Structure and Composition of Near-Surface Layers in the Ion-Implanted NiTi Alloy

Abstract

Поверхностный слой сплава TiNi, обладающего эффектом памяти формы в мартенситном состоянии, изменен высокой дозой имплантированныъ ионов N + ионов (дозы имплантации варьируется от 1017 до 1018 ion/cm2). TiNi образцов, имплантированных N +, Ni +-N +, и Мо +-W + при дозе 10l7-1018 см-2 и изучены обратным рассеяния Резерфорда. сканирующей электронной микроскопией, энергетической дисперсионной спектроскопией, рентгеновской дифракции (скользящей геометрией), и путем измерения нанотвердости и модуль упругости. Ni + концентрации обнаружен пик между двумя максимумами в глубину профиля концентрации ионов N +. Рентгеновской дифракции образцов TiNi имплантированных Ni + и N + ионов показывает формирование TiNi (B2), олово и Ni3N фаз. В исходном состоянии, модуль упругости образцов E = 56 ГПа при твердости Н = 2,13 ± 03 ГПа (на глубине 150 нм). После двойной имплантации Ni +-N + и Мо +-W + ионов, твердость образцов TiNi является 2,78 ± 0,95 ГПа на глубине 150 нм и 495 ± 2,25 ГПа на глубине 50 нм, модуль упругости 59 ГПа. Отжиг образцов при температуре 550 ° С приводит к увеличению твердости 4,44 ± 1,45 ГПа и резкое увеличение модуля упругости до 236 ± 39 ГПа. Корреляции между элементным составом, микроструктурой и механическими свойствами поверхностного слоя в TiNi не найдено.

The surface layer of an equiatomic TiNi alloy, which exhibits the shape memory effect in the martensitic state, is modified with high-dose implantation of 65-keV N+ ions (the implantation dose is varied from 1017 to 1018 ions/cm2). TiNi samples are implanted by N+, Ni+–N+, and Mo+–W+ ions at a dose of 10l7–1018 cm–2 and studied by Rutherford backscattering. scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction (glancing geometry), and by measuring the nanohardness and the elastic modulus. A Ni+ concentration peak is detected between two maxima in the depth profile of the N+ ion concentration. X-ray diffraction (glancing geometry) of TiNi samples implanted by Ni+ and N+ ions shows the formation of the TiNi (B2), TiN and Ni3N phases. In the initial state, the elastic modulus of the samples is E = 56 GPa at a hardness of H = 2.13 ± 03 GPa (at a depth of 150 nm). After double implantation by Ni+–N+ and Mo+–W+ ions, the hardness of the TiNi samples is 2.78 ± 0.95 GPa at a depth of 150 nm and 495 ± 2.25 GPa at a depth of 50 nm; the elastic modulus is 59 GPa. Annealing of the samples at 550 °C leads to an increase in the hardness to 4.44 ± 1.45 GPa and a sharp increase in the elastic modulus to 236 ± 39 GPa. A correlation between the elemental composition, microstructure, shape memory effect, and mechanical properties of the near-surface layer in TiNi is found.