blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2014-8-60-65blackmet-476Research ArticleТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОДБОРКА СТАТЕЙ «НАНОСТРУКТУРНОЕ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»TOPICAL COLLECTION OF ARTICLES «NANOSTRUCTURED MATERIAL SCIENCE»ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ СТРУКТУРЫ ФАЗЫ В2 В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ НИКЕЛИДА ТИТАНА ПОСЛЕ ИМПУЛЬСНОГО ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯFEATURES OF THE B2 PHASE STRUCTURE CHANGE IN THE NiTi SURFACE LAYER AFTER PULSED ELECTRON-BEAM IMPACTМейснерЛ. Л.MeisnerL. L.

д.ф.-м.н., профессор, главный научный сотрудник

Dr. Sci. (Phys.-math.), Professor, Chief Research

llm@ispms.tsc.ruНейманА. А.NeimanA. A.

к.т.н., младший научный сотрудник

Cand. Sci. (Eng.), Junior Research

ЛотковА. И.LotkovA. I.

д.ф.-м.н., профессор, зам. директора по научной работе

Dr. Sci. (Phys.-math.), Professor, Deputy Director of scientific work

СеминВ. О.SeminV. O.

магистрант

Postgraduate Student

ОстапенкоМ. Г.OstapenkoM. G.

к.ф.-м.н., младший научный сотрудник

Cand. Sci. (Phys.-math.), Junior Research

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН (6340216, Россия, Томск, пр-т Академический, 2/4) Национальный исследовательский Томский государственный университет (634036, Россия, Томск, пр. Ленина, 36)РоссияInstitute of Strength Physics and Materials Science SB RAS (2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634021, Russia) National Research Tomsk State University (36, pr. Lenina, Tomsk, 634050, Russia)Russian FederationИнститут физики прочности и материаловедения СО РАН (6340216, Россия, Томск, пр-т Академический, 2/4)РоссияInstitute of Strength Physics and Materials Science SB RAS (2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634021, Russia)Russian FederationНациональный исследовательский Томский государственный университет (634036, Россия, Томск, пр. Ленина, 36)РоссияNational Research Tomsk State University (36, pr. Lenina, Tomsk, 634050, Russia)Russian FederationИнститут физики прочности и материаловедения СО РАН (6340216, Россия, Томск, пр-т Академический, 2/4) Национальный исследовательский Томский политехнический университет (634036, Россия, Томск, пр. Ленина, 30)РоссияInstitute of Strength Physics and Materials Science SB RAS (2/4, pr. Akademicheskii, Tomsk, 634021, Russia) National Research Tomsk Polytechnic University (30, pr. Lenina, Tomsk, 634050, Russia)Russian Federation2014310320155786065Copyright © Мейснер Л.Л., Нейман А.А., Лотков А.И., Семин В.О., Остапенко М.Г., 20152015Мейснер Л.Л., Нейман А.А., Лотков А.И., Семин В.О., Остапенко М.Г.Meisner L.L., Neiman A.A., Lotkov A.I., Semin V.O., Ostapenko M.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/476

Методами рентгеноструктурного анализа, оптической, растровой и просвечивающей электронной микроскопии исследовано структурно-фазовое состояние поверхностных слоев никелида титана, подвергнутого воздействию низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками. Обнаружено, что в процессе обработки в перекристаллизованном слое толщиной 8 – 10 мкм формируется неравновесное однофазное структурное состояние, которое характеризуется искаженной структурой на основе фазы В2, текстурирован-ной в направлении, близком к <410>. Нижележащий слой, расположенный на глубине от 10 до 20 мкм, кроме фазы В2 с незначительными искажениями кристаллической решетки содержит небольшую (до 5 % (по объему)) объемную долю фазы со структурой мартенсита В19′. В результате электронно-пучковой обработки происходит изменение химического состава модифицированного слоя в сторону обогащения титаном из-за расплавления частиц фазы Ti2Ni. При этом интервалы мартенситных превращений смещаются в область более высоких температур; таким образом, уже при комнатной температуре можно было ожидать, что основным в этом слое будет мартенситное структурное состояние. Исследования с использованием просвечивающей электронной микроскопии показали, что мартенситной фазы в модифицированном слое не наблюдается. Высказывается предположение, объясняющее сложившееся в результате импульсного электронно-пучкового воздействия на поверхность никелида титана структурно-фазовое состояние.

By X-ray diffraction, optical, scanning and transmission electron microscopy methods the structural-phase state of NiTi surface layers affected by low-energy high-current electron beams have been investigated. It was found that during treatment in recrystallized layer thickness of 8 – 10 μm a nonequilibrium single-phase structural state forms, which is characterized by a deformed B2 based phase structure, textured in a direction close to the <410>. The downstream with depths ranging from 10 to 20 μm layer except B2 phase with insignificant distortions of the crystal lattice contains a small volume fracture (up to 5 vol. %) of martensitic phase with В19′ structure. As a result of electron-beam treatment the modified layer chemical composition has changed to titanium enrichment due to Ti2Ni phase particles melting. At the same time intervals of martensitic transformations are shifted to higher temperatures thus even at room temperature can be expected that in the present layer the main structural state is martensitic. Using transmission electron microscopy the studies have showed that in the modified layer the martensitic phase is not observed. The assumption, explaining the created by a pulsed electron beam impact on the NiTi surface structure-phase state is expressed.

никелид титанаимпульсные низкоэнергетические сильноточные электронные пучкикристаллическая структурамикродеформацияnickel titaniumpulsed low-energy high-current electron beamcrystal structurelattice strainРабота выполнена по проекту СО РАН № III.20.2.1.The work was prepared for the project of SB RAS no.III.20.2.1.ReferencesИванов Ю.Ф., Целлермаер И.Б., Ротштейн В.П., Громов В.Е. // Физическая мезомеханика. 2006. Т. 9, № 5. С. 107 – 114.Ivanov Yu.F., Tsellermaer I.B., Rotshtein V.P., Gromov V.E. Electron-beam modifi cation of hardened steel. Fizicheskaya mezomekhanika. 2006. Vol. 9, no. 5, pp. 107–114. (In Russ.).Zhang K.M., Zou J.X., Grosdidier T. etc. // Journal of Alloys and Compounds. 2007. № 434-435. Р. 682 – 685.Zhang K.M., Zou J.X., Grosdidier T. etc. Journal of Alloys and Compounds. 2007, no. 434–435, pp. 682–685.Мейснер Л.Л. // Физическая мезомеханика. 2004. Т. 7. № 2. Спец. С. 169 – 172.Meisner L.L. Mechanical and physico-chemical properties of alloys based on NiTi thin surface layers, modifi ed streams of charged particles. Fizicheskaya mezomekhanika. 2004. Vol. 7, no. 2. Spec., pp. 169–172. (In Russ.).Meisner L.L., Lotkov A.I., Mironov Yu.P., Neyman A.A. // Hindawi Publishing Corporation. Journal of Nanotechnology. 2010. Vol. 2010. P. 1 – 8.Meisner L.L., Lotkov A.I., Mironov Yu.P., Neiman A.A. Hindawi Publishing Corporation. Journal of Nanotechnology. 2010. Vol. 2010, pp. 1–8.Uglov V.V., Kuleshov A.K., Soldatenko E.A., Koval N.N., Ivanov Yu.F., Teresov A.D. // Surface and Coatings Technology. 2012. Vol. 206. № 11–12. P. 2972 – 2976.Uglov V.V., Kuleshov A.K., Soldatenko E.A., Koval N.N., Ivanov Yu.F., Teresov A.D. Surface and Coatings Technology. 2012. Vol. 206, no. 11–12, pp. 2972–2976.Grosdidier T., Zou J.X., Bolle B., Hao S.Z., Dong C. // Journal of Alloys and Compounds. 2010. Vol. 504. P. 508 – 511.Grosdidier T., Zou J.X., Bolle B., Hao S.Z., Dong C. Journal of Alloys and Compounds. 2010. Vol. 504, pp. 508–511.Нейман A.A., Мейснер С.Н., Лотков А.И., Мейснер Л.Л. Повышение микротвердости и трещиностойкости в приповерхностных слоях никелида титана путем изменения параметров электронно-пучкового воздействия // Перспективные материалы. Специальный выпуск, 19 – 22 сентября 2007, Астрахань. T. 2. С. 429 – 431.Neiman A.A., Meisner S.N., Lotkov A.I., Meisner L.L. Increase of microhardness and fracture in the surface layers of NiTi by changing the parameters of electron-beam exposure. Perspektivnye materialy. 2007. Spec. issue. Vol. 2, pp. 429–431. (In Russ.).Takayuki Yoneyama, Shuichi Miyazaki. Shape memory alloys for biomedical applications. – CRC Press, Cambridge, England, 2009. – 378 p.Takayuki Yoneyama, Shuichi Miyazaki. Shape memory alloys for biomedical applications. CRC Press, Cambridge, England, 2009. 378 p.Мейснер Л.Л., Лотков А.И., Сивоха В.П., Турова А.И., Бармина Е.Г. // Физика и химия обработки мате риа лов. 2003. № 1. С. 83 – 89.Meisner L.L., Lotkov A.I., Sivoha V.P., Turova A.I., Barmina E.G. Effects of surface modifi cation, structure and phase composition on corrosion properties of TiNi based alloys. Fizika i khimiya obrabotki materialov. 2003. Vol. 1, pp. 83–89. (In Russ.).Мейснер Л.Л., Никонова И.В., Лотков А.И., Раздорский В.В., Котенко М.В. Влияние ионно- и электронно-лучевой модификации поверхности на коррозионные свойства и биосовмести-мость никелида титана в экспериментах in vivo. Перспективные материалы. 2008. № 3. С. 15 – 27.Meisner L.L., Nikonova I.V., Lotkov A.I. Razdorskii V.V., Kotenko M.V. Effect of ion-and electron-beam surface modifi cation on the corrosion properties and biocompatibility NiTi experiments in vivo. Perspektivnye materialy. 2008, no. 3, pp. 15–27. (In Russ.).Мейснер Л.Л., Лотков А.И., Ротштейн В.П. и др. // Физика и химия обработки материалов. 2011. № 4. С. 36 – 43.Meisner L.L., Lotkov A.I., Rotshtein V.P., Mironov Yu.P., Meisner S.N. Neiman A.A. Formation of alloyed layers with nano- and submicrocrystalline structure on the surface of NiTi upon irradiation with pulsed electron beams. Fizika i khimiya obrabotki materialov. 2011, no. 4, pp. 36–43. (In Russ.).Ильиных Н.И., Куликова Т.В., Моисеев Г.К. Состав и равновесные характеристики металлических расплавов бинарных систем на основе железа, никеля и алюминия. – Екатеринбург: УрО РАН, 2006. – 235 с.Il’inyh N.I., Kulikova T.V., Moiseev G.K. Sostav i ravnovesnye kharakteristiki metallicheskikh rasplavov binarnykh sistem na osnove zheleza, nikelya i alyuminiya [Composition and equilibrium characteristics of metal melts of binary systems based on iron, nickel and aluminum]. Ekaterinburg: UrO RAN, 2006. 235 p. (In Russ.).Мейснер Л.Л., Лотков А.И., Остапенко М.Г., Гудимова Е.Ю. // Физическая мезомеханика. 2012. Т. 15. № 3. С. 79 – 89.Me isner L.L., Lotkov A.I., Ostapenko M.G., Gudimova E.Yu. Analy sis by X-ray diffraction of the gradient of the internal stresses in titanium nickelide after electron beam surface treatment. Fizicheskaya mezomekhanika. 2012. Vol. 15, no. 3, pp. 79–89. (In Russ.).Meisner L.L., Lotkov A.I., Ostapenko M.G., Gudimova E.Yu. // Appl. Surf. Science. 2013. № 280. P. 398 – 404.Meisner L.L., Lotkov A.I., Ostapenko M.G., Gudimova E.Yu. Appl. Surf. Science. 2013. Vol. 280, pp. 398–404.Сверхпроводящие соединения со структурой β-вольфрама / Л. Тестарди, М. Вегер, И. Гольдберг, Л.П. Горьков. – М.: Мир, 1977. – 435 с.Testardi L., Veger M., Gol’dberg I., Gor’kov L.P. Sverkhprovodyashchie soedineniya so strukturoi β-vol’frama [Superconducting compounds with β-tungsten structure]. Moscow: Mir, 1977. 435 p. (In Russ.).Корнилов И.И., Белоусов О.К., Качур Е.В. Никелид титана и другие сплавы с эффектом «памяти». – М.: Наука, 1977. – 177 с.Kornilov I.I., Belousov O.K., Kachur E.V. Nikelid titana i drugie splavy s effektom “pamyati”. [Titanium nikelide and other alloys with a “memory” effect]. Moscow: Nauka, 1977. 177 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.