С использованием методики электронно-микроскопического темнопольного анализа изгиба-кручения кристаллической решетки и измерения микротвердости выполнено исследование изменения структурно-фазового состояния и свойств покрытий на основе нитрида титана в процессе отжигов в вакууме до температуры 1573 К. Показано, что в покрытиях с субмикронными зернами, фрагментированными на наноразмерные субзерна, определяющее значение для повышения твердости имеют величины локальных остаточных упругих напряжений, связанных с упругопластическим изгибом кристаллической решетки в областях избыточной плотности дислокаций одного знака либо зернограничными концентраторами напряжений. Определено, что в таких покрытиях при высоких температурах отжига огрубление зерен и возврат внутризеренной дефектной структуры развивается неоднородно с сохранением высоких значений плотности образующих ее дислокаций и малоугловых границ при невысокой кривизне решетки. При отжигах нанокристаллических покрытий установлено определяющее влияние интенсивности выделения частиц вторых фаз на основе легирующих элементов на твердость, характеристики структурного состояния и уровень локальных напряжений, нанокристаллов нитрида TiN.

Методом электронной микроскопии в тонких фольгах исследована кривизна-кручение кристаллической решетки в нанокомпозитных покрытиях на основе TiN с различной микроструктурой. Впервые обнаружены высокая кривизна-кручение решетки до 300° мкм-1 и внутренние упругие напряжения в нанокристаллических кристаллах TiN размером менее 20 нм. Выполнено сравнение упругонапряженных состояний в покрытиях с нанокристаллической и двухуровневой зеренной структурой. Высказаны предположения о природе структурных дефектов, обуславливающих наличие кривизны-кручения решетки в покрытиях с различной микроструктурой. Обсужден вопрос о природе сверхтвердости в этих покрытиях.

Предложена новая концепция конструирования (создания) нанокомпозитных покрытий - самоорганизация микроструктуры на стадии формирования покрытия - одновременное зарождение островков различных взаимно нерастворимых или малорастворимых фаз. разработаны физические принципы выбора составов таких покрытий. в качестве экспериментального подтверждения предложенных принципов предлагается использование многоэлементных композиций нанокомпозитных покрытий. С использованием плазменного магнетронно-дугового комплекса "Спрут" получены многоэлементные нанокомпозитные сверхтвердые покрытия системы Ti-Al-Si-Cr-Ni-Cu-O-C-N. Методами просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микротвердости, стретч-тестирования исследованы особенности структурно-фазового и упругонапряженного состояния многоэлементных покрытий в исходном состоянии и после отжигов до 1000 гр.С. Обнаружен широкий спектр значений кривизны-кручения кристаллической решетки наноразмерных (менее 30 нм) областей когерентного рассеяния двухуровневой структуры покрытий и индивидуальных (до 15 нм) нанокристаллов TiN. В результате отжига покрытий двухуровневая зеренная структура релаксирует с формированием нанокристаллов на основе TiN размером менее 30-40 нм со снижением кривизны-кручения решетки. Сравнительный анализ акустической эмиссии и треков многокомпонентных и TiN покрытий при стретч-тестировании свидетельствует о повышении вязкости разрушения многоэлементных покрытий.

Обобщены экспериментальные данные о закономерностях формирования структурных состояний с высокой кривизной кристаллической решетки в субмикро- и нанокристаллах металлических материалов, формирующихся в различных условиях интенсивного механического воздействия. установлены зависимости количественных параметров этих состояний от способности материала к их релаксации, особенностей его нанокристаллической структуры, величины и способа деформации. Проведен анализ основных факторов, определяющих эти параметры и характеристики упругонапряженного состояния в зонах высокой кривизны кристалла.

Сборник подготовлен международным коллективом ведущих специалистов в области нанонауки и наноструктурных покрытий. Изложены основные сведения о синтезе сверхтвердых пленок на основе тугоплавких соединений, их структуре, фазовом составе. физико-механических свойствах и сферах применения. Подробно характеризуются методы исследования покрытий: просвечивающая электронная микроскопия, наноиндентирование и компьютерный эксперимент. детально анализируются теоретические и опытные данные о природе деформации и разрушения сверхтвердых покрытий. Особое внимание уделено их трибологическим характеристиками и термической стабильности. Сборник будет полезен ученым, инженерам и преподавателям высшей школы, студентам и аспирантам, специализирующимся в области нанотехнологий, наноматериалов и нанопокрытий.

Методом электронной микроскопии было проведено исследование структуры многослойных покрытий, состоящих из чередующихся слоев Si-Al-N и Zr-Y-O одинаковой толщины. Было показано, что границы между различными слоями достаточно резкие, химический состав в каждом слое однородный. В покрытии содержится в основном нанокристаллический ZrО2 и близкие к аморфному состоянию слои на основе Si-Al-N. Установлено, что кривизна-кручение кристаллической решетки и внутренние упругие напряжения в слое зависят от поперечного размера зерна в слое Zr-Y-O. Чем больше поперечный размер зерен в слое, тем меньше кривизна-кручение кристаллической решетки и внутренние упругие напряжения.??.

Методом магнетронного осаждения получены нанокомпозитные покрытия на основе аморфного углерода, легированного титаном, никелем и хромом. Методами просвечивающей и растровой электронной микроскопии, рентгеноструктурного фазового анализа исследованы особенности микроструктуры и фазового состава указанных покрытий. Показано, что структура покрытий представлена наноразмерными частицами TiC и NiCr, находящимися в аморфной углеродной матрице. Рассматриваемые покрытия на подложке из титанового сплава повышают микротвердость в ~7 раз (до 14 ГПа) и снижают более чем в 2 раза (до мю<0.2) коэффициент трения. Обсуждаются физические причины повышения твердости и снижения коэффициента трения, а также перспективы модифицирования фазового состава нанокомпозитных покрытий на основе аморфного углерода и возможности использования полученных покрытий на изделиях из титановых сплавов.

Фазовый состав, тонкая структура интерметаллических покрытий исследована методами электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа. Показано, что интерметаллид Ni3Al является основной фазой покрытия для всех исследованных образцов. Ионная имплантация покрытия ионами алюминия и бора приводит к изменению параметра решетки, параметра дальнего атомного порядка, изменению внутренних упругих напряжений, размеров зерен и типа дислокационной структуры.

Методом просвечивающей электронной микроскопии исследованы особенности эволюции микроструктуры и изменения микротвердости Та в зависимости от величины пластической деформации в процессе кручения на наковальнях Бриджмена при комнатной температуре. Выполнена количественная аттестация зеренной и дефектной структуры материала и величины локальных внутренних напряжений на разных стадиях деформационного воздействия. Проведен анализ механизмов формирования субмикрокристаллических и наноструктурных состояний и закономерностей изменения микротвердости в зависимости от особенностей дефектной субструктуры, степени деформации и расстояния от оси кручения.