ской решетки металла вследствие упругого столкновения, выражается, согласно данным работы [751, следующим уравнением-.

Е„„=^±£,(2.33)

где £— энергия внедрившегося иона; т, и пц — атомные массы внедрившегося иона и атома кристаллической решетки металла.

Внедрившийся ион может растворяться в металле по-разному. Например, он может занимать промежуточное положение между атомами в кристаллической решетке и может вытеснить атом, образуя таким образом раствор внедрения или замещения. Кроме того, внедрившийся ион может быть захвачен на границе дислокации или зерна. В процессе внедрения ионы образуют в металлах радиационные повреждения, а при больших концентрациях внедренных ионов инертных газов могут образовываться газовые пузырьки.

Глубина проникновения ионов в металл, согласно данным работы [76], зависит от энергии линейным образом и выражается уравнением

1 = ^Щ^^^щЕ,(2.34)

где т, и тг — атомные массы внедрившегося иона и атома металла; Хх и 2^ — атомные номера внедрившегося иона и атома металла; Е — энергия внедрившегося иона.

По данным работы |75], для ионов с энергией 1(Г16.10~'5 Дж глубина проникновения в среднем составляет 10~7.10~* м. При этом можно создать концентрацию внедрившихся частиц более

В работах [70—74] установлено, что эффективность внедрения ионов инертных газов в вольфраме и молибдене монотонно увеличивается с возрастанием энергии ионов примерно до 510"16Дж, а затем достигается насыщение. Минимальная пороговая энергия, при которой ионы еще могут внедриться в кристаллическую решетку металла, выраженная в электронвольтах, оценивается приблизительно значением, в четыре раза превышающем их атомный номер. Так, в работах [71, 77] пороговая энергия для внедрения ионов гелия в поликристаллическом вольфраме оценена в 1,28-10"'* Дж. В интервале энергий 9,610м8.Л,6-Ю"16 Дж эффективность внедрения ионов гелия в поликристаллическом вольфраме увеличивается, согласно данным работы [71], от 0,03 до 0,8. 140

В работе [781 экспериментально установлено прямое растворение гелия в золоте при давлениях ЗТ08.8Т0К Па и температурах 973. 1073 К. После закалки образцов золота под этим давлением часть гелия оставалась в металле, образуя газовые пузырьки. При этом количество растворенного гелия увеличивалось с возрастанием давления. Эти результаты позволили авторам работ [79, 80] предложить новый механизм внедрения ионов инертных газов в металлы. В частности, были рассмотрены процессы насыщения аргоном алюминия в условиях тлеющего разряда, что соответствовало энергии ионов порядка 10~'7Дж. Расчеты показали, что столкновение иона аргона энергией 4,8Т0"17 Дж (средняя область энергии для тлеющего разряда) с поверхностью алюминия приводит к повышению давления до 7-108 Па и температуры до 723 К в полусфере радиусом порядка 10"* м. Создаваемые таким образом температура и давление были близки к значениям, описанным в работе [78|. Поскольку алюминий обладал высокой теплопроводностью, то локальный пик температуры быстро рассеивался и происходила закалка сплава алюминий—аргон под большим давлением, что приводило к захвату некоторого количества аргона. Авторы работы [80| отмечают, что растворимость инертных газов в металлах при высоких давлениях и температурах обусловлена возникновением проницаемости.

Методика экспериментов. Для определения эффективности внедрения ионов гелия в малоуглеродистую сталь в условиях дуговой сварки была создана масс-спектрометрическая установка на основе серийного масс-спектрометра МИ-1305, принципиальная схема которой представлена на рис. 2.43. Установка и методика эксперимента подробно описаны в работе [81]. Ионизация газовой фазы вблизи поверхности образца осуществлялась с помощью электронной пушки, которая была смонтирована на первом электроде электростатической линзы. Первый электрод выполнял роль ионизационной камеры. В эксперименте использовались образцы-мишени из низкоуглеродистой стали 08кп в виде ленты 12x3x0,1 мм. Перед проведением опыта образец подвергали длительному прогреву (2.3 ч) в высоком вакууме при температуре 1273 К для удаления газов. Эффективность внедрения ионов гелия определялась из соотношения

а = п2/п1з(2.35)

где rii — количество первичных ионов; пг — число внедрившихся ионов гелия.