Цель работы - исследовать коррозионные свойства и цитотоксичность образцов никелида титана после модификации их поверхности пучками ионов кремния, а также пролиферативную способность мезенхимальных стволовых клеток костного мозга крысы на ионно-модифицированных поверхностях образцов этого сплава. Показано, что ионно-пучковая обработка кремнием образцов NiTi привела к повышению коррозионной стойкости этих материалов в водных растворах NaCl (имитатор физиологического раствора) и плазмы крови человека почти в 2 раза и существенному снижению концентрации никеля после длительного содержания образцов в этих растворах (для раствора плазмы крови примерно в 20 раз). Обнаружено, что образцы NiTi-Si, содержащие кремний в поверхностном слое, приобрели свойства, благоприятствующие пролиферации мезенхимальных стволовых клеток (МСК) на их поверхности по сравнению с образцами NiTi, не подвергавшимися ионно-пучковой обработке.

Представлены результаты цикла исследований, связанных с изучением влияния на коррозионные свойства и биосовместимость никелида титана in vivo, наличия тонких безникелевых барьерных слоев, сформированных на его поверхности с использованием ионно- и электронно-лучевых воздействий. Элементом легирования выбран титан. Показано, что для достижения положительного эффекта особое значение имеет специальная подготовка поверхностного слоя материала подложки. В случае предварительной электронно-лучевой обработки подложки барьерный слой, сформированный ионно-лучевым воздействием ионами Ti, более однороден п составу и почти не содержит никеля по всей своей глубине. Это приводит к понижению концентрации никеля в биопробах почти в два раза, что повышает биосовместимость имплантатов с модифицированной поверхностью. Обнаружено, что гистопатологические особенности "протеино-подобной" (ПП)- и "коллагено-подобной" (КП)-пленок прямо коррелируют с физико-химическими и морфологическими свойствами поверхностей имплантатов из никелида титана. На основе полученных результатов сделаны рекомендации использования обработок ионными и электронными пучками как финишные обработки поверхностей имплантатов для медицины.

Методами дифракции обратнорассеянных электронов проведено исследование изменения микроструктуры приповерхностного слоя никелида титана после импульсных воздействий на поверхность образцов сплава потоками ионов кремния средних энергий. Показано, что после ионно-пучкового облучения поверхности образцов наблюдается изменение и фрагментация структуры приповерхностного слоя на глубину 5-15 мкм, меньшую среднего размера исходного зерна исследуемого сплава. Установлено, что характерными особенностями слоя с фрагментированной структурой являются присутствие в нем мартенситной фазы В19' и высокая концентрация межфазных и внутрифазовых границ раздела, линейные размеры фрагментов превышают 1 мкм, измельчение структуры слоя под облученной поверхностью неоднородно и зависит от кристаллографической ориентации исходного зерна. Высказано предположение, что одной из причин интенсивной фрагментации отдельных зерен исходной фазы В2 после ионно-пучковой обработки является близость ориентации основных систем скольжения направлению воздействия ионными пучками. Возможно, это привело к более раннему, по сравнению с остальными зернами, запуску процесса пластической деформации таких зерен и, как результат, частичной фрагментации их структуры.

Изучены закономерности изменения химического состава и микроструктуры никелида титана после воздействия на его поверхность потоками ионов кремния в режиме высокодозовой ионной имплантации. Показано, что воздействие пучками ионов кремния на поверхность сплава TiNi приводит к формированию оксидного слоя в ~ 6 раз большей толщины, чем у исходного сплава, с содержанием кислорода в нем на ~ 20 % больше, чем до ионно-пучковой обработки, и обеднением никелем вплоть до его отсутствия в приповерхностном слое облученного образца толщиной около 20 нм. Исследования методами дифракции обратнорассеянных электронов приповерхностной зоны под облученной поверхностью в образцах никелида титана показали, что под действием пучков ионов кремния имеет место фрагментация приповерхностной части отдельных зерен фаз В2, выходящих на поверхность, с образованием зеренно-субзеренной структуры с уменьшением размеров фрагментов (зерен) до 5-15 мкм. Высказано предположение о влиянии ориентации зерна на выявленный эффект.

Метод рентгеноструктурного анализа с использованием асимметричной схемы отражения развит до получения одномерных распределений структурно-чувствительных физических величин по глубине. Из получаемого в эксперименте набора усредненных величин по различным толщинам эффективно отражающего слоя, методика позволяет восстанавливать координатную зависимость этих величин. Методика может быть полезна при изучении физической и химической неоднородностей в поверхностном слое материала, создаваемых закалкой, различными видами поверхностного облучения, поверхностным легированием, наплавкой, нанесением пленок и т. д. В работе она применена для получения распределений по глубине нормальной и касательной микродеформаций, связанных с напряжениями 1-го рода, в подвергнутых электронному облучению образцах никелида титана с плоской поверхностью.

В работе исследуются нелинейные процессы, сопровождающие диффузию кислорода з адсорбционного слоя в глубь сплава в условиях воздействия импульсного электронного потока высокой мощности на основе математической модели. учитывающей неравновесную активацию и плавление. Модель включает уравнение теплопроводности, диффузии и кинетики с соответствующими импульсной электронно-лучевой обработке начальными и граничными условиями. Приводятся оценки кинетических параметров. Рассчитываются распределение температуры и концентрации кислорода по пространству и времени при различных значениях плотности потока и длительности импульса; определяется глубина зоны прогрева и диффузии, проводится сравнение результатов с учетом активации и без нее.

Развита методика рентгеноструктурного анализа неоднородного по глубине материала. Исследована структура интерметаллида TiNi, подвергнутого поверхностной электронно-лучевой модификации. Выявлено три дифференцированных по микрокристаллической структуре слоя: внешний остротекстурированный слой с текстурой в направлении [100]И2 и уменьшенным на 1% параметром периодичности решетки в направлении нормали к поверхности, промежуточный градиентно-напряженный слой с текстурой исходного слитка и неизмененный материал. Кристаллическая решетка поверхностного слоя, как и промежуточного, находится в растянутом вдоль поверхности и сжатом нормально поверхности состоянии. Это искажение решетки максимально в поверхностном слое и убывает вглубь материала.

Проведены исследования элементного состава и микротвердости поверхностного слоя образцов инструментальных сталей с карбидным упрочнением после восстановительной термообработки и последующей имплантации ионов Ti в различных режимах. Исследования износостойкости выполнены на пуансонах, служащих для холодного выдавливания корпусов веловтулок. Установлена корреляция между характером изменения элементного состава и служебными характеристиками изделий в зависимости от режимов имплантации.