Исследованы циклические вольтамперные характеристики формирования биокерамических покрытий на титане в импульсном микроплазменном режиме с помощью компьютерной системы измерений. Показано, что форма циклических вольтамперных характеристик зависит от режимов микроплазменного процесса, состава и концентрации электролита. Использование вольтамперных зависимостей позволяет прогнозировать, конструировать и контролировать качество покрытия в процессе его формирования, так как вольтамперные зависимости отражают динамику роста и качества покрытия.

Представлены исследования по изучению химического и фазового состава, структуры и механических свойств поверхностных слоев титана, модифицированных в условиях имплантации ионами алюминия. Использованы образцы титана с различным размером зерна (от нанокристаллического до поликристаллического состояния). Было установлено, что ионная имплантация в высокой интенсивности режим позволяет образования мелкодисперсных (размер зерна менее 100 нм) интерметаллических фаз Ti3Al и TiAl оксиды и карбиды титана, а также твердый раствор алюминия в титане с переменным по глубине составом. Установлено, что в поликристаллическом титане (ср. размер зерна 17 и 38 мкм) после имплантации ионами алюминия вторичные фазы Ti3Al, TiAl, TiO2, TiC образуется в объеме зерен титановой матрицы. показано, что наноструктурные частицы TiO2 фазы расположены преимущественно на дислокациях в объеме зерна титановой матрицы. Показано, что в мелкозернистом титане Ti3Al фаза преимущественно формируется в имплантированном слое вдоль границы титанового зерна. Установлено, что TiAl3 фаза наблюдается только в титане в субмикро- (ср. размер зерна 0,3 мкм) и микроструктурном (ср. размер зерна 1,5 мкм) состояниях. Показано, что улучшение механических свойств титана связано с образованием градиентной структуры ионно-легированного поверхностных слоев.

Представлены результаты исследования структуры, фазового состава, триботехнических свойств и механики пластического деформирования при трении имплантированной по различным режимам ионами азота стали 40Х. Показано, что предварительная закалка стали интенсифицирует диффузионный перенос модифицирующей примеси в подповерхностные слои при температурах имплантации 620-670 К. Иаксимальная износостойкость при адгезионном изнашивании модифицированной стали достигается после ее обработки при температурах 670-720 К на стадиях образования высокоазотистых нитридных фаз. Выделение в модифицированном слое низкоазотистых нитридных частиц вызывает снижение адгезионной стойкости слоя. Предложена модель, объясняющая пониженную износостойкость таких слоев диссоциацией в местах тепловых вспышек. Формирование на поверхности упрочненного слоя достаточной толщины подавляет ротационный характер развития пластического деформирования в подповерхностных слоях и, тем самым, существенно снижает интенсивность изнашивания.

В первой части рассмотрены основы формирования структуры и свойств чугунов, их классификация в зависимости от формы включений графит, влияние химических элементов на структуру и свойства чугуна. Приведены химический состав, механические свойства и микроструктура серого, белого, высокопрочного ковкого и антифрикционного чугунов, Во второй части дана классификация сталей и сплавов, приведены их химический состав, механические свойства и структура. В третьей части рассмотрены состав, структура и свойства меди и сплавов на ее основе (латуней, бронз), подшипниковых сплавов на основе олова и свинца (баббитов), алюминия и его сплавов, цинка и никеля. Структуры различных видов чугуна, стали и цветных металлов иллюстрированы микрофотографиями, приведенными отдельно в Приложениях 1-3. В качестве пособия для студентов средних и высших металлургических, машиностроительных и политехнических учебных заведений, а также работников металловедческих и литейных лабораторий.

Методами оптической металлографии, растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального анализа и рентгеновской дифрактометрии исследована микроструктура и фазовый состав интерметаллического соединения Ni3Al, полученного высокотемпературным синтезом под давлением. Показано, что структура интерметаллида состоит из дендритных зерен и междендритных прослоек. Пластическая деформация продукта синтеза в процессе формирования интерметаллида приводит к росту анизотропных дендритных зерне и появлению областей с модулированной структурой в междендритных прослойках. Наблюдаемые структурные изменения сопровождаются повышением предела текучести и уменьшением пластичности интерметаллида.

Методом электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микро- и нанотвердости исследованы особенности взаимосвязи тонкой субструктуры с изменением прочностных свойств однофазных (TiN) и нанокомпозитных покрытий (TiN/Cu, AlN/Cu, Ti–Si–B–N) вблизи поверхности сопряжения с подложкой и на поверхности покрытия. Показано, что в покрытиях TiN, TiN/Cu, Ti–Si–B–N обнаруживается двухуровневая зеренная структура с фрагментацией зерен размером 0.1...0.3 мкм на субзерна размером 0.15...0.25 нм с малоугловыми (delta)(phi) <= 5 градусов разориентировками. В нанокомпозитных покрытиях TiN/Cu наблюдаются снижение твердости от исходной H(mu) ~ 40 ГПа до 20...22 ГПа в результате выдержки при Т ~ 300 K в течение t >= 4x10(3) ч и релаксация внутренних напряжений, измеренных по кривизне-кручению решетки. В покрытиях Ti–Si–B–N с примесями кислорода и углерода наблюдаются стабильные значения H(mu) ~ 55...60 ГПа в структурных состояниях, отвечающих двухуровневой зеренной структуре легированного кремнием нитрида титана и аморфных зернограничных фаз. В покрытиях AlN/Cu при однородном распределении нанозерен нитрида алюминия (d < 20...25 нм) низкие значения твердости H(mu) = 12...15 ГПа обусловлены высокой объемной долей металлической фазы. Выполнен анализ перспективности нанопокрытий типа MeN/металл и MeN/аморфная фаза (Me–Ti, Zr, V, W, Cr).

Методом электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микро- и нанотвердости исследованы особенности взаимосвязи тонкой структуры с изменением прочностных свойств наноструктурных и нанокомпозитных покрытий Ti-Si-B-N с высоким содержанием примесей кислорода и углерода. Показано, что в условиях низкотемпературного (Т=200С) нанесения покрытий формируется двухуровневая зеренная структура с фрагментацией зерен размером 0,1-0,3 мкм на субзерна размером 15-20 нм. С увеличением содержания кремния и бора формируются бестекстурные покрытия с размером зерна кристаллической фазы менее 15 нм и высокой объемной долей рентгено-аморфной составляющей структуры. При температурах нанесения покрытий 400-450С наблюдается нанокомпозитная структура с отсутствием текстуры. Для всех изученных составов и условий получения обнаруживается кристаллическая фаза с параметром решетки а=(0,416-0,420). При оптимальных составах и условиях синтеза значения твердости превышают 40-50ГПа. Высказано предположение о возможности достижения сверхтвердости при многофазных зернограничных прослойках толщиной более 1 нм.

Методами ОЭС, ПЭМ и рентгеновского фазового анализа исследован элементный состав, морфология и структурно-фазовое состояние поверхностного слоя титана, имплантированного ионами алюминия. Установлено, что в имплантированном слое толщиной 2.6 мкм со структурой твердого раствора алюминия в титане образуются мелкодисперсные (-70 нм) фазы интерметаллидов Ti3Al и TiAl, которые могут объединяться в конгломераты размером до 584 нм, а также соединения состава TiAl3. Модифицированный поверхностный слой ионо-имплантированного титана характеризуется повышенными физико-механическими свойствами.