Effect of deformation nanostructuring on ion-beam erosion of copper

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The effect of deformation nanostructuring on ion-beam erosion of copper at high fluences of irradiation with 30 keV argon ions was experimentally studied. Deformation nanostructuring by high-pressure torsion was used to form an ultrafine grained structure with a grain size of ~0.4 µm in copper samples with an initial grain size about 2 µm. It was found that when a layer of thickness comparable to the grain size was sputtered, a steady-state cone-shaped relief was formed on the copper surface, the appearance of which did not change with increasing irradiation fluence. It has been shown that the smaller the grain size in copper, the greater the concentration and the smaller the cone height on the surface. The cone inclination angles, close to 82°, as well as the sputtering yield of 9.6 at./ion, practically does not depend on the copper grain size, the thickness of the sputtered layer, and the irradiation fluence. Calculations using the SRIM code showed that when taking into account the sputtering of atoms from the walls of the cones, the sputtering yield of a cone-shaped copper relief Үc, was 3.5 times less than the yield of a single cone, 1.2 times greater than the sputtering yield of a smooth surface, and the value of 9.25 at./ion was close to the experimentally measured one.

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Металлы с нано- и ультрамелкозернистой структурами (размер зерен менее 100 нм и 1 мкм соответственно) являются материалами-кандидатами для деталей, обращенных к плазме в термоядерном реакторе. Это обусловлено тем, что металлы с такими структурами наряду с высокими механическими свойствами способны сдерживать образование блистеров при облучении ионами гелия [1–3]. При этом материал, обращенный к плазме, должен иметь также низкий коэффициент распыления. Влияние размера зерен металлов на ионное распыление изучали в [4–8]. Значительное влияние на коэффициент распыления оказывал не только размер зерен [5, 6], но и образующийся на поверхности рельеф [8]. В [9] исследовали влияние размера зерен в хромоциркониевом медном сплаве на скорость распыления в дейтериевой плазме. Показано, что скорость распыления для образцов с размером зерен 200–300 нм в два раза выше, чем у образцов с размером зерен 35–50 мкм. В то же время в [10], где магнетронному распылению подвергались медные мишени с размером зерен 10–20 и 120–150 мкм, разница коэффициентов распыления в различных структурных состояниях не была столь значительной. Коэффициент распыления мишени с малым размером зерен всего на 4% превышал коэффициент распыления мишени с большим размером зерен. Авторы считают, что рост коэффициента распыления связан с повышенной долей границ зерен на поверхности. Увеличение скорости/коэффициента распыления для мишеней с меньшим размером зерен при распылении в плазме или магнетроном распылении может быть кажущимся и связанным с различной вторичной ионно-электронной эмиссией мишени [11]. В [12] исследовали влияние размера зерен мишени на электронную плотность в плазме при магнетронном распылении. Показано, что уменьшение размера зерен мишени приводит к увеличению электронной плотности в плазме, что, в свою очередь, повышает скорость распыления мишени с малым размером зерен. Различие электронной плотности в плазме при разном размере зерен мишени связывали в [12] с изменением коэффициента вторичной ионно-электронной эмиссии. Подобный эффект наблюдали также в [13]. В целом вопрос о влиянии размера зерен на коэффициент распыления, определение величины такого эффекта и даже факта его существования требуют проведения дополнительных исследований.

В настоящей работе экспериментально изучали влияние размера зерен поликристаллической меди на закономерности эрозии поверхности при высоких флуенсах облучения монохроматическим пучком ионов аргона с энергией 30 кэВ при необходимых и достаточных условиях для абсолютных измерений коэффициента распыления по массе образца [14, 15].

ЭКСПЕРИМЕНТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В эксперименте использовали поликристаллическую медь (99.9%). Такой выбор связан с тем, что медь можно считать эталонным материалом в экспериментальных и теоретических исследованиях распыления ионными пучками [15]. Структура исходных образцов меди была мелкозернистой с размером зерен от 0.5 до 10 мкм при среднем значении 2.5 мкм (рис. 1а, б). Для формирования ультрамелкозернистой структуры в меди использовали интенсивную пластическую деформацию – метод кручения под высоким давлением [16, 17]. Образцы были вырезаны в виде дисков диаметром 12 мм, толщиной 0.6–0.7 мм. Деформацию осуществляли на наковальнях Бридж- мена [18, 19] с углублением 0.25 мм и диаметром 12 мм в их центре. Исходные образцы размещали в углублениях наковален, после чего происходило их сдавливание. Давление в процессе деформации составляло около 6 ГПа. Скорость кручения одной из наковален относительно другой задавали равной 2 об./мин, число оборотов 10. Образцы при деформации нагревались не выше 50°C. В результате деформации были получены образцы в виде дисков диаметром 12 мм, толщиной около 0.6 мм. Структуру поверхности образцов аттестовывали с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ) Tescan Mira 3 LHM, оснащенного приставкой Channel 5 для анализа структуры в режиме детектирования обратно отраженных электронов, и рентгеновского дифрактометра Rigaku Ultima IV (CuKα-излучение). Размер зерен методом дифракции обратно отраженных электронов определяли с шагом сканирования 50 нм.

 

Рис. 1. РЭМ-изображения поверхности (а, в) и распределение размера зерен (б, г) в мелкозернистом (а, б) и ультрамелкозернистом (в, г) образцах меди.

 

Облучение образцов проводили ионами Ar+ с энергией 30 кэВ при их нормальном падении на поверхность на масс-монохроматоре НИИЯФ МГУ [14]. Перед облучением образцы подвергали механической шлифовке и полировке для придания зеркально-гладкой поверхности. Ток ионов на образец составлял около 100 мкА при плотности тока 0.3 мА/см2. В процессе облучения периодически регистрировали токи ионов и вторичных электронов для определения флуенса облучения и коэффициента ионно-электронной эмиссии. В процессе однократного облучения флуенс составлял около 3 × 1018 ион/см2. Контроль температуры осуществляли с помощью хромель-алюмелевой термопары, спай которой укрепляли на облучаемой стороне мишени вне зоны облучения. Температура образцов при однократном облучении не превышала 50°С. Образцы подвергали многократному облучению с флуенсом от 3 × 1018 до 1.5 × 1019 ион/см2.

Морфологию поверхности образцов исследовали с помощью РЭМ, а также нанотвердомера НаноСкан-3D с алмазной пирамидкой, закрепленной на пьезокерамическом зонде, в полуконтактном режиме методом сканирующей зондовой микроскопии. Коэффициент распыления определяли по изменению массы образцов (с точностью 0.01 мг) до и после облучения и флуенсу облучения.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

Интенсивная пластическая деформация мелкозернистых образцов (рис. 1а, б) методом кручения под высоким давлением 6 ГПа при 10 оборотах привела к формированию в них ультрамелкозернистой структуры (механизм измельчения зерен в металлах при деформации методом кручения под высоким давлением описан, например, в [20]). Размер зерен, определенный методом дифракции обратно отраженных электронов, составил от 50 нм до 1.2 мкм при среднем значении 450 нм (рис. 1в, г). О зеренной структуре образцов судили на основе анализа спектра границ зерен, который показал, что более 70% границ являются высокоугловыми (угол разориентации между зернами более 12°). Полученные результаты согласуются с ранее проведенными исследованиями ультрамелкозернистой меди [21].

Рентгеноструктурный анализ показал, что формирование ультрамелкозернистой структуры не привело к изменению степени кристалличности образцов меди. Вместе с тем рентгеновские пики на дифрактограмме ультрамелкозернистого образца были уширены по сравнению с мелкозернистым образцом, что свидетельствует о повышенной дефектности и меньшем размере зерен в таком образце. Размер области когерентного рассеяния в ультрамелкозернистых образцах в среднем составлял около 200 нм, в мелкозернистых – 2 мкм, что согласуется с размером зерен, определенный методом дифракции обратно отраженных электронов.

В результате облучения ионами аргона с энергией 30 кэВ и флуенсом 3 × 1018 ион/см2 на поверхности ультрамелкозернистого образца сформировался конусообразный рельеф с концентрацией конусов 108 см–2, высотой до 600 нм (рис. 2). Повышение флуенса облучения до 9 × 1018 ион/см2 не приводило к изменению формы рельефа и концентрации конусов – наблюдалась стационарность рельефа. Конусообразный рельеф поверхности ультрамелкозернистого образца формировался одинаковым образом – как при облучении изначально зеркально-гладкой поверхности, так и после многократного облучения поверхности с конусообразным рельефом.

 

Рис. 2. РЭМ-изображения ультрамелкозернистого образца после облучения ионами Ar+ с энергией 30 кэВ с флуенсом 3 × 1018 ион/см2 при угле съемки 0° (а) и 45°(б). Трехмерное изображение поверхности, полученное с помощью нанотвердомера НаноСкан-3D (в) и его профиль (г).

 

После облучения мелкозернистого образца флуенсом 3 × 1018 ион/см2 образовался рельеф поверхности с перепадом высот между зернами, с ямками травления и немногочисленными конусами (рис. 3а). Повышение флуенса до 9 × 1018 ион/см2 привело к формированию конусообразного рельефа с концентрацией конусов 106 см–2 и высотой более 5 мкм (рис. 3б). Дальнейшее увеличение флуенса до 1.5 × 1019 ион/см2 не приводило к каким-либо существенным изменениям рельефа и концентрации конусов (рис. 3в). Детальный РЭМ-анализ рельефа поверхности ультрамелкозернистого и мелкозернистого образцов показал, что конусы часто образуются на зернах, которые выступают над поверхностью, а также на уступах между зернами, т.е. на границах зерен. В целом диаметр основания и высота конусов при стационарной эрозии сопоставимы с размером зерен в образцах.

 

Рис. 3. РЭМ-изображения мелкозернистого образца после облучения ионами Ar+ с энергией 30 кэВ с различным флуенсом: а – 3 × 1018; б – 9 × 1018; в – 1.5 × 1019 ион/см2. Угол съемки 45°.

 

Причины образования конусов и механизмы их развития широко обсуждали в [15, 22–25]. Отмечалось, в частности, что структурные дефекты, например, дислокации, могут оказывать влияние на образование конусов. А именно, чем больше дислокаций, тем выше вероятность образования конусов и, соответственно, выше концентрация конусов на поверхности. В случае ультрамелкозернистого образца, полученного интенсивной пластической деформацией, плотность дислокаций ρ, оцененная по рентгеновским данным [26, 27], ρ = 3.5<ε2>1/2/Db, где <ε2>1/2 – микроискажения решетки, D – размер области когерентного рассеяния, b = 0.7а – вектор Бюргерса, а – параметр решетки, составляет ~5 × 1013 м–2, что выше не менее чем на порядок по сравнению с плотностью дислокаций в мелкозернистом образце. Однако существенное различие плотностей дислокаций в образцах не влияло на концентрацию конусов в описываемых экспериментах. Она соответствовала концентрации зерен на поверхности образцов.

На рис. 4 представлены экспериментальные значения убыли массы Δm образцов в зависимости от флуенса облучения. Убыль массы как ультрамелкозернистых, так и мелкозернистых образцов линейно увеличивается с флуенсом. Линейность свидетельствует о том, что коэффициент распыления для этих образцов остается одним и тем же. Коэффициент распыления Y определяли по убыли массы Δm образцов и флуенсу облучения Φ:

Y=∆mФNAMS, (1)

где NA – число Авогадро, M – молярная масса, S – площадь облучения. Коэффициент распыления Y для ультрамелкозернистых и мелкозернистых образцов оказался практически одним и тем же – около 9.6 ат./ион. Найденное значение Y оказалось близким к ранее измеренным коэффициентам распыления для крупнозернистой меди, облученной ионами Ar+ с энергией 30 кэВ [15, 28, 29]. Различный размер зерен в образцах не оказал заметного влияния на коэффициент распыления. Кроме этого, на величину коэффициента распыления не повлиял и различный рельеф поверхности образцов с разным размером зерен и облученных при различных флуенсах.

 

Рис. 4. Зависимость убыли массы Δm и толщины распыленного слоя Δx от флуенса облучения ультрамелкозернистых (УМЗ) (●) (размер зерен 50 нм–1.2 мкм) и мелкозернистых (МЗ) образцов (□) (размер зерен 500 нм–10 мкм).

 

Стационарный рельеф поверхности формировался при флуенсах облучения, когда толщина распыленного слоя превышала размер зерен в образцах (рис. 4). Например, размер зерен в ультрамелкозернистых образцах достигает 1 мкм; соответственно, при флуенсе 3×1018 ион/см2 и толщине распыленного слоя около 4 мкм конусообразный рельеф поверхности становится стационарным. Однако в случае мелкозернистого образца при флуенсе облучения 3 × 1018 ион/см2 такая толщина распыленного слоя недостаточна для образования стационарного рельефа, так как размер зерен в образце достигает 10 мкм. Но когда флуенс превышает 9 × 1018 ион/см2 и распыленный слой достигает толщины 10 мкм, на поверхности мелкозернистого образца также образуется стационарный конусообразный рельеф.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Эффекты нестабильности поверхности при ионном облучении приводят к тому, что во многих практических случаях происходит распыление шероховатой поверхности, даже если в начале облучения она была гладкой [30–37]. Поверхностный рельеф оказывает существенное влияние на коэффициент распыления, что связано, в частности, с формированием спектра локальных углов падения при бомбардировке шероховатой поверхности. В [38] показано, что определяющим параметром процесса распыления может служить средний угол наклона элементов поверхности, и этот параметр можно применять для широкого спектра структур на поверхности. Измеренные в настоящем эксперименте по РЭМ-изображениям средние углы θ наклона конусов на поверхности ультрамелкозернистых и мелкозернистых образцов независимо от флуенса облучения оказались практически одинаковыми, около 82° (рис. 5). Близкие углы θ, скорее всего, и стали причиной равенства коэффициентов распыления Y для образцов с разным размером зерен.

 

Рис. 5. Распределение углов наклона θ конусов для мелкозернистых (1, 2) и ультрамелкозернистых (3, 4) образцов меди, облученных при различных флуенсах: 1.5×1019 (1); 3×1018 (2); 9×1018 (3); 3×1018 см–2 (4).

 

В [39] получено сложное интегральное выражение для коэффициента распыления Y шероховатой поверхности. Однако если рассматривать поверхность, покрытую только конусами с углом наклона θ, то выражение для коэффициента Yк(θ) упрощается:

Yк(θ)=Y(θ)1-F(θ)1-R(θ), (2)

где Y(θ) и R(θ) – получаемые, например, моделированием угловые зависимости коэффициентов распыления и отражения ионов для плоской поверхности, F(θ) – доля перепыленных на стенки конусов частиц. Множитель 1 – R(θ) учитывает, что при нормальном падении все ионы участвуют в распылении, включая и отраженные от стенок конусов [31, 35].

В расчетах Yк(θ) из семейства зависимостей F(θ), представленных в [40], использовали кривую для косинусоидального распределения распыленных атомов (рис. 6). Можно видеть, например, что при углах наклона конусов θ = 82° перепыление атомов составляет F = 0.86, что уменьшает коэффициент Y на множитель 1 – F(θ) = 0.14.

 

Рис. 6. Зависимость доли перепыленных атомов F от угла наклона θ элементов шероховатой поверхности [38] и отношения размеров А = a/b.

 

На рис. 7 представлены зависимости коэффициента распыления Y(θ) и коэффициента Yк(θ) с учетом перепыления атомов и отражения ионов. Первая соответствует случаю, когда поверхность представлена в виде одиночного конуса, вторая – поверхность имеет конусообразный рельеф. Зависимости Y(θ) и R(θ) получали моделированием с помощью программы SRIM-2013 [41]. Видно, что при углах наклона конусов θ до 20° расчетные коэффициенты Y как для одиночного конуса, так и для конусообразного рельефа Yк близки. Однако при увеличении угла θ за счет усиления процесса перепыления атомов коэффициент Yк  для конусообразного рельефа начинает снижаться. При угле θ = 82° расчетный коэффициент Yк  для конусообразного рельефа составляет 9.25, что в 3.5 раза меньше, чем Y для одиночного конуса.

 

Рис. 7. Зависимость коэффициента распыления Y от угла наклона θ в случае одиночного конуса (1) и конусообразного рельефа (2) на поверхности меди при облучении ионами Ar+ с энергией 30 кэВ (пунктиром обозначен средний угол наклона конусов на рис. 5).

 

Экспериментально измеренные коэффициенты распыления Y для ультрамелкозернистых и мелкозернистых образцов, как можно видеть на рис. 8, статистически близки и составляют в среднем 9.6 ат./ион. Видно также, что экспериментально измеренный коэффициент Y близок к расчетному коэффициенту распыления Yк для конусообразного рельефа поверхности образцов. Отметим, что коэффициент Y = 9.6 ат./ион один и тот же при распылении как изначально гладкой поверхности, так и при последующем распылении шероховатой конусообразной поверхности. Расчетный коэффициент распыления гладкой поверхности в 1.2 раза меньше, чем поверхности с конусообразным рельефом.

 

Рис. 8. Зависимость коэффициента распыления Y от толщины распыленного слоя Δx для ультрамелкозернистых (●) (размер зерен 50 нм–1.2 мкм) и мелкозернистых образцов (□) (размер зерен 500 нм– 10 мкм) при облучении ионами Ar+ с энергией 30 кэВ: 1 – среднее значение из эксперимента; 2, 3 – расчетные значения для поверхности с конусами и гладкой поверхности соответственно.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Стационарный конусообразный рельеф на поверхности меди при нормальном падении ионов аргона с энергией 30 кэВ образуется при флуенсах, достаточных для распыления слоя толщиной, сопоставимой с размером зерен в металле. Концентрация и высота конусов на поверхности определяется размером зерен. Чем меньше размер зерен, тем больше концентрация и меньше высота конусов. Экспериментально измеренный коэффициент распыления меди ионами аргона с энергией 30 кэВ равен 9.6 ат./ион. Его величина практически не зависит от размера зерен, флуенса облучения и толщины распыленного слоя. От размера зерен также не зависят близкие к 82° углы наклона конусов. Коэффициент распыления поверхности, покрытой конусами с углом наклона 82°, оцененный с помощью программы SRIM, составляет 9.25 ат./ион. В случае конусообразного рельефа коэффициент распыления при учете перепыления в 3.5 раза меньше коэффициента распыления одиночного конуса и в 1.2 раза больше коэффициента распыления гладкой поверхности.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа А.М. Борисова выполнена при поддержке РНФ (грант № 21-79-30058), работа Р.Х. Хисамова и Р.Р. Мулюкова– в рамках государственного задания ИПСМ РАН. Электронно-микроскопические исследования проведены на базе ЦКП ИПСМ РАН “Структурные и физико-механические исследования материалов”.

Конфликт интересов. Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

×

About the authors

N. N. Andrianova

Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Moscow State University; Moscow Aviation Institute

Email: anatoly_borisov@mail.ru
Russian Federation, 119991, Moscow; 125993, Moscow

A. M. Borisov

Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Moscow State University; Moscow Aviation Institute; Moscow State University of Technology “STANKIN”

Author for correspondence.
Email: anatoly_borisov@mail.ru
Russian Federation, 119991, Moscow; 125993, Moscow; 127055, Moscow

M. A. Ovchinnikov

Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Moscow State University

Email: anatoly_borisov@mail.ru
Russian Federation, 119991, Moscow

R. Kh. Khisamov

Institute for Metals Superplasticity Problems, Russian Academy of Sciences

Email: anatoly_borisov@mail.ru
Russian Federation, 450001, Ufa

R. R. Mulyukov

Institute for Metals Superplasticity Problems, Russian Academy of Sciences

Email: anatoly_borisov@mail.ru
Russian Federation, 450001, Ufa

References

  1. Efe M., El-Atwani O., Guoc Y., Klenosky D.R. // Scripta Mater. 2014. V. 70. P. 31. https://doi.org./10.1016/j.scriptamat.2013.08.013
  2. Chen Z., Niu L-L., Wang Z., Tian L., Kecskes L, Zhu K., Wei Q. // Acta Mater. 2018. V. 147. P. 100. https://doi.org./10.1016/j.actamat.2018.01.015
  3. Wurmshuber M., Doppermann S., Wurster S., Jakob S., Balooch M., Alfreider M., Schmuck K., Bodlos R., Roma-ner L., Hosemann P., Clemens H., Maier-Kiener V., Kie-ner D. // Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 2023. V. 111. Р. 106125. https://doi.org./10.1016/j.ijrmhm.2023.106125
  4. Nagasaki T., Hirai H., Yoshino M., Yamada T. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2018. V. 418. P. 34. https://doi.org./10.1016/j.nimb.2017.12.023
  5. Michaluk C.A. // J. Electron. Mater. 2002. V. 31. P. 2. https://doi.org./10.1007/s11664-002-0165-9
  6. Chen J.-K., Tsai B.-H., Huang H.-S. // Mater. Trans. 2015. V. 56. P. 665. https://doi.org./10.2320/matertrans.M2014411
  7. Reza M., Sajuri Z., Yunas J., Syarif J. // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 2016. V. 114. P. 012116. https://doi.org./10.1088/1757-899X/114/1/01211
  8. Voitsenya V.S., Balden M., Bardamid A.F., Bondaren- ko V.N., Davis J.W., Konovalov V.G., Ryzhkov I.V., Skoryk O.O., Solodovchenko S.I., Zhang-jian Z. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2013. V. 302. P. 32. https://doi.org./10.1016/j.nimb.2013.03.005
  9. Belyaeva A.I., Kolenov I.V., Savchenko A.A., Galu- za A.A., Aksenov D.A., Raab G.I., Faizova C.N., Voitsenya V.S., Konovalov V.G., Ryzhkov I.V., Skorik O.A., Solodovchenko S.I., Bardamid A.F. // Probl. At. Sci. Technol. Ser. Thermonuclear Fusion. V. 34. Iss. 4. P. 50.
  10. Yang W., Zhao G., Wang Y., Wang S., Zhan S., Wang D., Bao M., Tang B., Yao L., Wang X. // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2021. V. 32. P. 26181. https://doi.org./10.1007/s10854-021-06645-4
  11. Depla D. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2014. V. 328. P. 65. https://doi.org./10.1016/j.nimb.2014.03.001
  12. Raggl S., Postler J., Winkler J., Strauss G., Feist C., Plankensteiner A., Eidenberger-Schober M., Scheier P. // J. Vac. Sci. Technol. A. 2017. V. 35. P. 061308. https://doi.org./10.1116/1.4996074
  13. Wang S.-K., Yang W-H., Wang Y.-P., Zhao G-H., Zhan S-S., Wang D., Tang B., Bao M.-D. // Vacuum. 2022. V. 201. P. 111083. https://doi.org./10.1016/j.vacuum.2022.111083
  14. Mashkova E.S., Molchanov V.A. Medium-Energy Ion Reflection from Solids. Amsterdam: North-Holland, 1985. 444 p.
  15. Behrish R., Eckstein W. Sputtering by Particle Bombardment. Berlin–Heidelberg: Springer-Verlag, 2007. 509 p. https://doi.org./10.1007/978-3-540-44502-9
  16. Smirnova N.A., Levit V.I., Pilyugin V.P. et al. // Phys Met. Met. 1986. V. 61. P. 1170.
  17. Nazarov A.A., Mulyukov R.R. Nanostructred Materials. // Handbook of NanoScience. Engineering and Technology. Boca Raton: CRC Press, 2002. P. 22. https://doi.org./10.1201/9781420040623
  18. Markushev M.V., Avtokratova E.V., Krymskiy S.V., Tereshkin V.V., Sitdikov O.Sh. // Lett. Mater. 2022. V. 12. Iss. 4s. P. 463. https://doi.org./10.22226/2410-3535-2022-4-463-468
  19. Khisamov R.Kh., Khalikova G.R., Kistanov A.A., Korznikova G.F., Korznikova E.A., Nazarov K.S., Sergeev S.N., Shayakhmetov R.U., Timiryaev R.R., Yumaguzin Yu.M., Mulyukov R.R. // Continuum Mech. Thermodyn. 2023. V. 35. P. 1433. https://doi.org./10.1007/s00161-022-01145-0
  20. Sun M., Ding C., Xu J., Shan D., Guo B., Langdon T.G. // Crystals. 2023. V. 13. P. 887. https://doi.org./10.3390/cryst13060887
  21. Zhilyaev A.P., Sergeev S.N., Langdon T.G. // J. Mater. Res. Technol. 2014. V. 3. P. 338. https://doi.org./10.1016/j.jmrt.2014.06.008
  22. Auciello O. // J. Vac. Sci. Technol. 1981. V. 19. P. 841. https://doi.org./10.1116/1.571224
  23. Carter G., Nobes M.J., Whitton J.L. // Appl. Phys. A. 1985. V. 38. P. 77. https://doi.org./10.1007/BF00620458
  24. Begrambekov L.B., Zakharov A.M., Telkovsky V.G. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1996. V. 115. P. 456. https://doi.org./10.1016/0168-583X(95)01514-0
  25. Brackmann V., Hoffmann V., Kauffmann A., Helth A., Thomas J., Wendrock H., Freudenberger J., Gemming T., Eckert J. // Mater. Charact. 2014. V. 91. P. 76. https://doi.org./10.1016/j.matchar.2014.02.002
  26. Westmacott K.H., Smallman R.E. // Phill. Mag. 1956. V. 1. P. 34. https://doi.org./10.1080/14786435608238074
  27. Khisamov, R.K., Nazarov, K.S., Zubairov L.R.,Naza-rov A.A., Mulyukov R.R., Safarov I.M., Sergeev S.N., Musabirov I.I., Phuong D.D., Trinh P.V., Luan N.V., Minh P.N., Huan N.Q. // Phys. Solid State. 2015. V. 57. P. 1206. https://doi.org./10.1134/S1063783415060177
  28. Жукова Ю.Н., Машкова Е.С., Молчанов В.А., Сотников В.М., Экштайн В. // Изв. АН. Сер. физ. 1994. Т. 58. № 3. С. 92.
  29. Андрианова Н.Н., Борисов А.М., Машкова Е.С., Немов А.С. // Поверхность. 2005. № 3. C. 79.
  30. Chan W.L., Chason E. //J. Appl. Phys. 2007. V. 101. P. 121301. https://doi.org./10.1063/1.2749198
  31. Littmark U., Hofer W.O. // J. Mater. Sci. 1978. V. 13. P. 2577. https://doi.org./10.1007/BF00552687
  32. Kustner M., Eckstein W., Dose V., Roth J. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 1998. V. 145. P. 320. https://doi.org./10.1016/S0168-583X(98)00399-1
  33. Makeev M.A., Barabasi A.-L. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2004. V. 222. P. 316. https://doi.org./10.1016/j.nimb.2004.02.027..
  34. Stadlmayr R., Szabo P.S., Berger B.M., Cupak C., Chiba R., Blöch D., Mayer D., Stechauner B., Sauer M., Foelske-Schmitz A., Oberkofler M., Schwarz-Selin- ger T., Mutzke A., Aumayr F. // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. B. 2018. V. 430. P. 42. https://doi.org./10.1016/j.nimb.2018.06.004
  35. Shulga V.I. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotron Neutron Tech. 2020. V. 14. P. 1346. https://doi.org./10.1134/S1027451020060440
  36. Borisov A.M., Mashkova E.S., Ovchinnikov M.A., Khisamov R.K., Mulyukov R.R. // J. Surf. Invest.: X-Ray, Synchrotron Neutron Tech. 2021. V. 15. P. S66. https://doi.org./10.31857/S1028096022030062
  37. Borisov A.M., Mashkova E.S., Ovchinnikov M.A., Khisamov R.K., Mulyukov R.R. // Tech. Phys. Lett. 2022. V. 48. Iss. 6. P. 55. https://doi.org./10.21883/TPL.2022.06.53792.19146
  38. Cupak C., Szabo P.S., Biber H., Stadlmayr R., Grave C., Fellinger M., Brötzner J., Wilhelm R.A., Möller W., Mutzke A., Moro M.V., Aumayr F. // Appl. Surf. Sci. 2021. V. 570. P. 151204. https://doi.org./10.1016/j.apsusc.2021.151204
  39. Szabo P.S., Cupak C., Biber H., Jaggi N., Galli A., Wurz P., Aumayr F. // Surf. Interfaces. 2022. V. 30. P. 101924. https://doi.org./10.1016/j.surfin.2022.101924
  40. Diddens C., Linz S.J. // Eur. Phys. J. B. 2015. V. 88. P. 190. https://doi.org./10.1140/epjb/e2015-60468-7
  41. Ziegler J.F., Biersack J.P. SRIM, 2013. http://www.srim.org

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. SEM images of the surface (a, c) and grain size distribution (b, d) in fine-grained (a, b) and ultrafine-grained (c, d) copper samples.

Download (839KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. SEM images of an ultrafine-grained sample after irradiation with Ar+ ions with an energy of 30 keV with a fluence of 3 × 1018 ions/cm2 at a shooting angle of 0° (a) and 45°(b). A three-dimensional image of the surface obtained using the NanoScan-3D nanohardomer (c) and its profile (d).

Download (788KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. SEM images of a fine-grained sample after irradiation with Ar+ ions with an energy of 30 keV with different fluence: a – 3 × 1018; b – 9 × 1018; c – 1.5 × 1019 ion/cm2. The shooting angle is 45°.

Download (624KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Dependence of the decrease in mass Δm and the thickness of the sprayed layer Δx on the irradiation fluence of ultrafine–grained (UMZ) (●) (grain size 50 nm-1.2 microns) and fine-grained (MZ) samples (🞐) (grain size 500 nm–10 microns).

Download (237KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Distribution of the angles of inclination of the cones for fine-grained (1, 2) and ultrafine-grained (3, 4) copper samples irradiated at various fluences: 1.5×1019 (1); 3×1018 (2); 9×1018 (3); 3×1018 See-2 (4).

Download (195KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Dependence of the fraction of dusty atoms F on the angle of inclination of the elements of the rough surface [38] and the size ratio A = a/b.

Download (103KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dependence of the sputtering coefficient Y on the angle of inclination θ in the case of a single cone (1) and a cone-shaped relief (2) on the copper surface when irradiated with Ar+ ions with an energy of 30 keV (the dotted line indicates the average angle of inclination of the cones in Fig. 5).

Download (131KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Dependence of the sputtering coefficient Y on the thickness of the sprayed layer Δx for ultrafine–grained (●) (grain size 50 nm-1.2 microns) and fine-grained samples (🞐) (grain size 500 nm– 10 microns) when irradiated with Ar+ ions with an energy of 30 keV: 1 – the average value from the experiment; 2, 3 – calculated values for a surface with cones and a smooth surface, respectively.

Download (78KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».