Метод позитронной аннигиляционной спектроскопии в исследованиях дефектов, возникающих при механической обработке поверхности
Знания о том, как воздействуют на поверхность материала разные методы обработки, необходимы для того, чтобы изготавливать более качественные детали для станков, зубные протезы и многое другое. В ОИЯИ был проведен цикл исследований влияния параметров обработки на структуру дефектов. Были получены данные о том, какие дефекты образуются под поверхностью в так называемой приповерхностной области при абразивной и скользящей обработке. В конечном счете эти данные могут влиять на коррозионную и радиационную стойкость материала. Исследования проводились методом позитронной аннигиляционной спектроскопии в сотрудничестве с научными организациями России и Польши.
Позитронная аннигиляционная спектроскопия является высокочувствительным неразрушающим методом исследования структурных дефектов в твердых телах, включая наноматериалы. В этом методе высокоэнергетические позитроны испускаются радиоактивным источником, после чего их направляют в вещество, где позитрон, встречаясь со своей античастицей электроном, аннигилирует с выделением гамма-квантов, которые регистрируются в детекторе гамма-квантов. Дефекты материала выявляют по изменению скорости аннигиляции позитронов.
За цикл работ «Метод позитронной аннигиляционной спектроскопии в исследованиях дефектов, возникающих при механической обработке поверхности» коллектив авторов в составе: Кшиштоф Семек (ИЯФ ПАН, Краков, Польша), Павел Хородек (ИЯФ ПАН), Ежи Дрызек (ИЯИ ПАН, Краков, Польша), Марат Есеев (САФУ, Архангельск), Мирослав Врубель (Горно-металлургическая академия Научно-технического университета, Краков, Польша) — был удостоен второй премии ОИЯИ за 2021 г. в номинации «Научно-методические и научно-технические работы». Работы цикла были проведены в Лаборатории ядерных проблем им. В. П. Джелепова ОИЯИ.
Об исследовании рассказал один из участников, в недавнем прошлом начальник Сектора электронного охлаждения ЛЯП ОИЯИ Кшиштоф Семек.
«Механическая обработка поверхности: абразивная обработка, резание, скользящая обработка и обработка на станке – изменяет микроструктуру материала на самой поверхности и под ней. Приповерхностный слой имеет физические и механические свойства, отличные от свойств внутреннего объема материала. При обработке поверхности возникает нескольких типов структурных повреждений с неизвестной зоной распределения и глубиной. Дефекты приводят к изменению прочности, упругости и микротвердости материала; с ними же может быть связана и коррозия. Кроме того, быстрый износ материала, начинающийся на атомарном уровне, может повлиять на срок службы детали», — сообщил он и добавил, что исследования приповерхностной области обычно проводятся с помощью стандартных инженерных методик, таких как тестирование на микротвердость, а также других аналитических способов, например, электронной микроскопии или рентгенографии. Однако при обработке поверхностей возникают пластические деформации и появляются структурные дефекты, которые по большей части не обнаруживаются стандартными методами. Эти пустоты и их скопления выявляет позитронная аннигиляционная спектроскопия.