В монографии представлены результаты теоретического и экспериментального исследования особенностей формирования поверхностных слоев материалов и покрытий в неравновесных условиях, типичных для современных способов обработки с использованием ионно-плазменных и импульсных электронно-лучевых технологий. Развиты подходы к теоретическому описанию механического поведения материалов, находящихся в неравновесном состоянии; к изучению диффузионных процессов в неравновесных условиях. Дано обобщение экспериментальных исследований механических свойств и структуры гомогенных и гетерогенных материалов с поверхностным слоем, модифицированным с применением высокодозовой ионной имплантации, электронных пучков и магнетронного распыления. Описаны физические явления, сопровождающие формирование неравновесных состояний поверхностных слоев, и их кинетические закономерности. Для специалистов, работающих в области поверхностной инженерии, а также студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

Представлены результаты исследования морфологии и физико-химических параметров биокопозита на основе объемного наноструктурного титана и микродугового Ca-Р покрытия до и после их растворения в биологической жидкости. Растворение Ca-Р покрытия происходит преимущественно в зонах концентраторов напряжений, при этом параллельно с ионами кальция накапливаются фосфатные группы, приводящие к снижения pH раствора. На основе предложенной математической модели диффузионного взаимодействия имплантанта с раствором определен эффективный коэффициент диффузии кальция в растворе.

Исследованы структурные характеристики и трибомеханические свойства покрытий на основе системы Ti-Al-N, полученных в условиях магнетронного напыления без и с сопровождением ионной бомбардировкой, а также путем послойного напыления с ионнолучевой обработкой каждого слоя. Установлен характер влияния температуры осаждения и способа ионной обработки на микро- и нанотвердость, модуль упругости и износостойкость покрытий. На основании анализа фазового и химического состава покрытий и определения уровня внутренних упругих напряжений, параметра решетки, среднего размера и кристаллографической ориентировки зерен основной фазы Ti1-хAlхN обсуждаются возможные механизмы наблюдаемого изменения свойств покрытий.

Предложена и исследована двумерная модель синтеза покрытия на подложке в условиях регулируемого нагрева, учитывающая кинетические и тепловые явления. В качестве модельной системы покрытия выбрана смесь порошков Ti и Ni, в качестве подложки - сталь. Система химических реакций записана в соответствии с диаграммой состояния Ti-Ni. В модели учитывается, что химические реакции тормозятся слоем продукта. Задача решена численно. Определены распределения температуры и концентраций элементов и соединений в различные моменты времени для различных условий синтеза. Показано, что при любой организации процесса синтезированный материал оказывается химически неоднородным.

Исследованы микроструктура и фазовый состав катодов, спеченных из прессованных смесей порошков титана и кремния, а также ионно-плазменные покрытия, полученные вакуумно-дуговым распылением спеченных катодов. Обнаружено уменьшение содержания кремния в покрытиях по сравнению с катодами.

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.

Исследованы структурно-фазовые состояния поверхностны слоев никелида титана с покрытиями из молибдена толщиной 200 и 500 нм, сформированных методом магнетронного напыления. Обсуждаются особенности тонкой атомно-кристаллической структуры материала в покрытии и прилежащих к нему слоях подложки. определен характер микродеформации кристаллической решетки молибдена, изучены закономерности ее изменения по толщине покрытия. установлено, что кристаллическая решетка молибдена в покрытии характеризуется наличием ориентированных микродеформаций разных знаков: сжатия вдоль поверхности образца и растяжения по нормали к ней. Кристаллическая структура В2-фазы никелида титана в области, сопряженной с покрытием, имеет увеличенный параметр элементарной ячейки.