Проанализированы и систематизированы физико-химические процессы при формировании материалов с нанокристаллической и аморфной структурой при плазменном напылении. Эти материалы формируются при раздельном затвердевании на подложке напыляемых частиц дискообразной формы. Значительные градиенты по температуре и скорости плазменной струи наследуются напыляемыми частицами и структурой полученного материала. Разработаны и исследованы способы плазменного напыления покрытий из проволоки и порошка с более узкими пределами энергетического состояния напыляемого материала. что увеличивает однородность их структуры и механических свойств. Однородность структуры покрытия повышается при использовании специальной насадки, выравнивающей температур напыляемых частиц и полностью устраняющей тепловое действие плазменного потока на формируемое покрытие. Разработанный способ напыления применили для формирования ряда материалов со специальными физическими свойствами в нанокристаллическом и аморфном состоянии. ВТСП материалы на основе меди и висмута получали при термообработке напыленных аморфных полуфабрикатов. Сплавы на основе кобальта использовали для напыления аморфных магнитно-мягких покрытий для защиты электронной аппаратуры от электромагнитного излучения. Плазменные покрытия рассмотрели как металлургический полуфабрикат, механических свойства. которого могут быть улучшены термопластической обработкой при высоких скоростях нагрева и охлаждения. Аморфные покрытия из высоколегированных чугунов переводили в нанокристаллическое состояние при последующей термопластической обработке. Регулирование температуры и времени пребывания напыляемого материала в жидком состоянии при плазменном напылении позволило сформировать керметные материалы, TiCN - NiMo, упрочненные наноразмерными фазами. Получены систематические данные по легированию напыленной алюминиевой матрицы переходными металлами. Такие алюминиевые сплавы позволяют повысить рабочую температуру волокнистого композиционного материала Al - В до 670К. Потребность в материалах с высокой пористостью и прочностью реализовали в принципиально новых трехмерных капиллярно-пористых покрытиях, которые уже успешно используются на поверхности внутрикостных имплантатов.

Методом ПЭМ исследовано структурно-фазовое состояние и дефектная структура нанокомпозитных покрытий TiN/Cu, AlN/Cu на подложках из нержавеющей стали и сплава ВТ-20. Установлено, что в процессе роста покрытия AlN/Cu формируется однородная по толщине гетерофазная нанокристаллическая структура, содержание металлической фракции в которой не превышает 10%.

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).

Исследованы состав, структура, микротвердость и износостойкость покрытий на основе TiCxNy и Ti1–xAlxN, осаждаемых с помощью магнетрона постоянного тока в условиях высоких мощностей разряда и низких давлений рабочей газовой смеси. Обнаружено значительное повышение микротвердости и износостойкости покрытий TiCxNy с увеличением отношения парциальных давлений ацетилена к азоту, а покрытий Ti1–xAlxN при увеличении температуры осаждения, которое связывается с изменениями состава и структурных характеристик покрытий.

В настоящей монографии рассмотрено современное состояние технологий обработки материалов пучками частиц и потоками плазмы, а также нанесения защитных и комбинированных покрытий. Представлен обширный экспериментальный материал, для описания которого предлагаются различные физические подходы и концепции, а также новые физические модели. Он включает широкий круг вопросов — от модификации материалов с помощью мощных ионных и электронных пучков, электролитно-плазменной обработки сталей и сплавов, включая электролитно-плазменное модифицирование, до нанесения защитных нанокомпозитных покрытий. Описаны также способы получения полимерных нанокомпозитов, их свойства и возможность управления ими при помощи магнитных полей. Особое внимание уделено упорядоченным покрытиям и структурам, самопроизвольно возникающим или искусственно создаваемым с помощью ионно-плазменной обработки. Такие структуры являются оптимальными с точки зрения предложенного варианта теории параметрического управления свойствами материалов. Книга предназначена для специалистов, занимающихся процессами ионно-лучевой обработки, радиационным материаловедением, физикой твердого тела; может быть полезна также аспирантам и студентам физических и инженерно-физических факультетов вузов.

Изложены базовые основы конструирования композитов. Дан сравнительный анализ свойств, методов производства и областей применения основных групп композиционных материалов. Выделен синергетический, мультидисциплинарный подход к проектированию и использованию потенциальных возможностей композитов в технологиях будущего. Рассмотрены новые типы композиционных материалов, такие как нано-, биокомпозиты, кейвориты и др. Для студентов и аспирантов материаловедческих специальностей вузов, а также для научных и инженерно-технических работников, занимающихся проектированием и созданием материалов и изделий новой техники.

Рассмотрены методы оценки адгезионной прочности, изучена морфология поверхности, проведен послойный элементный анализ в приповерхностном объеме никелида титана с покрытиями из молибдена и тантала различной толщины. Показано, что механическая и адгезионная прочность покрытий зависит от его толщины, а также от химического состава пленки и подложки.

Методом рентгеноструктурного анализа исследованы структурно-фазовые состояния в поверхностных слоях никелида титана с покрытиями из Мо толщиной 200 нм и 500 нм, сформированными методом магнетронного напыления. Материал в покрытии имеет однокомпонентный химический состав и однофазную ОЦК-кристаллическую структуру Мо. Исследованы особенности тонкой атомно-кристаллической структуры материала в покрытии и в слоях подложки, прилежащих к нему. Установлено, что кристаллическая ОЦК решетка Мо в покрытии характеризуется наличием ориентированных микродеформаций разных знаков: сжатия вдоль поверхности образца и растяжения перпендикулярно к ней. Кристаллическая структура В2 фазы никелида титана в области, сопряженной с покрытием, имеет увеличенный параметр элементарной ячейки. измеренный в направлении нормали к поверхности.