Features of Formation of Surface Layers of Titanium Alloy VT6 under Conditions of N +  Ions Implantation

V. L. Vorobyov; Воробьев В. Л.; P. V. Bykov; Быков П. В.; F. Z. Gilmutdinov; Гильмутдинов Ф. З.; A. L. Ulyanov; Ульянов А. Л.; V. Ya. Bayankin; Баянкин В. Я.

doi:10.31857/S1028096023100217

Features of Formation of Surface Layers of Titanium Alloy VT6 under Conditions of N⁺ Ions Implantation

Authors: Vorobyov V.L.¹, Bykov P.V.¹, Gilmutdinov F.Z.¹, Ulyanov A.L.¹, Bayankin V.Y.¹
Affiliations:
1. Udmurt Federal Research Center, Ural Branch of the RAS
Issue: No 12 (2023)
Pages: 82-89
Section: Articles
URL: https://journals.rcsi.science/1028-0960/article/view/232225
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023100217
EDN: https://elibrary.ru/PQWWDR
ID: 232225

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

The effect of implantation of N⁺ ions on the chemical composition and atomic structure of the surface layers of titanium alloy VT6 is investigated. The accumulation of nitrogen in the surface layers up to concentrations of 30 at % and more and the formation of chemical compounds of titanium nitride TiN in the form of phase inclusions is shown. Presumably, this is due to processes of chemical nature, in particular, the chemical activity of titanium atoms, their tendency to interact with nitrogen atoms. In addition, despite the fact that in the conditions of ion bombardment, the integral oxygen concentration in the surface layers decreases due to sputtering, nevertheless, oxidation of the components of the titanium alloy VT6 is observed in deeper layers. Presumably, both oxygen from the natural oxide layer and from the residual atmosphere of the vacuum chamber, penetrating into deeper surface layers during irradiation, participate in the oxidation of titanium alloy components. The accumulation of nitrogen, the formation of titanium nitrides and the oxidation of the components of the titanium alloy VT6 indicate a significant role of chemical processes in the formation of the structural-phase state of the surface layers of titanium alloy VT6 under the conditions of implantation of N⁺ ions.

Keywords

titanium alloy VT6, implantation of N⁺ ions, titanium nitrides and oxides, X-ray photoelectron spectroscopy, chemical processes.

References

Козлов Д.А., Крит Б.А., Столяров В.В., Овчинников В.В. // Физика и химия обработки материалов. 2010. № 1. С. 50.
Комаров Ф.Ф. Ионная имплантация в металлы. М.: Энергоатомиздат, 1990. 262 с.
Jin J., Chen Y., Gao K., Huang X. // Appl. Surf. Sci. 2014. V. 305. P. 93. https://www.doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.02.174
Сунгатулин А.Р., Сергеев В.П., Федорищева М.В., Сергеев О.В. // Известия Томского политехнического университета. 2009. Т. 315. № 2. С. 134.
Братушка С.Н., Маликов Л.В. // Вопросы атомной науки и техники. 2011. № 6. С. 126.
Rautray T.R., Narayanan R., Kim K.-H. // Prog. Mater. Sci. 2011. V. 56. Iss. 8. P. 1137. https://www.doi.org/10.1016/j.pmatsci.2011.03.002
Höhl F., Berndt H., Mayr P., Stock H.-R. // Surf. Coat. Technol. 1995. V. 74. P. 765. https://www.doi.org/10.1016/0257-8972(95)08274-3
Воробьев В.Л., Быков П.В., Колотов А.А., Гильмутдинов Ф.З., Аверкиев И.К., Баянкин В.Я. // Физика металлов и металловедение. 2021. Т. 122. № 12. С. 1. https://www.doi.org/10.31857/S0015323021120135
Itoh Y., Itoh A., Azuma H., Hioki T. // Surf. Coat. Technol. 1999. V. 111. Iss. 2–3. P. 172. https://www.doi.org/10.1016/S0257-8972(98)00728-2
Thair L., Mudali U.K., Rajagopalan S., Asokamani R., Raj B. // Corrosion Sci. 2003. V. 45. Iss. 9. P. 1951. https://www.doi.org/10.1016/S0010-938X(03)00027-1
Nath V.C., Sood D.K., Manory R.R. // Surf. Coat. Technol. 1991. V. 49. Iss. 1–3. P. 510. https://www.doi.org/10.1016/0257-8972(91)90109-A
Воробьев В.Л., Гильмутдинов Ф.З., Быков П.В. и др. // Химическая физика и мезоскопия. 2018. Т. 20. № 3. С. 355.
Воробьев В.Л., Гильмутдинов Ф.З., Быков П.В. и др. // Физика металлов и металловедение. 2018. Т. 119. № 9. С. 903. https://www.doi.org/10.1134/S0015323018090140
Шелехов Е.В., Свиридова Т.А. // Металловедение и термическая обработка металлов. 2000. № 8. С. 16. https://www.doi.org/10.1007/BF02471306
Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Издание 2-е, исправленное и дополненное. Ленинградское отделение: Химия, 1978. 392 с.
Болгар А.С., Литвиенко В.Ф. Термодинамические свойства нитридов. Киев: Наук. думка, 1980. 282 с.
NIST XPS Database (2012) NIST. https://srdata.nist.gov/xps/EnergyTypeValSrch.aspx.
Нефедов В.И. Рентгеноэлектронная спектроскопия химических соединений. Справочник. М.: Химия, 1984. 256 с.
Kurdi J., Ardelean H., Marcus P., Jonnard P., Arefi-Khonsari F. // Appl. Surf. Sci. 2002. V. 189. Iss. 1–2. P. 119. https://www.doi.org/10.1016/S0169-4332(02)00017-X
Ardelean H., Petit S., Laurens P., Marcus P., Arefi-Khonsari F. // Appl. Surf. Sci. 2005. V. 243. Iss. 1–4. P. 304. https://www.doi.org/10.1016/j.apsusc.2004.09.122
Lindsay J.R., Rose H.Jr., Swartz W.E.Jr., Watts P.H., Jr., Rayburn K.A. // Appl. Spectroscopy. 1973. V. 27. Iss. 1. P. 1. https://www.doi.org/10.1366/000370273774333876
Gougousi T., Barua D., Young E.D., Parsons G.N. // Chem. Mater. 2005. V. 17. № 20. P. 5093. https://www.doi.org/10.1021/cm0510965
Liu Y., Wang D., Deng C. et al. // J. Alloys Compd. 2015. V. 628. P. 208. https://www.doi.org/10.1016/j.jallcom.2014.12.144
Vorob’ev V.L., Dobysheva L.V., Drozdov A.Yu. et al. // J. Electron Spectroscopy Related Phenomena. 2021. V. 252. P. 147124. https://www.doi.org/10.1016/j.elspec.2021.147124
Biesinger M.C., Lau Leo W.M., Gerson A.R. et al. // Appl. Surf. Sci. 2010. V. 257. Iss. 3. P. 887. https://www.doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.07.086
Idriss H. // Surf. Sci. 2021. V. 712. P. 121894. https://www.doi.org/10.1016/j.susc.2021.121894