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.

Приведены результаты исследований структуры, прочностных свойств и сопротивления изнашиванию боридных покрытий на конструкционныех сталях 15Н3МА и 14ХН3МА. Установлена взаимосвязь между структурой, фазовым составом и характером разрушения боридных слоев при нагружении.

Изучено влияние тепловой обработки при газотермическом оплавлении покрытий из Ni-Cr-D-Si-сплавов на их структуру, фазовый состав твердость. Показано формирование покрытий со структурой никелевой матрицы, представленной иерархией трех размерных уровней, и упрочняющими карбидными и боридными фазами различной дисперсности. Изучено распределение микротвердости по сечению покрытий и в зонах выделений трех фаз. Установлено, что при ультразвуковой обработке оплавленных покрытий на основе никеля, подавляется образование дендритов, вырастают размеры колоний боридной эвтетики.

В работе предложен комплексный подход к созданию многоуровневой структуры в поверхностных слоях металлокерамических материалов на основе импульсного электронно-лучевого воздействия. Данный подход включает в себя построение моделей неравновесных процессов формирования многоуровневых структурно-фазовых состояний в поверхностном слое композита, теоретическое изучение влияния сформировавшейся в результате электронно-лучевой обработки структуры на прочностные и деформационные характеристики, а также характер разрушения поверхностного слоя, и экспериментальную верификацию результатов теоретических исследований. Предварительные результаты применения комплексного подхода продемонстрировали важную роль формирования многомасштабной структуры в поверхностных слоях металлокерамических сплавов в повышении служебных характеристик образцов, в частности их износостойкости. Обсуждаются преимущества использования импульсного электронно-пучкового облучения с высокой плотностью мощности и достаточно большим числом импульсов для формирования многомасштабных структур в твердых сплавах.

В первой части рассмотрены основы формирования структуры и свойств чугунов, их классификация в зависимости от формы включений графит, влияние химических элементов на структуру и свойства чугуна. Приведены химический состав, механические свойства и микроструктура серого, белого, высокопрочного ковкого и антифрикционного чугунов, Во второй части дана классификация сталей и сплавов, приведены их химический состав, механические свойства и структура. В третьей части рассмотрены состав, структура и свойства меди и сплавов на ее основе (латуней, бронз), подшипниковых сплавов на основе олова и свинца (баббитов), алюминия и его сплавов, цинка и никеля. Структуры различных видов чугуна, стали и цветных металлов иллюстрированы микрофотографиями, приведенными отдельно в Приложениях 1-3. В качестве пособия для студентов средних и высших металлургических, машиностроительных и политехнических учебных заведений, а также работников металловедческих и литейных лабораторий.

Исследовано влияние нанокомпозитных покрытий на основе Fe–Cr–Ni–N, нанесенных на образцы из высокопрочной стали 38ХН3МФА с помощью магнетронного напыления при разном парциальном давлении азота в условиях ионной бомбардировки и нагрева подложки на износостойкость и нанотвердость металлического компонента при работе в паре трения «сталь 38ХН3МФА –полиамид ПА-66». На основании анализа фазового состава, параметра решеток, среднего размера зерен, определенных рентгеноструктурным методом, обсуждается взаимосвязь свойств покрытий с их структурно-фазовым состоянием.

В рамках теории функционала электронной плотности рассчитаны электронная структура и магнитные свойства границы раздела (110) полуметаллического сплава Гейслера NiMnSb с полупроводниками в зависимости от конфигурации контактных атомов. Показано, что спиновая поляризация существенным образом зависит от атомной конфигурации атомов на контактах. Анализируется природа интерфейсных состояний на рассмотренных контактах. Получена практически 100%-ная спиновая поляризация для конфигурации с никелем и сурьмой, которые в сплаве занимают соответствующие позиции аниона и катиона в полупроводнике. Оценка энергии адгезии на границах раздела показала, что контакты с максимальной спиновой поляризацией имеют также наибольшую энергию адгезии и являются энергетически выгодными и стабильными. работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ (грант № 08-02-92201 ГФЕН_а) и проекта ИФПМ СО РАН 5.2.1.19. Расчеты в проводились на вычислительном кластере СКИФ Cyberia в Томском гос. университете.

Рассмотрены условия формирования на титане биоактивных кальцийфосфатных поверхностных слоев, содержащих гидроксиапатит, методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) в электролитах различного химического состава. Изучены их состав, морфология, антикоррозионные и механические характеристики. по результатам исследования предложены оптимальные режимы получения. Поверхностные слои, формируемые на титановых имплантатах, были изучены в условиях in vitro и in vivo. Показано, что биологическая активность покрытий определяется суперпозицией специфических параметров: химическим составом, в частности, значениями концентрации кальция и фосфора, их отношением и морфологией (шероховатостью) поверхности.

Представлены результаты экспериментального исследования влияния порошковых наномодификаторов из тугоплавких соединений на прочностные свойства, макро- и микроструктуру жаропрочного сплава Inconel 718. Показано, что введение в расплав порошковых модификаторов приводит к уменьшению среднего размера зерна в сплаве в 1.5—2 раза. Длительная прочность на разрыв сплава при 650°С повышается 1.5—2 раза, число циклов до разрушения при 482°С увеличивается более чем в 3 раза. Указанное влияние наночастиц на зеренную структуру и прочностные свойства сплава обусловлено увеличением числа образующихся центров кристаллизации и формированием скоплений наночастиц тугоплавких соединений на границах и стыках образовавшейся зеренной структуры, препятствующих развитию процессов рекристаллизации сплава.