Методами рентгеноструктурного фазового анализа и просвечивающей дифракционной электронной микроскопии исследована микроструктура и фазовый состав поверхностных слоев стали 40Х13 после облучения высокоинтенсивными низкоэнергетическими пучками ионов, ультразвукового поверхностного модифицирования и комбинированной обработки, включающей ультразвуковое модифицирование поверхности и ионную имплантацию. Обнаружено, что ультразвуковое модифицирование поверхности стали приводит к изменению структуры отпущенного мартенсита и образованию в мартенситных пластинах субмикрокристаллической зеренной структуры с размером зерна 0.3 мкм и наноразмерных специальных карбидов Cr23C0. Ионная имплантация исследуемой стали приводит к формированию азотированного слоя, состоящего из нитридной зоны - смеси нескольких фаз и зоны внутреннего азотирования. Предварительная ультразвуковая модификация приводит к увеличению нанотвердости и толщины азотированного слоя, что обусловлено более интенсивным проникновением атомов азота в поверхностный слой, увеличением в нем объемной доли нитридов железа и плотности ультрадисперсных частиц нитридов хрома.

Представлены результаты комплексного исследования микроструктуры и механических свойств поверхностных слоев титана в различных структурных состояниях (субмикрокристаллическое, микрокристаллическое и крупнозернистое), модифицированного в условиях имплантации ионами алюминия. Повышение физико-механических свойств титановых материалов основано на формировании модифицированного поверхностного слоя, состоящего из реструктурированной исходной мишени и формируемого твердого раствора. Уменьшение размера зерна исходного материала приводит к внедрению компонентов на большие глубины вследствие диффузии, что, в свою очередь, оказывает положительное влияние на свойства имплантированных материалов.

Методами ОЭС, ПЭМ и рентгеновского фазового анализа исследован элементный состав, морфология и структурно-фазовое состояние поверхностного слоя титана, имплантированного ионами алюминия. Установлено, что в имплантированном слое толщиной 2.6 мкм со структурой твердого раствора алюминия в титане образуются мелкодисперсные (-70 нм) фазы интерметаллидов Ti3Al и TiAl, которые могут объединяться в конгломераты размером до 584 нм, а также соединения состава TiAl3. Модифицированный поверхностный слой ионо-имплантированного титана характеризуется повышенными физико-механическими свойствами.

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.