Рентгенодифракционные исследования структурно-фазовых состояний в поверхностных слоях никелида титана, модифицированных электронно-пучковой обработкой

Abstract

Актуальность работы обусловлена увеличивающимся интересом к использованию электронно-пучковых обработок как к средству прецизионного изменения структурно-фазовых состояний и, следовательно, свойств поверхности и поверхностных слоев металлических материалов. Цель работы: Изучить закономерности изменения структурно-фазовых состояний в поверхностных слоях никелида титана в зависимости от параметров электронно-пучковых воздействий. Методы исследования: Рентгеноструктурные исследования проведены на дифрактометре ДРОН-7 и Shimadzu XRD-6000. Для анализа фазового состава в поверхностных и более глубоких слоях использовали симметричные (Брэгга-Брентано) и асимметричные схемы съемок. Микроструктуру приповерхностных слоев образцов TiNi исследовали с использованием методов просвечивающей электронной микроскопии на микроскопе JEM 2100. Результаты: Обнаружено, что после облучения электронными пучками при плотностях энергии Е1=15, Е2=20 и Е3=30 Дж/см2 в образцах TiNi, кроме дифракционных рефлексов от фазы В2, на рентгенограммах наблюдаются рефлексы, соответствующие мартенситной фазе В19' и отсутствуют рефлексы от фазы Ti2Ni, наблюдавшиеся на рентгенограммах исходных образцов. Показано, что сформированная в модифицированном слое высокотемпературная фаза В2 обогащена титаном, по сравнению с его исходным содержанием в этой фазе до облучения. Установлено, что при использовании электронных пучков плотностями энергии Е1=15 и Е2=20 Дж/см2 мартенситная фаза В19' в модифицированном поверхностном слое образцов TiNi отсутствует, тогда как после обработки при Е3=30 Дж/см2 толщина слоя, содержащего мартенситную фазу, существенно увеличивается и включает в себя часть переплавленного электронным пучком слоя.

The relevance of the research is caused by the increasing interest to application of electron-beam treatment as a means of precise changes of structural and phase states, and the properties of the surface and the surface layers of metallic materials. The aim of the work is to study the changes of structura-phase states in the TiNi surface layers depending on the parameters of electron-beam treatment. The methods used in the study: XRD analysis was carried out on a DRON-7 and Shimadzu XRD-6000 diffractometers. The phase composition and the structure of surface and deeper layers were analyzed using X-ray diffraction in symmetric Bragg diffraction geometry (?-2?mode) and grazing incidence X-ray diffraction in asymmetric Bragg diffraction geometry with a varying incidence angle ?, which is the angle between the specimen surface plane and the direction of a primary incident X-ray beam. The microstructure of the TiNi surface layers were examined by transmission electron microscopy on a microscope JEM 2100. The results: It was found that in a TiNi specimen irradiated by a low-energy high-current electron beam with energy densities Е1=15, Е2=20 and Е3=30 J/cm2, except the reflections from B2 phase on the diffraction patterns, one can observe the reflections corresponding to the martensitic phase B19' and no reflections from the phase Ti2Ni which were observed on the diffraction patterns of the initial samples. It is shown that the B2 phase formed in the modified layer was enriched by titanium, as compared to its initial concentration in that phase before treatment. It has been established that in a TiNi specimen irradiated by a low-energy high-current electron beam with energy densities Е1=15 and Е2=20 J/cm2 there is no martensitic phase B19' in the modified surface layer. In the TiNi specimen irradiated by a low-energy high-current electron beam with energy densities Е3=30 J/cm2 the coating thickness containing martensitic phase increases considerably.