Formação de precipitados CrOx em aço AISI 316L por implantação iônica

Abstract

Resumo: Lâminas de um aço comercial AISI 316L foram implantadas em temperatura ambiente com ions de Al*, 70 keV, para a fluência 2 x10'6 cm2, seguida da implantação de íons de O+, 40 keV, para a fluência 3 x101 cm 2. Foi também realizada a implantação de apenas íons de O+, 40 keV, em duas fluências, 3 x1016 cm 2 e 6,0 x1016 cm 2. Após implantação, amostras foram recozidas por 2 horas na faixa de temperaturas 550-800°C, e preparadas para observação em microscópios eletrônicos. A microestrutura dos sistemas implantados foi investigada com aplicação de técnicas de difração de área selecionada e por micrografias obtidas na condição de campo claro e campo escuro. Os resultados mostram a formação de precipitados cristalinos que tendem assumir geometrias facetadas e orientação com os planos 002 e 022 da estrutura y-Fe da matriz. Estas fases ocorrem independentemente da implantação do Al. Os parâmetros de rede medidos são consistentes com as distâncias recíprocas de fases cúbicas CrOx, onde x = 0,87 ou 1. A nucleação ocorreu devido a diminuição da densidade de defeitos (vacâncias) gerados durante a implantação, isto porque as fases CrO possuem maior volume atômico em relação a matriz, atuando como pontos de aniquilação de vacâncias. Os recozimentos das amostras implantadas com O promovem crescimento em tamanho dos precipitados, independentemente da fluência implantada, o que indica uma maior taxa de nucleação e, consequentemente, uma maior densidade de núcleos precipitados.

Abstract: Thin foils of AISI 316L commercial steel were implanted at room temperature with Al+, 70 keV, for the 2 x10'6 cm? fluence followed by implantation of O* ions, 40 keV, for the 3 x1016 cm 2 fluence. Implantation of only O* ions, 40 keV, was also performed at two fluences 3 x1016 cm and 6,0 x10' cm? After implantation, samples were annealed for 2 hours in the temperature range 550-800°C, and prepared for observation in electron microscopes. The microstructure of the implanted systems was investigated by applying selected area diffraction techniques and by micrographs obtained in the brightfield and darkfield condition. The results show the formation of crystalline precipitates that tend to assume faceted geometries and orientation with the 002 and 022 planes of the y-Fe structure of the matrix. These phases occur independently of Al implantation. The measured lattice parameters are consistent with the reciprocal distances of CrOx cubic phases, where x = 0.87 or 1. Nucleation occurred due to the decreased density of defects (vacancies) generated during implantation. This is due to the CrO phases having a larger atomic volume relative to the matrix, acting as vacancy annihilation points. The annealing of the samples implanted with O* promotes growth in size of the precipitates, regardless of the implanted fluence, which indicates a higher nucleation rate and, consequently, a higher density of precipitated nuclei.