Исследование изменения электронной структуры атомов при деформации металлов и сплавов

Исследовано влияние продольно винтовой прокатки при 1000ОС сплава Ti-6Al-4V на изменение спектров упруго и дискретно рассеянных электронов. Выявлены отличия спектров упруго и дискретно рассеянных электронов, в сравнении с исходным состоянием сплава Ti-6Al-4V. Впервые зарегистрированы зависимости изменения энергии и интенсивностей спектров упруго и дискретно рассеянных электронов от угла выхода из поверхности сплава. Изменения энергии и формы спектров являются следствием изменения кристаллической структуры сплава, связанного с деформацией. Деформация ведёт к изменению параметров кристаллической решетки, перестроению положения атомов и к изменению энергетического строения верхних электронных оболочек атомов.

Введение …………………………………………………………………………… 10

1. Обзор механизма упругого и дискретного рассеяния электронов при
вторичной электронно-электронной эмиссии …………………………………. 12

1.1 Обзор механизмов вторичной электронно-электронной эмиссии ……… 12

1.2 Пример анализа спектров упруго и дискретно рассеянных электронов… 19

1.3 Исследование электронной структуры и угловых зависимостей выхода
рассеянных электронов из поверхности сплава ВТ6 ………………………….. 23

2. Исследование электронной структуры и угловых зависимостей выхода
упруго и дискретно рассеянных электронов из поверхности сплава ВТ6,
деформированного методом поперечно-винтовой прокатки при 1000С ….. 37

2.1 Материалы и методы исследования ……………………………………..… 38

2.2 Результаты исследования …………………………………………..………… 41

3. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …. 55

3.1 Предпроектный анализ ………………………………………………………. 57

3.2 Инициация проекта ………………………………………………………….. 62

3.3 Расчет научного исследования (НТИ) ……………………………………… 64

4. Социальная ответственность …………………………………………………. 76

4.1 Введение ……………………………………………………………………… 78

4.2 Правовые и организационные меры обеспечения безопасности ………… 79
4.3 Производственная безопасность ……………………………………….… 81

4.4 Электрическая безопасность ………………………………………….….. 86

4.5 Экологическая безопасность ……………………………………………… 87

4.6 Защита в чрезвычайных ситуациях ……………………………………….. 87

4.7 Заключение по разделу социальная ответственность …………………… 88

Заключение ………………………………………………………………..……… 89

Перечень публикаций …………………………………………………………… 91

Список литературных источников ……………………..……………………….93

Приложение. Раздел ВКР, выполненный на иностранном языке …………… 99

Предварительная работа продемонстрировала возможность
исследования изменений энергетических уровней электронов зоны
проводимости, валентной зоны, структурирования плазмонов и связи
изменения энергии плазмонов с изменениями мезоскопических структурных
состояний кристаллической решётки металлов и сплавов после модификации
твердого тела.
Метод электронной оже-спектроскопии начал интенсивно
использоваться в материаловедении с начала ранних 70-х годов. Диаметр
пучка сканирующей электронной пушки составлял около 0.5 мкм, – это
ограничение было обусловлено низким вакуумом в системе. Изоляция
электрических цепей от вакуумного объема осуществлялась с помощью
резиновых соединений. Система магнитной фокусировки обладает
отрицательным качеством в том плане, что в материале, из которого она
изготавливается, находится огромное количество трудно откачиваемых
скрытых полостей. Применение электростатической фокусировки было
невозможно из-за наличия пробоя вследствие низкого вакуума. С этими
ограничениями однофокусная электростатическая система для электронного
16 оже-сканирования просуществовала до 90-х годов, при этом ускоряющее
напряжение в таких приборах было 3 – 5 кэВ. Прорыв в этом направлении был
сделан в начале 90-х, когда были разработаны сканирующие электронные
пушки с двухлинзовой фокусировкой, отклоняющей системой и системой
стигматоров, совместимых со сверхвысоким вакуумом. Были созданы
керамические изоляторы, обеспечивающие сверхвысокий вакуум в системе
(Teflon и Capton), сделан переход от системы откачки с использованием
масляных насосов к турбомолекулярным и ионно-гетерным насосам. Кроме
этого, условия сверхвысокого вакуума позволили использовать
термоэмиссионные катоды с меньшей температурой накала, что
способствовало уменьшению монохроматических аберраций. Параметры
таких источников электронов стали сравнимы с параметрами традиционных
РЭМ: ускоряющее напряжение UA = 25 – 30 кэВ и dp = 30 – 100 нм.
Такие усовершенствования сделали возможным переход от
микроанализа к наноанализу в методе электронной оже-спектроскопии, в
соответствии с основными требованиями, предъявляемыми к науке о
наноэлектронике и наноструктурированных материалах. Будучи оснащенным
оборудованием для профилирования по глубине, то есть источником ионов,
метод растровой оже-микроскопии позволяет выполнять трехмерный
наноанализ [13].
Перечень публикаций

За время выполнения научно-исследовательской работы выпускник стал
соавтором 5 публикаций в российских и зарубежных изданиях:
1. Панин В.Е., Шулепов И.А., Ботаева Л.Б., Наркевич Н.А. Исследование
электронно-энергетических спектров упруго и дискретно рассеянных
электронов поверхности разрушения сплава Ti–6Al–4V после поперечно-
винтовой прокатки при температуре 1000 С/ Физическая мезомеханика 23 3
(2020) 5–14. DOI 10.24411/1683-805X-2020-13001
2. Шулепов И.А., Ломыгин А.Д., Ботаева Л.Б., Лаптев Р.С., Наркевич
Н.А., Кашкаров Е.Б., Сыртанов М.С. Исследование электронной структуры
атомов, в деформированном сплаве Ti-6Al4V при анализе спектров упруго и
дискретно рассеянных электронов // Тезисы докладов Международной
конференции «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой
иерархически организованной структурой и интеллектуальные
производственные технологии», посвященной 90-летию со дня рождения
основателя и первого директора ИФПМ СО РАН академика Виктора
Евгеньевича Панина, 5–9 октября 2020 года, Томск, Россия. – Томск:
Издательство ТГУ, 2020. – С. 477-478.https://mega.nz/file/Dup2lJAJ#r7SKxYcX-
v4Y5egTUUIkEGWjHST16StH-zvfzTTZ32U
3. Шулепов И.А., Ломыгин А.Д., Ботаева Л.Б., Лаптев Р.С., Наркевич Н.А.,
Кашкаров Е.Б., Сыртанов М.С. Исследование угловых зависимостей выхода
упруго и дискретно рассеянных электронов из деформированного сплава Ti-
6Al-4V // Тезисы докладов Международной конференции «Физическая
мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной
структурой и интеллектуальные производственные технологии»,
посвященной 90-летию со дня рождения основателя и первого директора
ИФПМ СО РАН академика Виктора Евгеньевича Панина, 5–9 октября 2020
года, Томск, Россия. – Томск: Издательство ТГУ, 2020. – С. 479-
480. https://mega.nz/file/Dup2lJAJ#r7SKxYcX-v4Y5egTUUIkEGWjHST16StH-
zvfzTTZ32U
4.I.A. Shulepov, A. D. Lomygin, L.B. Botaeva, R.S. Laptev, E.B. Kashkarov, M.S.
Syrtanov. Investigation of the electronic structure of atoms in modified metal alloys
in analysis of the elastic and discrete scattered electron spectra. // 7th International
Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE-2020 online): Abstracts.
— Tomsk. September 14–25: Publishing House of IAO SB RAS, 2020. С. 485.
https://psv4.userapi.com/c856228/u231326011/docs/d9/c89dc2b11cfc/Book_of_Ab
stracts.pdf?extra=3ffC7IexGDpEn6GnheFnLPyMwZIR4x9dkxJUAVQ3dti2qDBW
E8THsZAJ6PJ21oYJfX6skVHnfXUt2-1M_aayoGWqdySzAWS-
SNVCPcPI0sgV7urofTzcDOchviiRB3RF4n2HUvcKm5tdA
5. I.A. Shulepov, A. Lomygin, L.B. Botaeva, R.S. Laptev, E.B. Kashkarov, M.S.
Syrtanov. Investigation of the Electronic Structure of Atoms in Modified Metal
Alloys in Analysis of the Elastic and Discrete Scattered Electron Spectra //2020 7th
International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects (EFRE). – IEEE,
2020. – С. 881-885. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9242153