии модуль упругости образцов составлял E = 56 GPa при твердости H = 2.13 ± 0.3GPa (на глубине 150 nm). После двойной имплантации ионов Ni+ − N+, W+ − Mo+ твердость образцов TiNi на глубине 150 nm составляла ∼ 2.78 ± 0.95 GPa, а на глубине 50nm ее значение возросло до 4.95 ± 2.25 GPa при модуле упругости 59GPa. Отжиг образцов при 550◦C привел к увеличению твердости до 4.44 ± 1.45 GPa и резкому увеличению модуля упругости до значения 236 ± 39 GPa. Обнаружена корреляция между элементным составом, микроструктурой, эффектом памяти формы и механическими свойствами приповерхностного слоя TiNi.

The surface layer of an alloy of equiatomic TiNi, possessing the shape memory effect in the martensitic state, was modified by implantation of N + ions with energy 65keV (implantation dose was from 1017 to 1018 ion/cm2). The methods of Rutherford backscattering of ions (RBS), scanning electron microscopy with microanalysis (SEM and EDS), XRD method in the sliding geometry and measurement nanohardness and elastic modulus were investigated TiNi samples after implantation of N +, Ni +-N +, Mo +-W + doses from 1017 to 1018 cm-2. Between the two maxima of the concentration profile of N + a peak concentration ions Ni +. XRD-analysis in the sliding geometry TiNi specimens after implantation of Ni + and N + showed the formation of phases TiNi (B2); TiN; Ni3 N. The mechanical characteristics of the samples showed that in the initial modulus of the samples was E = 56 GPa for the hardness of H = 2.13 ± 0.3GPa (at a depth of 150 nm). After double implantation of Ni + - N +, W + - Mo + TiNi hardness of the samples at a depth of 150 nm was ~ 2.78 ± 0.95 GPa, and at a depth of 50nm its value increased to 4.95 ± 2.25 GPa with elastic modulus 59GPa. The samples were annealed at 550 ◦ C led to an increase in hardness up to 4.44 ± 1.45 GPa and a sharp increase in modulus to a value of 236 ± 39 GPa. Correlation between elemental composition, microstructure, shape memory effect and mechanical properties of the surface layer of TiNi.