Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2024, № 2

Р о сс и й с к а я а к а д е м и я  н а у к
П О В Е Р Х Н О С Т Ь
Р Е Н Т Г Е Н О В С К И Е, С И Н Х Р О Т Р О Н Н Ы Е 
И Н Е Й Т Р О Н Н Ы Е И С С Л Е Д О В А Н И Я
№ 2      
2 0 2 4      Фе в р а ль
Жу р н а л о с н о в а н в 1 9 8 2 г о д у 
В ы х о д ит 12 р аз в г о д
I S S N: 1 0 2 8- 0 9 6 0 
Из д ае тс я п о д ру ко в о дс т в о м 
О т де ле н и я ф из и чес к и х н ау к Р А Н
Гл ав н ы й ред а к т о р
Ч л е н- к о р р е с п о н д е нт Р А Н А. А. Л е в ч е н к о
Ре д а к ц и о н н а я к о л лег и я:
Г. Е. А б р о с и м о в а, д. ф.- м. н. ( з а мес т и те ль г л а в н ог о ре д а к т о р а); В. Ю. А р и ст о в, д. ф.- м. н.; 
А. С. А р о н и н, д. ф.- м. н.; А. В. Бе л у ш к и н, д. ф.- м. н., ч ле н- к о р р. Р А Н; В. А. Б у ш уе в, д. ф.- м. н.;
Н. В. В о л к о в, д. ф.- м. н.; А. Э. В о л о ш и н, д. ф.- м. н.; С. В. Гр иг о р ь е в, д. ф.- м. н.;
В. П. Д м ит р и е в, д. ф.- м. н.; А. П. З а х а р о в, д. ф.- м. н.; В. М. К а н е в с к и й, д. ф.- м. н.;
М. В. К о в а л ь ч у к, д. ф.- м. н., ч л е н- к о р р. Р А Н; Д. П. К оз л е н к о, д. ф.- м. н.;
О. В. К о н о в а л о в, к. ф.- м. н.; С. В. К о н о в а л о в, д.т. н.; 
Э. А. К о пт е л о в, д. ф.- м. н. ( з а мес т и те ль г л а в н ог о ре д а к т о р а);
Е. С. К л е м е нт ь е в, к. ф.- м. н. ( о т ве тс т ве н н ы й се к ре т а рь ); А. А. Л е б е д е в, д.т. н.; 
Д. В. Р о щ у п к и н, д. ф.- м. н.; А. В. С о л д ат о в, д. ф.- м. н.; В. Г. Ст а н ке в и ч, д. ф.- м. н.; 
Д. Ю. Ч е р н ы ш о в, к. ф.- м. н.; Н. И. Ч х а л о, д. ф.- м. н.; Xiz h a n g C h e n, P h D
Ред а к ц и о н н ы й с о вет:
П р е д се дате л ь: В. А. Мат в ее в, д. ф.- м. н., а ка де м и к Р А Н;
В. Л. А кс е н о в, д. ф.- м. н. ч л е н- к о р р. Р А Н; Ю. А. В л а д и м и р о в, д. б. н., а к а д е м и к Р А М Н; 
О. Д. Д а л ь к а р о в, д. ф.- м. н.; В. В. К в е д е р, д. ф.- м. н., а к а д е м и к Р А Н;
Г. Н. Ку л и па н о в, д. ф.- м. н., а ка де м и к Р А Н; И. Г. Не из в е ст н ы й, д. ф.- м. н. ч ле н- к о р р. Р А Н; 
Н. Н. С а л а щ е н к о, д. ф.- м. н., ч л е н- к о р р. Р А Н; Э. В. С у в о р о в, д. ф.- м. н.
З а ве ду ю щ а я ре д а к ц ие й Н. В. Е р е м е н к о
Н ау ч н ые ре д а к т о р ы: Н. Е. Н о в и к о в а, О. Н. Х р ы к и н а
А д рес ре д а к ц и и: М о с к в а, у л. Б ут л е р о в а, 17а
Теле ф о н: + 7 ( 4 9 9) 7 4 3- 0 0- 3 2
E- m ail: s urf @ cr ys.r as.r u
I N T E R N E T: htt p:// w w w.iss p. a c.r u/j o ur n al/s urf a ce/
М о с к в а 
Ф Г Б У « Из д а т е л ь с т в о « Н а у к а »
© Р о с с и й с к а я а к а д е м и я н а у к, 2 0 2 4
© Р е д к о л л ег и я ж у р н а л а « П о в е р х н о ст ь. 
Р е нтг е н о в с к и е, с и н х р от р о н н ы е и н е й р о н н ы е   
и с с л е д о в а н и я » ( с о ст а в ит е л ь), 2 0 2 4

СОДЕРЖАНИЕ
Номер 2, 2024
Комплексное модифицирование поверхностного слоя высокоэнтропийного сплава Al–Cr–Fe–Co–Ni 
электронно-ионно-плазменной обработкой
Ю. Ф. Иванов, М. О. Ефимов, А. Д. Тересов, В. Е. Громов, Ю. А. Шлярова, И. А. Панченко
3
Влияние термического воздействия на изменение химического состава поверхностных слоев 
титанового сплава, с напыленной пленкой углерода, после облучения ионами N+
В. Л. Воробьёв, П. В. Быков, Ф. З. Гильмутдинов, В. Я. Баянкин, И. Г. Поспелова, В. Ф. Кобзиев
11
Калориметрические и объемометрические исследования дислокаций при мартенситных превращениях 
в сплаве TiNi с памятью формы
Ю. С. Нечаев, Е. А. Денисов, Н. А. Шурыгина, С. И. Синева, А. А. Мисоченко, В. В. Столяров
18
Взаимодействие атомов титана с поверхностью совершенных и дефектных углеродных нанотрубок
С. А. Созыкин, В. П. Бескачко
26
Энергетические барьеры для перемагничивания атомных цепочек из Co на поверхности Pt(664) 
с учетом взаимодействия Дзялошинского–Мория
С. В. Колесников, Е. С. Сапронова
36
Зависимость параметров роста атомных цепочек от характера изменения температуры подложки
А. Г. Сыромятников, С. А. Кудряшов, А. Л. Клавсюк, А. М. Салецкий
44
Моделирование диффузии атома меди на графене методом молекулярной динамики
С. В. Худяков, С. В. Колесников, А. М. Салецкий
48
Влияние температуры на величину межслоевого обменного взаимодействия в гетероструктуре Co/Pd/Co
И. В. Шашков, Ю. П. Кабанов, Р. С. Евстигнеев, В. С. Горнаков
54
Влияние постоянного магнитного поля на параметры магнитопластического эффекта 
в алюминиевом сплаве В95пч
Ю. В. Осинская, С. В. Воронин, С. Р. Макеев, И. И. Левин
60
К теории рентгеновской дифракционной томографии кристаллов с наноразмерными дефектами
В. А. Григорьев, П. В. Конарев, Ф. Н. Чуховский, В. В. Волков
68
Анализ структуры композита Nb5Si3/NBC/NbSi2 методами электронной микроскопии
 Р. М. Никонова, Н. С. Ларионова, В. И. Ладьянов
74
Манганитные гетероструктуры: SrIrO3/La0.7Sr0.3MnO3и Pt/La0.7Sr0.3MnO3 для возбуждения 
и регистрации спинового тока
Г. А. Овсянников, К. И. Константинян, Г. Д. Ульев, А. В. Шадрин, П. В. Лега, А. П. Орлов
81
Подготовка экспериментов по выращиванию кристаллов теллурида цинка–кадмия 
в условиях микрогравитации
А. С. Ажгалиева, Е. Б. Борисенко, Д. Н. Борисенко, А. Е. Бурмистров, Н. Н. Колесников, 
А. В. Тимонина, А. С. Сенченков, Т. Н. Фурсова, О. Ф. Шахлевич
89
Эффект дальнодействия при модификации приповерхностных слоев образцов WC–Co 
импульсным ионным пучком
А. И. Пушкарев, Ю. И. Егорова, С. С. Полисадов
94
Исследование влияния дефокусировки на интерференционных картинах, 
полученных в рентгеновских трехблочных интерферометрах
Г. Р. Дрмеян, М. С. Василян
101
Квантовый размерный эффект блоховских волновых функций электронов сверхвысокой энергии 
в тонкой монокристаллической пленке
С. М. Шкорняков
108

Contents
No. 2, 2024
Complex Modification of the Surface Layer of a High-Entropy Al-Cr-Fe-Co-Ni Alloy 
by Electron-Ion-Plasma Treatment
Yu. F. Ivanov, M. O. Efimov, A. D. Teresov, V. E. Gromov, Yu. A. Shliarova, I. A. Panchenko
3
The Effect of Thermal Action on the Change in the Chemical Composition of the Surface Layers 
of a Titanium Alloy, with a Sprayed Carbon Film, after Irradiation with N+ Ions
V. L. Vorobyov, P. V. Bykov, F. Z. Gilmutdinov, V. Ya. Bayankin, I. G. Pospelova, V. F. Kobziev
11
Calorimetric and Volumetric Studies of Dislocations During Martensitic Transformations in Shape 
Memory TiNi Alloy 
Yu. S. Nechaev, E. A. Denisov, N. A. Shurygina, S. I. Sineva, A. A. Misochenko, V. V. Stolyarov
18
Interaction of Titanium Atoms with the Surface of Perfect and Defective Carbon Nanotubes
S. A. Sozykin, V. P. Beskachko
26
Energy Barriers for the Spontaneous Magnetization Reversal of the Atomic Co Chains on Pt (664) 
Surface in the Model with Dzyaloshinskii–Moriya Interaction
S.V. Kolesnikov, E.S. Sapronova
36
Dependence of Growth Parameters of Atomic Chains on Changes in the Substrate Temperature
A. G. Syromyatnikov, S. A. Kudryashov, A. L. Klavsyuk, A. M. Saletsky
44
Simulation of the Diffusion of Copper Atom on Graphene by Molecular Dynamics
S. V. Khudyakov, S. V. Kolesnikov, A. M. Saletsky
48
Temperature Effect on the Interlayer Exchange Interaction in a Co/Pd/Co Heterostructure
I. V. Shashkov, Yu. P. Kabanov, R. S. Evstigneev, V. S. Gornakov
54
Influence of a Constant Magnetic Field on the Parameters of the Magnetoplastic Effect in Aluminum 
Alloy B95pch
J. V. Osinskaya, S. V. Voronin, S. R. Makeev, I. I. Levin
60
Towards to Theory of the X-ray Diffraction Tomography of Crystals with Nano Sized Defects
V. A. Grigorev, P. V. Konarev, F. N. Chukhovskii, V. V. Volkov
68
Electron Microscopic Analysis of the Nb5Si3/NBC/NbSi2 Composite Structure
R. M. Nikonova, N. S. Larionova, V. I. Lad’yanov
74
Manganite Heterostructures: SrIrO3/La0.7Sr0.3MnO3 and Pt/ La0.7Sr0.3MnO3 for Generation 
and Registration of Spin Current
G. A. Ovsyannikov, K. I. Constantinian, G. D. Ulev, A. V. Shadrin, P. V. Lega, A. P. Orlov
81
Preparation of Experiments on Growing Zinc–Cadmium Telluride Crystals in Microgravity
А. S. Аzhgalieva, Е. B. Borisenko, D. N. Borisenko, А. Е. Burmistrov, N. N. Кolesnikov, 
А. V. Тimonina, А. S. Senchenkov, Т. N. Fursova, О. F. Shakhlevich
89
Effect of Long-Range Interaction in the Modification of Surface Layers of WC–Co Samples by 
an Pulsed Ion Beam
A. I. Pushkarev, Yu. I. Egorova, S. S. Polisadov
94
Investigation of the Effect of Defocusing on Interference Patterns Obtained in X-Ray Three-Block Interferometers
H. R. Drmeyan, M. S. Vasilyan
101
Quantum Size Effect of Bloch Wave Functions of Ultra-High Energy Electrons in a Thin Single-Crystal Film
S. M. Shkornyakov
108

ПОВЕРХНОСТЬ.  РЕНТГЕНОВСКИЕ,  СИНХРОТРОННЫЕ  И  НЕЙТРОННЫЕ  ИССЛЕДОВАНИЯ,  2024,  № 2,  c. 3–10
УДК 536.425:539.25:539.351
КОМПЛЕКСНОЕ МОДИФИЦИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ 
ВЫСОКОЭНТРОПИЙНОГО СПЛАВА Al–Cr–Fe–Co–Ni  
ЭЛЕКТРОННО-ИОННО-ПЛАЗМЕННОЙ ОБРАБОТКОЙ
©   2024 г.    Ю. Ф. Ивановa, *, М. О. Ефимовb, А. Д. Тересовa, В. Е. Громовb, **,  
Ю. А. Шляроваb, И. А. Панченкоb
aИнститут сильноточной электроники СО РАН, Томск, 634055 Россия  
bСибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк, 654007 Россия 
*e-mail: yufi55@mail.ru 
**e-mail: gromov@physics.sibsiu.ru
Поступила в редакцию 21.07.2023 г.  
После доработки 22.09.2023 г.  
Принята к публикации 22.09.2023 г.
Используя технологию проволочно-дугового аддитивного производства (WAAM – wire arc additive 
manufacture), был изготовлен высокоэнтропийный сплав неэквиатомного состава Al, Cr, Fe, Co, Ni. 
Методами современного физического материаловедения выполнен анализ элементного и фазового 
состава, дефектной субструктуры, механических и трибологических свойств поверхностного слоя 
высокоэнтропийного сплава, сформированного в результате комплексного модифицирования, 
сочетающего напыление пленки (B + Cr) и облучение импульсным электронным пучком в среде 
аргона. В исходном состоянии сплав имеет простую кубическую решетку с параметром решетки 
0.28795 нм, средний размер зерна высокоэнтропийного сплава составляет 12.3 мкм. Химические 
элементы (ат. %) 33.4 Al; 8.3 Сr, 17.1 Fe, 5.4 Co, 35.7 Ni, формирующие высокоэнтропийный 
сплав, распределены квазипериодически. Выявлен режим облучения (плотность энергии 
пучка электронов ES = 20 Дж/см2, длительность импульса – 200 мкс, число импульсов – 3 имп., 
частота – 0.3 с–1), позволяющий повысить микротвердость (почти в два раза) и износостойкость 
(более чем в пять раз), снизить коэффициент трения в 1.3 раза. Независимо от величины ES
высокоэнтропийный сплав является однофазным материалом, имеет простую кубическую 
кристаллическую решетку. Высокоскоростная кристаллизация поверхностного слоя приводит 
к формированию субзеренной структуры (150–200) нм. Показано, что увеличение прочностных 
и трибологических свойств высокоэнтропийного сплава обусловлено существенным (в 4.5 раза) 
снижением среднего размера зерна, формированием частиц оксиборидов хрома и алюминия, 
внедрением атомов бора в кристаллическую решетку ВЭС.
Ключевые слова: высокоэнтропийный сплав, Al–Cr–Fe–Co–Ni, аддитивная технология, система 
пленка/подложка, электронно-ионно-плазменная обработка, элементный и фазовый состав, дефектная структура.
DOI: 10.31857/S1028096024020017, EDN: BFSJCK
ВВЕДЕНИЕ
зионной и износостойкостью, жаро- и криопрочностью, особыми магнитными и электрическими 
свойствами и т.д.), что делает их перспективными 
для различных областей использования [5–10]. 
В последние два десятилетия внимание исследователей в области физического материаловедения привлечено к исследованию структуры, 
свойств, методов получения и стабильности так 
называемых высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) 
[1–4], содержащих не менее пяти основных элементов. Такой интерес обусловлен уникальными 
физико-механическими свойствами ВЭС (корроВ обзорных статьях [11–15] и последних 
монографиях [16, 17] выполнен анализ свойств 
различных ВЭС и отмечено, что их появление 
является существенным шагом вперед в развитии 
металлургических сплавов. Дальнейшее повышение свойств ВЭС может быть достигнуто при об3

ИВАНОВ и др.
4
работке концентрированными потоками энергии 
и создании пленочных покрытий. 
Одним из наиболее эффективных методов 
поверхностного 
упрочнения 
является 
электронно-пучковая обработка, обеспечивающая 
сверхвысокие скорости нагрева и охлаждения 
(до 106 К/с), в результате чего образуются субмикро- и нанокристаллические структурно-фазовые 
состояния [18–20]. Присутствие нескольких составляющих элементов в составе ВЭС позволяет 
получать различные покрытия на их основе для 
использования в особых условиях. Оксидные, нитридные, боридные покрытия обладают превосходными механическими характеристиками, что 
значительно расширяет диапазон их применения 
[3, 21]. В работе [22] приведен обзор различных 
методов обработки и их влияния на поверхность 
ВЭС CoCrFeMnNi, полученного методом селективного лазерного плавления. 
В работе [23] проблема низкой прочности и 
износостойкости сплава CoCrFeMnNi, имеющего 
ГЦК-кристаллическую решетку, была решена 
методом порошкового борирования (powder-pack 
boriding). В результате обработки был образован 
двойной слой, обогащенный кремнием и бором. 
Установлено увеличение микротвердости и износостойкости борированных образцов.
Целью работы является анализ элементного 
и фазового состава, дефектной субструктуры 
поверхностного слоя ВЭС, сформированного 
в результате комплексного модифицирования, 
сочетающего напыление пленки (B + Cr) и облучение импульсным электронным пучком.
W = 800 Вт, частота f = 13.56 МГц, длительность 
процессов t = 35 мин, что соответствовало 
толщине пленки бора 0.5 мкм; ток плазмогенератора “ПИНК” Iп = 50 А, ток накала Iн =145 А, 
напряжение смещения Uсм = 50 В, коэффициент 
заполнения 75%, частота смещение 50 кГц. Перед 
формированием пленки бора (после помещения 
в камеру установки и последующего вакуумирования) поверхность образцов ВЭС подвергалась 
дополнительному кратковременному (15 мин) 
травлению плазмой аргона. На образцы с пленкой 
бора напыляли пленку хрома толщиной 0.5 мкм 
с помощью дугового испарителя при следующих 
параметрах процесса: образцы с пленкой бора 
напротив дугового испарителя, без вращения, 
ток дугового испарителя Iд = 80 А, Iп = 20 А, 
 
Iн =135 А, 75%, Uсм = 35 В, p = 0.3 Па, время напыления хром – 10 мин.    Облучение системы 
пленка/подложка 
интенсивным 
импульсным 
электронным пучком осуществляли на установке СОЛО при следующих параметрах процесса: 
энергия ускоренных электронов 18 кэВ, плотность энергии пучка электронов (20–40) Дж/см2, 
длительность импульса 200 мкс, количество 
импульсов 3, частота следования импульсов 
 
0.3 с–1, давление рабочего газа (аргон) 0.02 Па. 
При данных параметрах облучения, как показали предварительно выполненные исследования 
 
[4, 14], температура поверхностного слоя системы 
пленка (В + Сr)/(ВЭС) подложка превышает температуру плавления ВЭС. Следовательно, можно 
ожидать реализацию процесса формирования, 
на стадии высокоскоростного нагрева, расплавленного поверхностного слоя образцов ВЭС, 
легированного атомами бора и хрома и, на стадии 
высокоскоростного охлаждения, субмикронанокристаллической многофазной структуры, упрочненной боридами.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА  
ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования элементного и фазового соста- 
ва, состояния дефектной субструктуры системы 
пленка (Сr + B)/(ВЭС) подложка проводили методами сканирующей электронной микроскопии 
(прибор SEM 515 Philips с микрорентгеноспектральным анализатором EDAX ECON IV). Фазовый состав и состояние кристаллической решетки 
основных фаз поверхностного слоя образцов 
изучали методами рентгенофазового и рентгеноструктурного анализа (рентгеновский дифрактометр Shimadzu XRD 6000, Япония); съемку осуществляли в медном отфильтрованном излучении 
CuKα1; монохроматор CM-3121. Анализ фазового 
состава проводили с использованием баз данных 
PDF 4+, а также программы полнопрофильного 
анализа POWDER CELL 2.4. Подбор режима напыления пленок бора и хрома с целью получения 
необходимой толщины пленки осуществляли пуВ качестве материала исследования использован высокоэнтропийный сплав элементного 
состава Al, Cr, Fe, Co, Ni, полученный с помощью 
технологии проволочно-дугового аддитивного 
производства WAAM (wire arc additive manufacture) 
[4]. Размеры образцов 15 × 15 × 5 мм. Обработка 
поверхностного слоя ВЭС проводилась следующим образом: (1) формировали систему “пленка/
подложка” (напыляли пленку бора толщиной 
 
0.5 мкм, поверх пленки бора напыляли пленку 
хрома толщиной 0.5 мкм), (2) облучали систему 
“пленка (В) + пленка (Сr)/(ВЭС) подложка”
импульсным электронным пучком. Формирование пленки бора на поверхности образцов ВЭС 
осуществляли методом плазменно-ассистированного ВЧ-распыления катода из порошка бора при 
следующих параметрах процесса: ВЧ-мощность 
ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 2     2024

КОМПЛЕКСНОЕ  МОДИФИЦИРОВАНИЕ  ПОВЕРХНОСТНОГО  СЛОЯ
5
Атомы кобальта распределены в объеме сплава 
квазиоднородно.
Представленные на рис. 2 результаты микрорентгеноспектрального 
анализа, 
выполненные 
методом “вдоль линии”, подтверждают сделанные 
выше выводы о квазипериодическом распределении 
атомов, формирующих высокоэнтропийный сплав. 
Методами рентгенофазового анализа показано, 
что исследуемый сплав имеет простую кубическую 
кристаллическую решетку (рис. 3), параметр кристаллической решетки сплава 0.28795 нм. 
тем выполнения тестировочных экспериментов, 
используя прибор Calotest CAT-S-0000, предназначенный для определения толщины напыляемых 
пленок. Твердость материала определяли по схеме 
Виккерса на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 0.5 Н. Исследование трибологических (коэффициент трения и параметр износа) характеристик материала осуществляли на трибометре Pin 
on Disc and Oscillating TRIBOtester (TRIBOtechnic, 
Франция) при следующих параметрах: шарик из 
керамического материала Al2O3 диаметром 6 мм, 
радиус дорожки трения 2 мм, путь, пройденный 
контртелом, 100 м, скорость вращения образца 
25 мм/с, нагрузка на индентор 2 Н. Трибологические испытания осуществляли в условиях сухого 
трения при комнатной температуре.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 
И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Облучение системы “пленка/подложка” импульсным электронным пучком приводит к существенному изменению механических и трибологических свойств ВЭС. Во-первых, существенно 
увеличивается микротвердость, достигая максимального значения после облучения системы 
“пленка/подложка” импульсным электронным 
пучком с плотностью энергии пучка электронов 
ES = 20 Дж/см2 (рис. 4а). 
Во-вторых, 
повышается 
износостойкость 
образцов и снижается коэффициент трения, 
достигая наилучших значений после облучения 
системы “пленка/подложка” импульсным электронным пучком с плотностью энергии пучка 
электронов 20 Дж/см2 (рис. 4б, 4в).
Высокоэнтропийный сплав, сформированный 
методом аддитивных технологий, имеет дендритное строение и содержит химические элементы 
в следующем составе (ат. %): 33.4% Al; 8.3% Cr; 
17.1% Fe; 5.4% Co; 35.7% Ni). Методом картирования осуществлен анализ распределения атомов 
в объеме сплава (рис. 1). Показано, что границы 
зерен (средний размер зерна 12.3 мкм) и дендритов обогащены атомами хрома и железа; объем 
зерен обогащен атомами алюминия и никеля. 
Очевидно, что изменение механических и 
трибологических свойств сплава обусловлено 
преобразованием 
структуры 
поверхностного 
Рис. 1. Электронно-микроскопическое изображение структуры ВЭС (а); (б)–(е) – изображения участка образца (а), 
полученные в характеристическом рентгеновском излучении атомов Cr (б), Fe (в), Ni (г), Al (д), Co (е).
ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 2     2024

ИВАНОВ и др.
6
Рис. 2. Результаты микрорентгеноспектрального анализа участка образца ВЭС (а), выполненные методом 
“вдоль линии”; (б)–(е) – распределение вдоль указанной на рис. 2а линии интенсивностей характеристического  
рентгеновского излучения атомов Co (б), Al (в), Cr (г), Ni (д), Fe (е).
С увеличением плотности энергии пучка электронов (ES) средний размер зерен поверхностного 
слоя ВЭС возрастает и при ES = 40 Дж/см2 составляет 19 мкм. Очевидно, что многократное уменьшение среднего размера зерен поверхностного 
слоя ВЭС при ES = 20 Дж/см2 является одной из 
причин повышения прочностных свойств сплава 
(эффект Холла–Петча). 
слоя образцов. При облучении системы “пленка/
подложка” пучком электронов с плотностью 
энергии 20 Дж/см2 поверхность образца фрагментируется сеткой микротрещин (рис. 5а). 
Размер фрагментов изменяется в пределах от 40 
до 200 мкм при среднем размере 104 мкм. В объеме фрагментов выявляется зеренная структура 
 
(рис. 5в). Средний размер зерен 2.7 мкм, что в 
 
4.5 раза меньше среднего размера зерен ВЭС 
 
в исходном состоянии.
Облучение системы “пленка/подложка” импульсным электронным пучком при ES = 20 Дж/см2
ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 2     2024

КОМПЛЕКСНОЕ  МОДИФИЦИРОВАНИЕ  ПОВЕРХНОСТНОГО  СЛОЯ
7
Рис. 3. Фрагмент рентгенограммы высокоэнтропийных сплавов перед облучением.
Рис. 4. Зависимость микротвердости (а), параметра износа (б), коэффициента трения (в) и параметра кристаллической решетки (г) поверхностного слоя системы “пленка/подложка” от плотности энергии пучка электронов. Микротвердость высокоэнтропийных сплавов в исходном состоянии 4.7 ГПа. Параметр износа системы  
пленка/подложка перед облучением 14 × 10–5 мм3/Н∙м, коэффициент трения 0.65.
ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 2     2024

ИВАНОВ и др.
8
Рис. 5. Структура системы “пленка/подложка”, облученной импульсным электронным пучком при плотности  
энергии пучка электронов 20 Дж/см2.
зеренная структура наблюдается весьма редко; при 
 
ES = 30 Дж/см2 субзеренная структура формируется в стыках границ зерен и фрагментов; при 
 
ES = 40 Дж/см2 субзерна формируются по всей поверхности образца. Размер субзерен не зависит от 
плотности энергии пучка электронов и составляет 
(150–200) нм.
Методами микрорентгеноспектрального анализа показано, что сохранившиеся после облучения системы “пленка/подложка” импульсным 
электронным пучком при 20 Дж/см2 участки 
пленки обогащены атомами хрома, бора и кислорода. Вдоль границ фрагментов наблюдаются 
протяженные прослойки, обогащенные кислородом и алюминием (рис. 6). Островки, формирующиеся на поверхности ВЭС при облучении 
системы “пленка/подложка” пучком электронов 
не приводит к растворению пленки. Наблюдаются 
протяженные прослойки пленки, расположенные 
в объеме и вдоль границ фрагментов, и островки 
пленки, расположенные в стыках фрагментов 
(рис. 5б, 5в). 
Увеличение плотности энергии пучка электронов до 30 Дж/см2 и, далее, до 40 Дж/см2 приводит 
к полному растворению пленки (B + Cr). Как и 
при ES = 20 Дж/см2 поверхность образцов фрагментируется сеткой микротрещин, что указывает 
на высокий уровень растягивающих напряжений, 
формирующихся в поверхностном слое образцов 
при облучении сплава. 
Высокоскоростная 
кристаллизация 
поверхностного слоя приводит к формированию 
субзеренной структуры (структура высокоскоростной кристаллизации), при ES = 20 Дж/см2 субРис. 6. Электронно-микроскопическое изображение структуры системы пленка/подложка, облученной импульсным электронным пучком при плотности энергии пучка электронов 20 Дж/см2 (а); (б)–(г) – изображения участка 
образца (а), полученные в характеристическом рентгеновском излучении атомов Cr (б), В (в), О (г).
ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 2     2024

КОМПЛЕКСНОЕ  МОДИФИЦИРОВАНИЕ  ПОВЕРХНОСТНОГО  СЛОЯ
9
при ES = (30 и 40) Дж/см2, обогащены атомами Cr, 
Al и O.
пять раз), снизить коэффициент трения в 1.3 раза. 
В результате выполненных исследований структуры и фазового состава высказано предположение, 
что увеличение прочностных и трибологических свойств ВЭС обусловлено существенным 
 
(в 4.5 раза) снижением среднего размера зерна, 
формированием частиц оксиборидов хрома и 
алюминия, внедрением атомов бора в кристаллическую решетку ВЭС.
БЛАГОДАРНОСТИ
Таким образом, результаты микрорентгеноспектрального анализа позволяют констатировать 
формирование на поверхности ВЭС в результате 
облучения системы “пленка/подложка” импульсным электронным пучком оксиборидов хрома 
и алюминия, количество которых снижается 
 
с увеличением плотности энергии пучка электронов. Формирование оксиборидов также будут 
способствовать повышению микротвердости и 
износостойкости ВЭС. 
Работа выполнена за счет гранта Российского научного фонда № 19-19-00183, https://rscf.ru/
project/19-19-00183/ – модифицирование ВЭС, исследование структуры и свойств модифицированного 
слоя ВЭС; при финансовой поддержке гранта РНФ 
(проект № 20-19-00452) – изготовление образцов ВЭС 
с помощью технологии холодного переноса металла.
Анализ фазового состава поверхностного слоя 
ВЭС, модифицированного в результате облучения системы “пленка/подложка” импульсным 
электронным пучком показывает, что независимо 
от величины ES сплав является однофазным материалом, имеющим простую кубическую кристаллическую решетку. 
Конфликт интересов. Авторы заявляют, что у них 
нет конфликта интересов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Параметр кристаллической решетки зависит 
от величины ES соответственно результатам, приведенным на рис. 4г. Одной из причин изменения 
параметра 
кристаллической 
решетки 
сплава 
является легирование образцов атомами бора, 
концентрация которых в объеме сплава, судя по 
результатам, полученным методами сканирующей электронной микроскопии, будет увеличиваться с ростом плотности энергии в интервале 
ES = (20–30) Дж/см2. Следует отметить, что располагаться атомы бора в кристаллической решетке 
ВЭС будут на позициях внедрения, что и приведет к росту параметра решетки. Формирование 
твердого раствора внедрения является еще одним 
физическим 
механизмом, 
способствующим 
повышению твердости сплава. Наличия упрочняющих фаз в исследуемом сплаве методами рентгенофазового анализа не обнаружено, что может 
быть обусловлено их малым количеством. 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1.
George E.P., Curtin W.A., Tasan C.C. // Acta 
Materialia. 2020. V. 188. P. 435. 
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.12.015
2.
Осинцев К.А., Громов В.Е., Коновалов С.В., Ива- 
нов Ю.Ф., Панченко И.А. // Изв. вузов. Черная 
 
металлургия. 2021. Т. 64. № 4. С. 249. 
https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-4-249-258
3.
Рогачев А.С. // Физика металлов и металловедение. 2020. Т. 121, № 8. P. 807. 
https://doi.org/10.31857/S0015323020080094
4.
Gromov V.Е., Konovalov S.V., Ivanov Yu.F., Osin- 
tsev K.A. Structure and properties of high-entropy 
alloys. Springer. Advanced structured materials, 2021. 
V. 107. 110 p.
5.
Yeh J.W., Chen S.K., Lin S.J., Gan J.Y., Chin T.S., 
 
Shun T.T., Tsau C.H., Chang S.Y. // Advanced 
Engineering Materials. 2004. V. 6. № 5. P. 299. 
https://doi.org/10.1002/adem.200300567
6.
Miracle D.B., Senkov O.N. // Acta Mater. 2017. V. 122. 
P. 448. 
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.08.081 
7.
Zhang W., Liaw P.K., Zhang Y. // Sci China Mater. 
2018. V. 61. № 1. P. 2.
https://doi.org/10.1007/s40843-017-9195-8
8.
Tsai M.-H., Yeh J.-W. // Mater. Res. Lett. 2014. 
 
V. 2:3. № 3. P. 107. 
https://doi.org/10.1080/21663831.2014.912690
9.
Alaneme K.K., Bodunrin M.O., Oke S.R. // J. Mater. 
Res. Technol. 2016. V. 5. № 4. P. 384. 
https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2016.03.004
10. Liu K., Nene S.S., Frank M., Sinha S., Mishra R.S. // 
Appl. Mater. Today. 2019. V. 15. P. 525. 
https://doi.org/10.1016/j.apmt.2019.04.001
11. Yeh J.W. // Annalesde Chimie. Science des Materiaux. 
2006. V. 31, № 6. P. 63. 
https://doi.org/10.3166/acsm.31.633-648
Используя технологию проволочно-дугового 
аддитивного производства (WAAM), изготовлены 
образцы высокоэнтропийного сплава элементного состава Al, Cr, Fe, Co, Ni. Осуществлена 
комплексная обработка поверхностного слоя образцов ВЭС, сочетающая формирование системы 
пленка (Cr + B)/(ВЭС) подложка и последующее 
облучение импульсным электронным пучком при 
различных (20–40 Дж/см2) значениях плотности 
энергии пучка электронов. Выявлен режим облучения (20 Дж/см2, 200 мкс, 3 имп., 0.3 с–1), позволяющий существенно повысить микротвердость 
(почти в два раза) и износостойкость (более чем в 
ПОВЕРХНОСТЬ. РЕНТГЕНОВСКИЕ, СИНХРОТРОННЫЕ И НЕЙТРОННЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ     № 2     2024