satНАУКА и ТЕХНИКАScience & Technique2227-10312414-0392Belarusian National Technical University10.21122/2227-1031-2025-24-4-270-277sat-2876Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕMECHANICAL ENGINEERING АND ENGINEERING SCIENCEИзменение текстуры деформированной меди при воздействии холодной плазмы воздухаChange in Texture of Deformed Copper Exposed to Cold Air PlasmaАнисовичА. Г.AnisovichA. G.

Доктор физико-математических наук, профессор

Адрес для переписки:Анисович Анна Геннадиевна -Государственное научное учреждение «Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси»ул. Академическая, 16,220072, г. Минск, Республика БеларусьТел.: +375 29 664-65-56аnna-anisovich@yandex.ru

Address for correspondence:Anisovich Anna G. -State Scientific Institution“Institute of Applied Physics of theNational Academy of Sciences of Belarus”16, Academic str.,220072, Minsk, Republic of BelarusTel.: +375 29 664-65-56аnna-anisovich@yandex.ru

anna-anisovich@yandex.ruФилатоваИ. И.FilatovaI. I.

Кандидат физико-математических наук, доцент

г. Минск

Minsk

Государственное научное учреждение «Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси»БеларусьState Scientific Institution “Institute of Applied Physics of the National Academy of Sciences of Belarus”BelarusГосударственное научное учреждение «Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси»БеларусьState Scientific Institution “B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus”Belarus202501092025244270277Copyright © Анисович А.Г., Филатова И.И., 20252025Анисович А.Г., Филатова И.И.Anisovich A.G., Filatova I.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sat.bntu.by/jour/article/view/2876

Исследованы изменения микроструктуры и текстуры образцов меди М1 после пластической деформации прокаткой и воздействия низкотемпературной неравновесной плазмы высокочастотного емкостного разряда, возбуждаемого на частоте f = 5,28 МГц в воздухе при низком давлении (p ~ 1 Торр). Методом металлографического анализа показано, что изменения микроструктуры незначительны. Размер зерна не изменяется; улучшается визуализация структуры, повышается четкость выявления границ зерен после металлографического травления. Результаты рентгеноструктурного анализа свидетельствуют о том, что воздействие плазмы приводит к изменению относительной интенсивности интерференционных линий рентгенограммы. После деформации превалирующей является ориентировка á011ñ, что характерно для текстуры прокатки меди. Воздействие плазмы в течение 5 мин приводит к повышению интенсивности линий (200), (220) и (311). При обработке в течение 10 мин относительная интенсивность линий также незначительно возрастает. Параметр кристаллической решетки после воздействия плазмы не изменяется. Установлено, что изменение интенсивности линий рентгенограммы не связано с действием микронапряжений, изменением размеров блоков когерентного рассеяния. Значение отношения sinq(200)/sinq(111) = 1,15 свидетельствует о том, что дефекты упаковки в процессе воздействия не образуются. Рентгеновские эффекты при воздействии плазмы аналогичны наблюдаемым при отпуске деформированных металлов, когда основные ориентировки текстуры деформации или сохраняются на уровне деформированного металла, или усиливаются. При воздействии плазмы реализуется начальный процесс релаксации напряжений, связанный с перемещением атомов на расстояния, меньшие межатомных, когда кристаллическая решетка совершенствуется. Основной причиной изменений являются напряжения 3-го рода, обусловленные смещениями атомов из положений равновесия.

The changes in the microstructure and texture of M1 copper samples after plastic deformation by rolling and exposure to low temperature non-equilibrium plasma of a high-frequency capacitive discharge excited at a frequency of f = 5.28 MHz in air at low pressure (p ~ 1 Torr) have been studied in the paper. The metallographic analysis showed that changes in the microstructure of samples are insignificant. The grain size does not change; the visualization of the structure is improved, and the clarity of detection of grain boundaries is increased after metallographic etching. The results of X-ray structural analysis showed that the effect of plasma treatment leads to a change in the relative intensity of the interference lines of the X-ray diffraction pattern. After deformation, the prevailing orientation is á011ñ, which is typical for the texture of copper rolling. After exposure to plasma for 5 minutes, the intensity of lines (200), (220) and (311) increases. A slight increase in the relative intensity of the lines is observed after plasma treatment for 10 minutes. The parameter of the crystal lattice does not change after exposure to plasma. It was found that the change in the intensity of the X-ray lines is not associated with the action of microstresses or a change in the size of coherent scattering blocks. The ratio sinq(200)/sinq(111) = 1.15 indicates that stacking faults are not formed during plasma treatment. X-ray effects under plasma exposure are similar to those observed during tempering of deformed metals, when the main orientations of the deformation texture are either maintained at the level of the deformed metal or are enhanced. Under plasma exposure, the initial process of stress relaxation is realized, associated with the movement of atoms over distances smaller than interatomic distances, when the crystal lattice is improved. The main reason of the changes is third-order stresses, caused by the displacement of atoms from their equilibrium positions.

пластическая деформацияплазменная обработкамикроструктуратекстуравозврат напряжениястатические смещения атомовplastic deformationplasma treatmentmicrostructuretexturerecovery stressstatic displacements of atomsReferencesReview of the Cold Atmospheric Plasma Technology Application in Food, Disinfection, and Textiles: A Way Forward for Achieving Circular Economy / R. R. Reema [et al.] // Frontiers in Physics. 2022. Vol. 10. https://doi.org/10.3389/fphy.2022.942952.Reema, Khanikar R. R., Bailung H., Sankaranarayanan K. (2022) Review of the Cold Atmospheric Plasma Technology Application in Food, Disinfection, and Textiles: A Way Forward for Achieving Circular Economy. Frontiers in Physics, 10. https://doi.org/10.3389/fphy.2022.942952.Cold Atmospheric Plasma: A Powerful Tool for Modern Medicine / D. Braný [et al.] // International Journal of Molecular Sciences. 2020. Vol. 21, Nо 8. P. 2932. https://doi.org/10.3390/ijms21082932.Braný D., Dvorská D., Halašová E., Škovierová H. (2020) Cold Atmospheric Plasma: A Powerful Tool for Modern Medicine. International Journal of Molecular Sciences, 21 (8), 2932. https://doi.org/10.3390/ijms21082932.Влияние режимов воздействия плазмы высокочастотного емкостного разряда на стимуляцию всхожести и фитосанитарное состояние семян / И. И. Филатова, В. В. Ажаронок, С. В. Гончарик [и др.] // Журнал прикладной спектроскопии. 2014. Т. 81, № 2. С. 256–262.Filatova I. I., Azharonok V. V., Goncharik S. V., Lushkevich V. A., Zhukovsky A. G., Gadzhieva G. I. (2014) Effect of RF Plasma Treatment on the Germination and Phytosanitary State of Seeds. Journal of Applied Spectroscopy, 81 (2), 250–256. https://doi.org/10.1007/s10812-014-9918-5.Zendehnam, A. Employing Cold Atmospheric Plasma (Ar, He) on Ag thin Film and their Influences on Surface Morphology and Anti‑Bacterial Activity of Silver Films for Water Treatment / A. Zendehnam, J. Ghasemi, A. Zendehnam // International Nano Letters. 2018. No 8. P. 157–164. https://doi.org/10.1007/s40089-018-0240-8.Zendehnam A., Ghasemi J., Zendehnam A. (2018) Employing Cold Atmospheric Plasma (Ar, He) on Ag thin Film and their Influences on Surface Morphology and Anti-bacterial Activity of Silver Films for Water Treatment. International Nano Letters, 8 (3), 157–164. https://doi.org/10.1007/s40089-018-0240-8.Amini, A. Changes of the TiO2 thin Film Electro-Optical Properties in the Ar and N2 Glow Discharge Plasma due to Effects of the Electric Field in Plasma's Sheath / A. Amini, M. S. Zakerhamidi, S. Khorram // Physica B: Condensed Matter. 2021. Vol. 612. P. 41282. https://doi.org/10.1016/j.physb.2021.412820Amini A., Zakerhamidi M. S., Khorram S. (2021) Changes of the TiO2 thin Film Electro-Optical Properties in the Ar and N2 Glow Discharge Plasma due to Effects of the Electric Field in Plasma’s Sheath. Physica B: Condensed Matter, 612, 412820. https://doi.org/10.1016/j.physb.2021.412820.Surface Modification of ZnMgAl-Coated Steel by Dielectric-Barrier Discharge Plasma / S. Knust, [et al.] // RSC Advances. 2019. Vol. 9, No 60. P. 35077–35088. https://doi.org/10.1039/c9ra07378g.Knust S., Kuhlmann A., Arcos T. de los, Grundmeier G. (2019) Surface Modification of ZnMgAl-Coated Steel by Dielectric-Barrier Discharge Plasma. RSC Advances, 9 (60), 35077–35088. https://doi.org/10.1039/c9ra07378g.The Effect of Low Temperature Nonequilibrium Air Plasma on the Structure and Properties of Copper and Chromium Electrodeposited Coatings / А. G. Anisovich, [et al.] // International Journal of Research Studies in Science, Engineering and technology. 2016. No 2. P. 42–49.Anisovich А. G., Azharonok V. V., Gologan V. F., Bobanova Zh. I. (2016) The Effect of Low Temperature Nonequilibrium Air Plasma on the Structure and Properties of Copper and Chromium Electrodeposited Coatings. International Journal of Research Studies in Science, Engineering and technology, (2), 42–49.Трансформация структуры гальванического покрытия меди после воздействия плазмы тлеющего разряда / А. Г. Анисович [и др.] // Электронная обработка материалов. 2019. Т. 55. № 5. С. 31–37. https://doi.org/10.5281/zenodo.3522287.Anisovich A. G., Urban T. P., Tereshko I. V., Logvin V. A., Gologan V. F., Bobanova Zh. I. (2019) Transformation of the Structure of the Galvanic Coating of Copper after Exposure to Glow Discharge Plasma. Elektronnaya Obrabotka Materialov = Electronic Processing of Materials, 55 (5), 31–37 (in Russian).Григорьев, А. Я. Физика и микрогеометрия технических поверхностей / А. Я. Григорьев. Минск: Беларусская навука, 2016. 247 с.Grigoriev A. Ya. (2016) Physics and Microgeometry of Technical Surfaces. Minsk, Belarusskaya Navuka Publ. 247 (in Russian).Изменение структуры поверхности гальванических покрытий при воздействии холодной плазмы воздуха / А. Г. Анисович [и др.] // Литье и металлургия. 2019. № 2. С. 85–91. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2019-2-85-91.Anisovich A. G., Filatova I. I., Goncharik S. V., Gologan V. F., Bobanova Zh. I. (2019) Change of the Structure of the Surface of Galvanic Coatings under Exposure to Cold Air Plasma. Litiyo i Metallurgiya = Foundry Production and Metallurgy, (2), 85–91 (in Russian). https://doi.org/10.21122/1683-6065-2019-2-85-91.Липский, А. Э. Оптимальные режимы упрочняющей обработки рабочих поверхностей инструментов из быстрорежущих сталей на основе способа их модифицирования потоком низкоэнергетической плазмы / А. Э. Липский // Вестник Белорусско-Российского университета. 2007. № 4. C. 64–71.Lipsky A. E. (2007) Optimal Modes of Hardening Treatment of Working Surfaces of Tools Made of High-Speed Steels Based on the Method of their Modification by a Low-Energy Plasma Flow. Vestnik Belorussko-Rossiyskogo Universiteta = Belarusian-Russian University Bulletin, (4), 64–71.Барвинок, В. А. Влияние низкоэнергетической плазменной обработки на физико-механические свойства и структуру алюминия и его сплавов / В. А. Барвинок, А. В. Рясный // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер. Физико-математические науки. 2009. Т. 19, № 2. С. 193–199.Barvinok V. A., Ryasny A. V. (2009) The Influence of Low-Energy Plasma Treatment on the Physical and Mechanical Properties and Structure of Aluminum and Its Alloys. Vestnik Samarskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Seriya: Fiziko-Matematicheskie Nauki = Journal of Samara State Technical University, Ser. Physical and Mathematical Sciences, 19 (2), 193–199 (in Russian).Plasma defect – engineering of bulk oxygen – deficient zirconia / B. Dashtbozorg [et al.] / Acta Materialia. 2024. Vol. 262. P. 119457. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119457.Dashtbozorg B., Shi F., Tagliaferro A., Abela S., Falticeanu L., Dong H. (2024) Plasma Defect-Engineering of Bulk Oxygen-Deficient Zirconia. Acta Materialia, 262, 119457. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119457.Plasmas and Acoustic Waves to Pattern the Nanostructure and Chemistry of thin Films / V. Rico [et al.] // Acta Materialia. 2023. Vol. 255. Art. 119058. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119058.Rico V., Regodón G. F., Garcia-Valenzuela A., Alcaide A. M., Oliva-Ramirez M., Rojas T. C., Alvarez R., Palomares F. J., Palmero A., Gonzalez-Elipe A. R. (2023) Plasmas and Acoustic Waves to Pattern the Nanostructure and Chemistry of thin Films. Acta Materialia, 255, 119058. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119058.Bukharov, S. N. Tribotechnical Characteristics of Friction Polymer Composites / S. N. Bukharov, A. G. Anisovich, I. I. Filatova // Journal of Friction and Wear. 2021. Vol. 42, No 3. P. 139–145. https://doi.org/10.3103/s106836662103003x.Bukharov S. N., Anisovich A. G., Filatova I. I., Akhmetov T. A., Sergienko V. P., Grigoriev A. Ya. (2021). Influence of Treatment with Non-Equilibrium Low-Temperature Plasma on Dynamic Mechanical and Tribotechnical Characteristics of Friction Polymer Composites. Journal of Friction and Wear, 42 (3), 139–145. https://doi.org/10.3103/s106836662103003x.Лайнер, Д. И. Способ построения нормированных обратных полюсных фигур / Д. И. Лайнер, А. И. Радишевский, И. А. Комарова // Кристаллография. 1974. Т. 19, № 5. С. 942–945.Layner D. I., Radishevsky A. I., Komarova I. A. (1974) Method for Constructing Normalized Inverse Pole Figures. Kristallografiya = Soviet Physics. Crystallography, 19 (5), 942–945 (in Russian).Трансформация структуры меди под воздействием неравновесной низкотемпературной плазмы воздуха / В. В. Ажаронок [и др.] // Инженерно-физический журнал. 2013. Т. 86, № 4. С. 731–738.Azharonok V. V., Anisovich A. G., Basalai A. V., Goncharik S. V., Filatova I. I., Chubrik N. I. (2013). Transformation of Copper Structure on Exposure to a Nonequilibrium Low-Temperature Air Plasma. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 86 (4), 781–788. https://doi.org/10.1007/s10891-013-0895-y.Вассерман, Г. Текстуры металлических материалов / Г. Вассерман, И. Гревен. М.: Металлургия, 1969. 654 с.Wassermann G., Grewen I. (1969) Textures of Metal Materials. Moscow, Metallurgiya Publ. 654 (in Russian).Русаков, А. А. Рентгенография металлов /А. А. Русаков. М.: Атомиздат, 1977. 480 с.Rusakov, A.A. X-ray diffraction of metals. M.: Atomizdat, 1977. 480 (in Russian).Изменение ориентировок текстуры электролитического никеля при обработке холодной плазмой воздуха / А. Г. Анисович [и др.] // Литье и металлургия. 2019. № 4. С. 107–114. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2019-4-107-114.Anisovich A. G., Urban T. P., Filatova I. I., Buynitskaya A. S., Goncharik S. V. (2020) Changer in the Texture Orientation of Electrolytic Nickel by Cold Air Plasma. Litiyo i Metallurgiya = Foundry Production and Metallurgy, (4), 107–114. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2019-4-107-114 (in Russian).Анисович, А. Г. Закономерности процессов структурообразования и термодинамический аспект организации структуры металлов при нестационарных энергетических воздействиях: дис. д-ра физ.-мат. наук: 01.04.07; 01.04.14 / Анисович А. Г. Минск, 2005.Anisovich A. G. (2005) Regularities of Structure Formation Processes and Thermodynamic Aspect of Metal Structure Organization under Non-Stationary Energy Effects [Dissertation]. Minsk (in Russian).Ван Бюрен, К. Х. Дефекты в кристаллах / К. Х. Ван Бюрен. М.: Изд-во иностранной лит., 1962. 610 с.Van Bueren H. G. (1960) Imperfections in Crystals. Amsterdam, North-Holland publ.Тофпенец, Р. Л. Разупрочняющие процессы в стареющих сплавах / Р. Л. Тофпенец. Минск: Наука и техника, 1979. 183 с.Tofpenets R. L. (1979) Weakening Processes in Aging Alloys. Minsk, Nauka i Tekhnika Publ. 183 (in Russian).Анисович, А. Г. Особенности релаксационного процесса в металлах при импульсных воздействиях / А. Г. Анисович // Весці НАН Беларуси. Сер. фіз.-тэхн. навук. 2015. № 1. С. 16–21.Anisovich A. G. (2015) Particularities of Relaxation Process in Metals Subjected to Pulses. Vestsi Natsyyanal’nai akademii navuk Belarusi. Seryya fizika-tekhnichnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series, (1), 16–21 (in Russian).Анисович, А. Г. Изменение напряженного состояния медных сплавов под воздействием холодной плазмы воздуха / А. Г. Анисович, И. И. Филатова, С. В. Гончарик // Инженерно-физический журнал. 2020. Т. 93, № 6. С. 1637–1644.Anisovich A. G., Filatova I. I., Goncharik S. V. (2020) Variation in the Stress State of Copper Alloys Under the Action of Cold Air Plasma. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 93 (6), 1583–1590. https://doi.org/10.1007/s10891-020-02263-9.Жернов, А. П. Влияние композиции изотопов на фононные моды. Статические атомные смещения в кристаллах / А. П. Жернов, А. В. Инюшкин // Успехи физических наук. 2001. Т. 171, № 8. С. 827–854. https://doi.org/10.3367/UFNr.0171.200108b.0827.Zhernov A. P., Inyushkin A. V. (2001) Effect of Isotopic Composition on Phonon Modes. Static Atomic Displacements in Crystals. Physics-Uspekhi, 44 (8), 785–811. https://doi.org/10.1070/pu2001v044n08abeh000965.Peng, F. Modulated Fluctuation of atomic Displacement in a Crystal with a Single Impurity / F. Peng // Physica B: Condensed Matter. 2006. Vol. 373, No 2. 194–197. https://doi.org/10.1016/j.physb.2005.11.166.Peng F. (2006) Modulated Fluctuation of Atomic Displacement in a Crystal with a Single Impurity. Physica B: Condensed Matter, 373 (2), 194–197. https://doi.org/10.1016/j.physb.2005.11.166.Cayron, C. Continuous Atomic Displacements and Lattice Distortion During fcc–bcc Martensitic Transformation / C. Cayron // Acta Materialia. 2015. Vol. 96. P. 189–202. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.010.Cayron C. (2015) Continuous Atomic Displacements and Lattice Distortion During fcc–bcc Martensitic Transformation. Acta Materialia, 96, 189–202. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2015.06.010.Михайлов, Ю. Н. Длинноволновые статические смещения атомов в сплавах γ – FeNi / Ю. Н. Михайлов, С. Ф. Дубинин // Физика твердого тела. 2004. Т. 46, вып. 12. С. 2113–2118.Mikhailov Yu. N., Dubinin S. F. (2004) Long-Wave-length Static Atomic Displacements in γ-FeNi Alloys. Physics of the Solid State, 46 (12), 2185–2190. https://doi.org/10.1134/1.1841377.Анисович, А. Г. Изменение напряженного состояния электролитического никеля при воздействии плазмы / А. Г. Анисович // Журнал Белорусского государственного университета. Физика. 2021. № 1. С. 82–89. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-1-82-89.Anisovich A. G. (2021) Change of Tension State of Electrolytic Nickel Under Exposure to Plasma. Journal of the Belarusian State University. Physics, (1), 82–89. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2021-1-82-89 (in Russian).Хадиров, И. Г. Температура Дебая и статические смещения атомов в нестехиометрическом карбиде титана TiC0,70 / И. Г. Хадиров, А. С. Парпиев // Альтернативная энергетика и экология. 2010. Т. 85, № 5. С. 31–34.Khadirov I. G., Parpiev A. S. (2010) Debye Temperature and Static Displacements of Atoms in Non-Stoichiometric Titanium Carbide TiC0,70. Alternativnaya Energetika i Ekologiya = Alternative Energy and Ecology, 85 (5), 31–34 (in Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.