نشریه علوم و مهندسی سطح

نشریه علوم و مهندسی سطح

نیتراسیون پلاسمایی سطح با استفاده از یون های پر انرژی نیتروژن تولید شده در دستگاه پلاسمای کانونی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
پژوهشگاه علوم وفنون هسته ای سازمان انرژی اتمی ایران پژوهشکده گداخت
چکیده
در این پژوهش تاثیر تابش یون‌های نیتروژن بر خواص سطحی و ساختار فلز تیتانیوم مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور نمونه‌های تیتانیومی در دستگاه پلاسمای کانونی 7/2 کیلوژول با یون‌های نیتروژن گسیل یافته از آن در 5، 10 و 20 تخلیه خازنی دستگاه پلاسمای کانونی مورد تابش قرار داده شد. نمونه‌ها قبل و بعد از تابش دهی تحت بررسی‌های میکروسکوپی الکترونی، میکروآنالیز و پراش پرتو ایکس قرارگرفت. نتایج نشان می‌دهد که با تابش یون‌های نیتروژن بر سطح تیتانیوم، تاول‌های متراکم و ناهمواری‌ در سطح نمونه‌ها ایجاد می‌شود که با افزایش تعداد تخلیه خازنی، تراکم و اندازه آنها افزایش می‌یابد. در سطح نمونه‌های تابش شده، نواحی کندوپاش بر اثر برخورد یون‌های پرانرژی نیتروژن و افزایش دمای سطح تیتانیوم پدید آمده است. نتایج پراش پرتو ایکس نشان می‌دهد که با تابش یون‌های نیتروژن به تیتانیوم، پیک‌های پراش پرتو ایکس دچار تغییراتی شده و مکان قله‌ها به سمت زوایای کوچکتر جابجا شده‌است؛ این امر نشان دهنده کرنش ایجاد شده در نمونه‌ها به دلیل انتقال گرمای زیاد به سطح در زمان تابش یون‌ها بوده است. علاوه براین، تابش یون‌های نیتروژن بر تیتانیوم باعث کاهش شدت قله‌ها شده است. نتایج حاصل از EDX نشان می‌دهد که با تابش یون‌های نیتروژن بر سطح تیتانیوم، به دلیل تبخیر از سر آند دستگاه پلاسمای کانونی، مقدار بسیار اندکی مس بر سطح فلز رسوب کرده است
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] R.W. Poon, J.P. Ho, X. Liu, C. Chung, P.K. Chu, K.W. Yeung, W.W. Lu, K.M. Cheung, Formation of titanium nitride barrier layer in nickel–titanium shape memory alloys by nitrogen plasma immersion ion implantation for better corrosion resistance, Thin solid films 488 (2005) 20-25.
[2] R.A. Roşu, V.-A. Şerban, A.I. Bucur, U. Dragoş, Deposition of titanium nitride and hydroxyapatite-based biocompatible composite by reactive plasma spraying, Applied Surface Science 258 (2012) 3871-3876.
[3] Y.V. Borisyuk, N. Oreshnikova, M. Berdnikova, A. Tumarkin, G. Khodachenko, A. Pisarev, Plasma nitriding of titanium alloy Ti5Al4V2Mo, Physics Procedia 71 (2015) 105-109.
[4] Y. Yoshimitsu, R. Ichiki, K. Kasamura, M. Yoshida, S. Akamine, S. Kanazawa, Atmospheric-pressure-plasma nitriding of titanium alloy, Japanese Journal of Applied Physics 54 (2015) 030302.
[5] M. Bhuyan, S. Mohanty, C. Rao, P. Rayjada, P. Raole, Plasma focus assisted damage studies on tungsten, Applied surface science 264 (2013) 674-680.
[6] M. mohammadreza Seyedhabashi, M.A. Tafreshi, S. Shafiei, A. Abdisaray, Damage study of irradiated tungsten and copper using proton and argon ions of a plasma focus device, Applied Radiation and Isotopes 154 (2019) 108875.
[7] M. mohammadreza Seyyedhabashy, M.A. Tafreshi, S. Shafiei, A. Nasiri, Damage studies on irradiated tungsten by helium ions in a plasma focus device, Nuclear Engineering and Technology 52 (2020) 827-834.
[8] S. Saw, V. Damideh, J. Ali, R. Rawat, P. Lee, S. Lee, Damage Study of Irradiated Tungsten using fast focus mode of a 2.2 kJ plasma focus, Vacuum 144 (2017) 14-20.
[9] M.M. Seyedhabashi, B. Shirani Bidabadi, M. Amirhamzeh Tafreshi, F. Seddighi, A. Nasiri, Damage studies on irradiated tungsten by helium and argon ions in a plasma focus device, Radiation Safety and Measurement 9 (2020) 1-12.
[10] M. Tafreshi, M. Habashi, B. Bidabadi, A. Abdisaray, S. Shafiei, A. Nasiri, Investigating the effects of high-energy pulsed protons on the surface and structural properties of copper and tungsten by MTPF-2 plasma focus device, Journal of Nuclear Science and Technology (JonSat) 41 (2020) 100-109.
[11] M. Sadiq, S. Ahmad, M. Shafiq, M. Zakaullah, Nitrogen ion implantation of silicon in dense plasma focus, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B: Beam Interactions with Materials and Atoms 252 (2006) 219-224.
[12] R. Rawat, W. Chew, P. Lee, T. White, S. Lee, Deposition of titanium nitride thin films on stainless steel—AISI 304 substrates using a plasma focus device, Surface and Coatings Technology 173 (2003) 276-284.
[13] N. Fani, H. Savaloni, * Investigation on the formation of titanium nitride thin films on 304 type stainless steel using plasma focus device, Journal of Theoretical and Applied Physics 6 (2012) 1-7.
[14] M. Hosseinnejad, G. Etaati, M. Ghoranneviss, M. Shirazi, Z. Ghorannevis, Structural and morphological investigations of deposited tungsten nitride thin films using plasma focus device, Journal of fusion energy 30 (2011) 382-387.
[15] M. Shirazi, M. Ghasemloo, G.R. Etaati, M.T. Hosseinnejad, M.R. Toroghinejad, Plasma focus method for growth of molybdenum nitride thin films: Synthesis and thin film characterization, Journal of Alloys and Compounds 727 (2017) 978-985.
[16] M.A. Asgarian, M.M.R. Seyedhabashi, B.S. Bidabadi, C. Rasouli, F. Sedighi, Radiation damage of tungsten surface irradiated with high-energy hydrogen and helium beams of plasma focus device, Fusion Engineering and Design 160 (2020) 112007.
[17] M. Seyedhabashi, S. Shafiei, M. Tafreshi, B.S. Bidabadi, Study of surface damage and hydrogen distribution in irradiated tungsten by protons in plasma focus device, Vacuum 175 (2020) 109249.
[18] R. Egerton, R. McLeod, F. Wang, M. Malac, Basic questions related to electron-induced sputtering in the TEM, Ultramicroscopy 110 (2010) 991-997.
[19] Y. Kudriavtsev, A. Villegas, A. Godines, R. Asomoza, Calculation of the surface binding energy for ion sputtered particles, Applied surface science 239 (2005) 273-278.
[20] A. Chamani, S.M.M. Abtahi, M.A.H. Tafreshi, M.M.R. Seyedhabashi, The comparison of the destructive effects of high energy protons produced in a plasma focus device on copper and molybdenum, Radiation Safety and Measurement 10 (2021) 19-30.
[21] V.N. Pimenov, E.V. Demina, L. Ivanov, V. Gribkov, A. Dubrovsky, U. Ugaste, T. Laas, M. Scholz, R. Miklaszewski, B. Kolman, Damage and modification of materials produced by pulsed ion and plasma streams in Dense Plasma Focus device, Nukleonika 53 (2008) 111-121.
[22] F. Sedighi, A. Kouhi, D. Iraji, C. Rasouli, B.S. Bidabadi, M.M. Seyedhabashi, H. Rasouli, Damage study and comparison the effects of high-energy pulsed-protons of plasma focus device with low-energy protons of glow discharge plasma of tokamak, Plasma Research Express 2 (2020) 035001.