Предложена модель разложения частицы в электрическом поле с учетом тепло- и массообмена между частицей и окружающей ее жидкой фазой. Исследована динамика процесса разложения при варьировании мощности источника тепла, коэффициента сжимаемости, константы скорости реакции и доли частиц. Представлены оценки возникающих напряжений и деформации частицы. Предполагается, что причиной разрушения частиц, взвешенных в электролите, может быть смена знака тангенциальных напряжений на некотором расстоянии от центра частицы, зависящем от параметров модели.

Приведены результаты исследования свойств покрытий на основе оксида титана, нанесенных на титановые подложки методом микродугового оксидирования, устанавливающие связь физико-механических характеристик поверхности покрытий с их медико-биологическими свойствами. Необходимая топография поверхности формировалась пескоструйной обработкой подложки и контролировалась по значениям индекса шероховатости Ra. Установлена линейная зависимость амплитуды отрицательного электростатического потенциала оксидного покрытия от величины Ra. Топография поверхности микродугового покрытия определяет его поверхностный отрицательный потенциал, который, по-видимому, снижает жизнеспособность лейкозных Т-клеток линии Jurkat через электростатические и биологические механизмы, не связанные с генерацией внутриклеточных активных форм кислорода.

Во второй части книги систематизированы сведения о современном методе поверхностной обработки и упрочнения металлов, позволяющем получать многофункциональные защитные покрытия — микродуговом оксидировании (МДО). Рассмотрены история развития исследований по данному вопросу, механизм формирования анодных оксидных пленок, система металл—оксид—электролит и ее особенности, асимметрия проводимости в этой системе, пробой анодных оксидных пленок и искрение, основные представления о процессе МДО и его механизме, роль разряда и динамика его развития при формировании покрытий, получаемых методом МДО, классификация микроплазменных методов, основы технологии МДО (электролиты, режимы), оборудование микродугового оксидирования. Дан сравнительный анализ различных методов анодирования и микродугового оксидирования, проанализирована практика микродугового оксидирования. Подробно рассмотрены состав, структура и свойства МДО-покрытий. Приведены многочисленные примеры применения МДО-покрытий. Для инженерно-технических и научных работников, студентов технических ВУЗов.

В работе представлены результаты комплексных исследований структурно-фазового состояния, физико-механических и трибологических свойств наноструктурированных титана и циркония при ионно-лучевой и микродуговой обработках. Показано, что низкотемпературное ионно-лучевое азотирование титана и циркония существенно (в 25-35 раз) увеличивает износостойкость его поверхностного слоя и на 40% понижает коэффициент трения при фрикционном сопряжении. Микродуговое оксидирование титана в растворе ортофосфорной кислоты, гидроксилапатита и карбоната кальция позволяет создавать кальций-фосфатные покрытия с высокими физико-механическими свойствами. Трибологические испытания в режиме сухого трения и в изотоническом растворе хлорида натрия показали, что биокомпозиционный материал на основе наноструктурированного титана и кальций-фосфатного покрытия демонстрирует достаточно высокий коэффициент трения 0,4-1,0 в процессе фрикционного взаимодействия с сверхвысокомолекуляярным полиэтиленом и костной тканью. Существенное повышение триботехнических свойств наноструктурированных циркония и титана с модифицированными поверхностными слоями делает эти материалы весьма перспективными для применения в медицине и технике.

Исследована взаимосвязь регистрируемых циклических вольтамперных кривых и свойств оксидно-керамических покрытий, формируемых в процессе микроплазменного оксидирования. Выявлено, что аналитический сигнал активной составляющей тока на вольтамперной кривой является показателем толщины и пористости формируемого покрытия. Показано, что по форме регистрируемых вольтамперных характеристик можно прогнозировать свойства получаемых оксидно-керамических покрытий и управлять процессом микроплазменной обработки.

Предложена математическая модель для описания процессов в электролитической ванне при нанесении кальций-фосфатных покрытий микродуговым методом. Учитываются диффузия в жидкой и твердых (взвешенных частицах и титановом образце, на который наносится покрытие) фазах; основные химические превращения в частицах и в жидком растворе. Разработан алгоритм численного решения задачи, учитывающий различие характерных масштабов в различных фазах. Представлены отдельные расчеты, иллюстрирующие возможности модели.

Методом микроплазменного оксидирования в растворе силикатного электролита на поверхности циркония, напыленного на медную подложку, сформированы оксидно-керамические покрытия. Определены оптимальные режимы микроплазменной обработки. Установлена корреляция между вольтамперными характеристиками процесса оксидирования и свойствами формируемых покрытий. Показано, что свойства оксидного покрытия зависят от технологии получения компонентов электролита.

Методом скретч-тестирования изучены механизмы разрушения покрытий TiAIN, нанесенных на подложки из стали 12Х18Н9Т. Показано, что разрушение покрытий начинается с образования трещин в вершинах навалов, образующихся вдоль царапины вследствие пластического оттеснения материала подложки. При последующем увеличении приложенной к индентору нагрузки характер разрушения покрытий определяется конкуренцией между растягивающими напряжениями позади индентора, вызванными силой трения, и напряжениями по периметру области контакта, обусловленными изгибом покрытия вследствие нормальной нагрузки. Установлено, что предварительная обработка подложки пучками ионов Ti обеспечивает одновременное повышение твердости и трещиностойкости покрытий TiAIN.

В данной работе представлены результаты разработки и исследований биокерамических кальций-фосфатных покрытий с высоким содержанием кальция. Фазовый, элементный состав и микроструктура были исследованы методами рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии. Механические свойства оценивались по результатам измерений микротвердости, поведению при растяжении и накоплению микропластической деформации. Биологические свойства были определены по стандартным методикам. Исследования показали, что покрытия имеют сложный полифазовый состав на основе кальцийсодержащих соединений. Нанесение Са–Р покрытий повышает эксплуатационные характеристики и придает имплантату биоактивные свойства, что улучшает способность имплантата к интеграции с костной тканью.

Приведены данные по структуре, механическим характеристикам и остеогенным свойствам биокомпозиционного материала на основе субмикрокристаллического титана и микродугового кальций-фосфатного покрытия. Модифицированный микродуговой метод позволил сформировать кальций-фосфатные покрытия со слоистой пористой структурой. Биокомпозиционный материал на основе субмикрокристаллического титана с кальций-фосфатным покрытием по уровню механических свойств соответствует требованиям, предъявляемым к биоимплантатам. Титановые имплантаты с кальций-фосфатными покрытиями с высокой вероятностью способствуют формированию костной ткани в тесте эктопического костеобразования.