Способ изменения физических свойств металлов

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в создании защиты от гамма-радиации. Способ предусматривает имплантацию металла тяжелыми ионами инертных элементов и последующую деформацию сильным магнитным полем напряженностью не менее 20 Тл и длительностью импульса 10^-4-10^-5c.

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано в создании защиты от гамма-радиации экстремальных характеристик.

Известен способ изменения физических свойств металлов литьем под давлением (ВИНТИ N РЖ 88.4Д479 "Прочность конструкций и материалов (выпуск свободного тома)". Отмечено, что литье под давлением уменьшает пористость и повышает механические свойства материала.

Недостатком этого способа является невозможность использования материалов, полученных таким образом, в радиационной защите из-за недостаточно высоких энергий деформации, исключающий возможность воздействия на структуры глубокого уровня (электронные подсистемы).

Известен способ магнитного воздействия на поверхность металла, т.е. способ магнитной закалки, принятый за прототип ("Письма в ЖЭТФ", 1981, т. 33, N 5, с. 282). Этот способ заключается в деформировании магнитным полем поверхностных слоев металла. Эта деформация способна менять в основном механические свойства металла и недостаточна для воздействия на структуры глубокого уровня, т.е. электронные подсистемы.

Целью изобретения является создание металла, обладающего защитными свойствами во внешних гамма-радиационных полях. Поставленная цель достигается тем, что в способе изменения физических свойств металла перед деформацией магнитным полем проводят поверхностную имплантацию металла тяжелыми ионами инертных элементов, а деформацию проводят в сильном импульсном магнитном поле напряженностью не менее 20 тесла и длительностью импульса 10^-4-10^-5 с.

Как показал анализ патентной и научно-технической литературы, благодаря приведенной совокупности отличительных признаков, у заявленного технического решения появляется новое неизвестное ранее свойство, ведущее к достижению положительного эффекта, указанного в цели изобретения.

Эффективность заявляемого способа достигается следующим образом. Под действием имплантации происходит разрушение кристаллической решетки и поляризация приповерхностных объемов. Это обусловливает эффективное взаимодействие с импульсным магнитным полем. Активация при коротких импульсах надежно подавляет переносные движения в пользу вращательно-колебательных, сопровождается развитием сильных ударных волн, необходимо сжимающих атомные объемы.

Глубокая активация обязательно связана с перегруппировкой электронов в атомных объемах, нетепловая природа которых определит высокие термодинамическую и динамическую стабильности в экстремальных импульсных полях. Но для этого нужны высокие уровни энергоподвода. Им могут отвечать только магнитные воздействия, в десятки и сотни раз отличающиеся от других приемов по плотности энергонакопления. Кроме того, их природа более всего соответствует природе межатомных взаимодействий в активных средах и тем самым гарантирует высокую селективность структурных перестроек, аномальность пересыщения активируемых твердых растворов и, соответственно, высокие уровни наводимой активности.

Таким образом, магнитная активация путь к получению качественно новых результатов, т. е. к возникновению защитных функций в процессе гамма-импульсного воздействия. При напряженности магнитного поля меньше 20 тесла среду невозможно активировать должным образом, так как нет возможности воздействовать на электронные подсистемы. Верхняя граница напряженности магнитного поля определяется пределом разрушения, который в зависимости от материала лежит в пределах 1500-2000 тесла. Минимальная длительность импульса определяется существующими техническими средствами. При длительности импульса, превышающей 10^-4 с. происходит рассеивание энергии. При длительности импульса, превышающей 10^-4 с. происходит рассеивание энергии. Недостача энергии, в свою очередь, не позволяет достичь нужных структурных уровней.

Для выполнения способа был использован образец из вольфрама диаметром 18 мм и толщиной 7,6 мм. На ионно-лучевой установке ИЛУ-3 в торцевые поверхности этого образца имплантировались ионы ксенона. (Помимо ксенона могут быть использованы ионы аргона, криптона). Энергия имплантации составляла 50 кэВ, а ионная доза 10¹⁷ см^-2. Деформацию образца осуществляли сильным импульсным магнитным полем напряженностью 100 тесла в течение 10^-5 с. (Такие импульсные поля создаются в установках плазменного фокуса. Хотя обрабатываемая поверхность нагревается при этом примерно до 1000^оС, влиянием разогрева на формируемые в импульсе активные структуры можно пренебречь.

Под действием указанного магнитного поля создается сверхвысокое давление около 10⁵ атм, в результате чего образуется активный слой около 10 мкм. После магнитной активации защитные функции металла в процессе гамма-импульсного воздействия возрастают.

Так, например, при воздействии на предварительно активированный образец импульсного гамма-поля с параметрами τ_γ 10^-9 с. Е_γ 2 Мэв, D_γ= 10¹³ р/с, кратность ослабления гамма-излучения в активном десятимикронном слое возрастает в 1,4 раза.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕНЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ путем деформирования магнитным полем, отличающийся тем, что перед деформацией проводят поверхностную имплантацию металла тяжелыми ионами инертных элементов, а для деформации используют сильное импульсное магнитное поле напряженностью не менее 20 Тл и длительностью импульса 10^-4 10^-5 с.