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

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

High Dose Ion Implantation Into NiTi for Improvement of Pseudoplasticity and Shape Memory Effect

New investigation results of N +, Mo, W, N and Ni high dose ion implantation of 1018cm – 2 influence on alloys physical and mechanical properties are presented in this article. Increasing of alloys wear resistance by abrasion of the surface layer, increasing of nanohardness, corrosion resistance, and changes of surface NiTi morphology are obtained. The correlation between the change of the elemental composition (after implantation) and the increase in mechanical properties of the alloy is observed. In other words, a nanostructure of oxycarbides and oxynitrides is formed in the surface layer as a result of high-dose ion implantation, which improves wear resistance, corrosion resistance and nanohardness of material. At the same time, the bulk properties of NiTi after implantation (pseudoplasticity and shape memory effect) do not change, which makes ion implantation an effective tool for improvement materials properties. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/30970У статті представлені нові результати дослідження впливу високодозової іонної імплантації іонів N+, Mo, W, N та Ni дозою 1018 см – 2 на фізико-механічні властивості сплаву: збільшення зносостійкості сплаву при стиранні поверхневого шару, збільшення нанотвердості, стійкості до корозії, а також зміни морфології поверхні NiTi. Виявлено кореляцію між зміною елементного складу поверхні після імплантації і зміною механічних властивостей сплаву. Іншими словами, в результаті високодозової іонної імплантації в поверхневому шарі формується наноструктура оксикарбідів та оксинітриду, яка підвищує зносостійкість, корозійну стійкість і нанотвердість матеріалу. У той же час, об'ємні властивості NiTi (псевдопластічність і ефект пам'яті форми) після імплантації не змінюються, що дозволяє використовувати іонну імплантацію як ефективний інструмент для поліпшення властивостей матеріалів. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/30970В статье представлены новые результаты исследования влияния высокодозной ионной имплантации ионов N, Mo, W, N и Ni дозой 1018 см – 2 на физико-механические свойства сплава: увеличение износостойкости сплава при истирании поверхностного слоя, увеличение нанотвердости, устойчивости к коррозии, а также изменения морфологии поверхности NiTi. Обнаружено корреляцию между изменением элементного состава поверхности после имплантации и изменением механических свойств сплава. Иными словами, в результате высокодозной ионной имплантации в поверхностном слое формируется наноструктура оксикарбидов и оксинитридов, которая повышает износостойкость, коррозионную стойкость и нанотвердость материала. В то же время, объемные свойства NiTi (псевдопластичность и эффект памяти формы) после имплантации не меняются, что позволяет применять ионную имплантацию в качестве эффективного инструмента для улучшения свойств материалов. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3097

Influence of High Fluence Nitrogen Ion Implantation οn Pseudoelastic Behaviour of NiTi Shape Memory Alloy

An attempt to evaluate mechanical properties changes (superelastic phenomena) in the shape memory NiTi alloy (austenitic form) due to ion implantation ($N^{+}$, fluences of 1 × $10^{17}$ and 4 × $10^{18} cm^{-2}$) has been made. We applied the differential scanning calorimetry technique and spherical indentation (micro- and nanoindentation scale) test to study superelastic effect. The results of investigations of selected functional properties, i.e. characteristic temperatures, total and recovered penetration depth on the implanted and non-implanted NiTi samples are presented

Local Pseudoelastic Behaviour and Surface Characteristics of N Ion Implanted NiTi Shape Memory Alloy

The main goal of the proposed paper is to present the results of the nitrogen ion implantation effects on mechanical and corrosion properties of NiTi shape memory alloy. Local pseudoelasticity phenomena of NiTi were determined using the ultra-low load applied system. The load-penetration depth curves show that lower nitrogen fluence improves mechanical properties in the near surface layer but higher ion fluence leads to degradation of pseudoelasticity properties. Corrosion resistance of NiTi in the Ringer solution was evaluated by means of electrochemical methods. The results of potentiodynamic measurements in the anodic range for implanted NiTi indicate a decrease of passive current density range in comparison with non-treated NiTi, without any signs related to Ni release. The results of impedance measurements recorded at the corrosion potential show a capacitive behaviour for all samples without clear predominance of one of them. It can be explained by the fact that this result concerns the first stage of corrosion exposition. It is shown that nitrogen ion implantation leads to formation of modified surface of improved physicochemical properties