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.??.

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 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.

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.

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.

Обобщены результаты электронно-микроскопических исследований структурных состояний с высокой кривизной кристаллической решетки, формирующихся в широком классе металлических материалов в различных условиях интенсивной пластической деформации: прокатка, равноканальное угловое прессование, механическая активация в планетарных шаровых мельницах и кручение на наковальнях Бриджмена. Выделено два типа таких состояний: субструктура с упругопластической кривизной кристаллической решетки десятки градусов на мкм, формирующаяся в процессе накопления высокой плотности избыточных дислокаций одного знака, и состояние с упругой кривизной кристалла до нескольких сотен градусов на мкм в нанообъемах размерами несколько нанометров. Проведен анализ условий формирования этих состояний, особенностей их эволюции и роли в реализации различных механизмов пластической деформации и формирования нанокристаллических структур.

В рамках концепции создания многокомпонентных нанокомпозитных покрытий, предполагающей одновременное зарождение островков различных взаимно нерастворимых или малорастворимых фаз при самоорганизации микроструктуры в процессе синтеза, разработаны и получены покрытия системы Al-Cr-Si-Ti-Cu-N. С применением методов рентгеноструктурного анализа, растровой и просвечивающей электронной микроскопии проведено комплексное исследование влияния режимов ионно-плазменного синтеза на особенности микроструктуры, микротвердость, элементный и фазовый состав изучаемых покрытий. Обсуждаются пути оптимизации режимов получения многокомпонентных нанокомпозитных покрытий указанной выше системы.

С использованием методов просвечивающей электронной микроскопии и микрорентгеноспектрального анализа выполнено исследование изменения микроструктуры, напряжений и элементного состава в тонких фольгах на поперечных сечениях градиентного покрытия системы Ti—Al—Si—N. Показано, что с ростом по толщине покрытия концентрации легирующих нитрид титана элементов его структура меняется от столбчатых зерен субмикронного размера к нанокристаллическим зернам. Для отмеченных структурных состояний установлено изменение величин структурных характеристик (параметр и изгибы-кручения кристаллической решетки, размеры кристаллов и тип внутризеренной дефектной структуры) и уровня остаточных напряжений. Обнаружено изменение величины и знака остаточных напряжений при смене типа структурного состояния.??.