Зависимость структуры ионно-модифицированных слоев монокристаллов NiTi от ориентации облучаемой поверхности

Abstract

Методами оже-электронной спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии исследованы состав и структура имплантированных Si-слоев монокристаллов никелида титана, различно ориентированных относительно направления ионно-пучкового воздействия. Выявлена роль " мягкой" [111] B2 и " жесткой" [001] B2 ориентаций NiTi в формировании структуры ионно-модифицированного поверхностного слоя, а также дефектной структуры приповерхностных слоев монокристаллов. Обнаружены ориентационные эффекты селективного распыления и каналирования ионов, контролирующие состав и толщину формирующихся оксидного и аморфного слоев, глубину проникновения ионов и примесей, а также концентрационный профиль распределения Ni на поверхности. . Одним из способов модификации поверхности NiTi является ионная имплантация, поз-воляющая создавать ионно-легированные слои с высо-кой биосовместимостью, коррозионной и усталостной стойкостью и другими важными характеристиками [3,4]. Анализ литературы показывает, что наибольшее вни-мание уделяется изучению поверхностных слоев NiTi с точки зрения их функциональных свойств. В то же время ограничено число работ, в которых рассмотрены вопросы механизмов формирования сложной градиент-ной структуры ионно-модифицированных слоев. Основ-ной трудностью, возникающей перед исследователями, безусловно, является многофакторность и взаимозависи-мость явлений, одновременно происходящих в поверхно-сти материала в процессе воздействия ионами.В последнее время в связи с эксплуатацией мало-размерных систем медицинского назначения внимание исследователей привлекает фактор кристаллографиче-ской анизотропии NiTi [5][6][7][8]. Известно [9], что суще-ствуют " мягкие" (близкие к полюсу 111 ) и " жесткие" (полюс 001 ) ориентации относительно оси деформа-ции. В B2-аустените " мягкие" кристаллы отличаются от " жестких" более низкими величинами сопротивления скольжению, а в интервале мартенситных превраще-ний -величинами критического напряжения мартен-ситного сдвига. При эксплуатации текстурированных тонкостенных трубок или проволок упругопластиче-ская анизотропия может приводить к неоднородности напряженно-деформированного состояния, сильной ло-кализации деформации с последующим разрушением. При этом " слабым звеном" (в зависимости от условий эксплуатации) могут служить как наиболее трудные для деформации кристаллы [001], так и зерна типа [111] [5,6].Результаты исследований влияния ориентации кри-сталлов (зерен) NiTi на структуру и свойства моди-фицированного слоя на их поверхности носят огра-ниченный характер. Можно отметить работу [10], в которой методом дифракции обратнорассеянных элек-тронов исследована структура приповерхностных слоев поликристаллического NiTi после ионного легирова-ния Si. Обнаружена зависимость фрагментации зерен от их кристаллографической ориентации по отношению к направлению падающего пучка ионов, причем быстрее фрагментируются зерна, в которых кристаллографиче-ская ориентация семейств плотноупакованных плоско-стей {111}, {112} близка направлению ионно-пучкового воздействия. Представленные в [10] результаты по...