Influence of high-dose ion implantation of NiTi equiatomic on shape memory and pseudoelastic

Abstract

This work explains the method alloying process of the TiNi thin films in addition to the shape memory properties of the TiNi thin films made by alloying the TiNi multilayer thin films. The surface layer of an equiatomic TiNi alloy, which exhibits the shape memory effect in the martensitic slate, is modified with high-dose implantation ions N⁺, Ni⁺ -N⁺, and Mo⁺ -W⁺ ions at a dose of 10¹⁷ − 10¹⁸ cm⁻² and studied by Rutherford back scattering, scanning electron microscopy, energy dispersive spectroscopy, X-ray diffraction, and by measuring the nanohardness and the elastic modulus. After double implantation ions, the hardness of the TiNi samples is 2.78 ± 0.95 GPa at a depth of 150 nm and 4.95 2.25 GPa at a depth of 50 nm; the elastic modulus is 59 GPa. The coating demonstratedthe increased corrosion resistance in acidic and alkaline media in comparison with that of the non-implanted surface. A correlation between the elemental composition, microstructure, shape memory effect, and mechanical properties of the near-surface layer in TiNi is found.

В работе предложен метод модификации свойств тонких пленок TiNi с эффектом памяти формы путем легирования и формирования многослойных пленок. Поверхностный слой эквиатомного сплава TiNi, обладающего эффектом памяти формы в мартенситной фазе, изменялся путем высокодозной имплантации ионов N⁺, Ni⁺ -N⁺ и Mo⁺ -W⁺ с дозой 10¹⁷ − 10¹⁸ см⁻² и исследовался методами Резерфордовского обратного рассеяния, сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектроскопия, дифракции рентгеновских лучей. Дополнительно измерялись нанотвердость и модуль упругости. Обнаружено, что при двойной имплантации ионов микротвердость образцов TiNi составляет 2.78 ± 0.95 ГПа на глубине 150 нм и 4.95 ± 2.25 ГПа на глубине 50 нм, а модуль упругости 59 ГПа. По сравнению с неимплантированной поверхностью покрытие обладает повышенной коррозионной стойкостью в кислых и щелочных средах. Обнаружена корреляция между элементным составом, микроструктурой и эффектом памяти формы и механическими свойствами приповерхностного слоя TiNi.

У роботізапропоновано метод модифікації властивостей тонких плівок TiNi з ефектом пам’яті форми шляхом легування та формування багатошарових плівок. Поверхневий шар еквіатомного сплаву TiNi, що має ефект пам’яті форми в мартенситній фазі, змінювався шляхом високодозної імплантації іонів N⁺, Ni⁺ -N⁺ та Mo⁺ -W⁺ з дозою 10¹⁷ − 10¹⁸ см⁻² і досліджувався методами Резерфордівського оберненого розсіювання, скануючої електронноїмікроскопії, енергодисперсійної спектроскопії, дифракції рентгенівських променів. Додатково вимірювалися нанотвердость і модуль пружності. Виявлено, що при подвійний імплантації іонів мікротвердість зразків TiNi становить 2.78 ± 0.95 ГПа на глибині 150 нм та 4.95 ± 2.25 ГПа на глибині 50 нм, а модуль пружності становить 59 ГПа. У порівнянніз неімплантірованною поверхнею покриття має підвищену корозійну стійкість у кислих і лужних середовищах. Виявлено кореляцію міжелементним складом, мікроструктурою та ефектом пам’яті форми і механічними властивостями приповерхневого шару TiNi.