Рассмотрены методы оценки адгезионной прочности, изучена морфология поверхности, проведен послойный элементный анализ в приповерхностном объеме никелида титана с покрытиями из Мо и Та различной толщины. Показано, что механическая и адгезионная прочность покрытий зависит от химического состава пленки и подложки, а также толщины покрытия.

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.

Рассмотрены методы оценки адгезионной прочности, изучена морфология поверхности, проведен послойный элементный анализ в приповерхностном объеме никелида титана с покрытиями из молибдена и тантала различной толщины. Показано, что механическая и адгезионная прочность покрытий зависит от его толщины, а также от химического состава пленки и подложки.

Методом рентгеноструктурного анализа исследованы структурно-фазовые состояния в поверхностных слоях никелида титана с покрытиями из Мо толщиной 200 нм и 500 нм, сформированными методом магнетронного напыления. Материал в покрытии имеет однокомпонентный химический состав и однофазную ОЦК-кристаллическую структуру Мо. Исследованы особенности тонкой атомно-кристаллической структуры материала в покрытии и в слоях подложки, прилежащих к нему. Установлено, что кристаллическая ОЦК решетка Мо в покрытии характеризуется наличием ориентированных микродеформаций разных знаков: сжатия вдоль поверхности образца и растяжения перпендикулярно к ней. Кристаллическая структура В2 фазы никелида титана в области, сопряженной с покрытием, имеет увеличенный параметр элементарной ячейки. измеренный в направлении нормали к поверхности.

В результате исследований выявлен ряд закономерностей, связанных с толщиной покрытия и формированием промежуточных слоев, содержащих атомы примесных элементов - С и О; влияние сорта имплантируемых ионов на топографию поверхности, на механизмы разрушения и критические значения параметров адгезионной прочности системы "покрытие/подложка".

Исследовано влияние тонких слоев из молибдена или тантала, созданных магнетронным напылением на поверхности никелида титана, на его физико-механические свойства, в том числе - сверхэластичность (СЭ), реактивные напряжения, а также микротвердость покрытий и спряженных с ними областей материала подложки.

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.

Методом рентгеноструктурного анализа исследовано влияние электронно-пучковых воздействий на структурно-фазовые состояния в поверхностных слоях образцов никелида титана с покрытиями и молибдена. Показано, что электронно-лучевая обработка (потоки электронов низких энергий) образцов никелида титана с покрытиями из молибдена в случае высоких плотностей энергии в электронном пучке (Е=30Дж/см2) приводит к формированию на их поверхности слоя, легированного молибденом, с увеличенным параметром элементарной ячейки В2-фазы TiNi, в то время как внутренние объемы не претерпевают существенных изменений. В случае малых плотностей энергии (Е=15Дж/см2) покрытие только частично растворяется в подложке, параметры элементарных ячеек В2-фазы TiNi и ОЦК-Мо покрытия уменьшается относительно исходных значений. Выявлено, что размеры D областей когерентного рассеяния в фазе В2 подложки и ОЦК-Мо-покрытий образцов после электронно-лучевых обработок ни изменились относительно значений в исходных образцах.

Представлены результаты исследований in vivo закономерностей формирования тонких пленок, мягких и твердых (костных) тканей органической природы на поверхностях имплантатов из никелида титана с поверхностными слоями, модифицированными ионными и электронными пучками, их коррозионной стойкости, анализа накопления продуктов коррозии - металлических ионов в удаленных от импланта органах животного (сердце, легкие, печень, селезенка, почки) и в тканях, прилежащих к имплантату. Обнаружено, что структура органических тканей, формирующихся на поверхности имплантата, зависит от материала имплантата. Сформированные на поверхностях имплантата из никелида титана ткани - более однородны по структуре, равномернее обволакивают имплантат, чем на поверхностях имплантата из титанового сплава ВТ6. Установлено, что морфология органических тканей зависит от способа поверхностной модификации металлического имплантата. Показано, что модификация поверхности с использованием ионов циркония, молибдена, а также электронно-лучевая обработка весьма эффективно повышает коррозионную стойкость и биосовместимость имплантатов из никелида титана, что проявляется в формировании тонкостенной обволакивающей капсулы, быстром восстановлении капиллярной системы вокруг имплантата, отсутствии (выше контрольных пределов) накопления металлических элементов (например, циркония, никеля) в тканях внутренних органов животных. Полученные результаты позволяют рекомендовать обработки ионными (со специальным выбором сорта иона) и электронными пучками в качестве финишных обработок поверхностей материалов и изделий, предназначенных для изготовления имплантатов для медицины.

Методом электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микро- и нанотвердости исследованы особенности взаимосвязи тонкой субструктуры с изменением прочностных свойств однофазных (TiN) и нанокомпозитных покрытий (TiN/Cu, AlN/Cu, Ti–Si–B–N) вблизи поверхности сопряжения с подложкой и на поверхности покрытия. Показано, что в покрытиях TiN, TiN/Cu, Ti–Si–B–N обнаруживается двухуровневая зеренная структура с фрагментацией зерен размером 0.1...0.3 мкм на субзерна размером 0.15...0.25 нм с малоугловыми (delta)(phi) = 4x10(3) ч и релаксация внутренних напряжений, измеренных по кривизне-кручению решетки. В покрытиях Ti–Si–B–N с примесями кислорода и углерода наблюдаются стабильные значения H(mu) ~ 55...60 ГПа в структурных состояниях, отвечающих двухуровневой зеренной структуре легированного кремнием нитрида титана и аморфных зернограничных фаз. В покрытиях AlN/Cu при однородном распределении нанозерен нитрида алюминия (d 20...25 нм) низкие значения твердости H(mu).

В настоящий тематический сборник включены статьи по проблемам наплавки, напыления, припекания защитных порошковых покрытий, спекания металлических порошков, прочности и теплофизики порошковых покрытий. Включены вопросы модельных представлений и экономики применительно к порошковым покрытиям, а также вопросы геометрии их поверхностей. Материалы сборника могут быть полезными для инженеров и научных работников в области сварочных процессов, процессов нанесения защитных износостойких покрытий, аспирантов и студентов технических вузов, физических и механико-математических специальностей университетов и педвузов.

Методом наноиндентирования проведено измерение твердости и модуля упругости тонких пленок Ti и TiO2 на подложке Si. Показано, что применение метода Оливера–Фарра в сочетании с вычислением истинной твердости позволяет корректно определить твердость тонких пленок, нанесенных на подложку, независимо от соотношения твердости пленки и подложки.

Обнаружен новый механизм деформации в наноструктурированных поверхностных слоях деформируемого твердого тела и тонких пленках — развитие локализованного пластического течения в виде двойных спиралей. Сформулированы условия развития нового механизма деформации мезомасштабного уровня. Показано, что подобный механизм деформации может развиваться только в многоуровневой среде, имеет волновую природу и хорошо согласуется с полевой теорией неупругой деформации.

Методами атомно-силовой и просвечивающей электронной микроскопии исследованы морфология поверхности и структура тонких пленок двуокиси кремния, нитрид бора, а также их двухслойной композиции. Пленки наносились методом газофазного химического осаждения по подложки GaAs. Показано, что температура подложки оказывает существенное влияние на рельеф поверхности и внутреннюю микроструктуру диэлектрических пленок. Слои, нанесенные при 473К, имеют аморфное строение с кристаллическими включенииями, а при 573К и выше являются нанокристаллическими. Усатновлено качественное соответствие между морфологией поверхности и структурой исследованных пленок.

Сформулирована и исследована математическая модель роста покрытия при магнетронном напылении. В оценке средних механических напряжений учитывается вклад как термической, так и диффузионно-химической природы. Показано. что кинетика реакции на поверхности играет не меньшую роль в эволюции напряжений, чем соотношение механических свойств растущего покрытия и подложки.

Исследована коррозионная стойкость композиционных оксид-фторопластовых покрытий в условиях химической коррозии во фторсодержащих средах. Показано, что фторопластовые покрытия, нанесенные на керамический подслой, обладают высокой адгезионной прочностью химико-термического взаимодействия. Установлено, что полученные фторопластовые покрытия обладают высокой коррозионной стойкостью во фторсодержащих средах.

Рассмотрена принципиальная возможность использования метода микродугового оксидирования для получения кальций-фосфатных покрытий на поверхности циркониевого сплава. Выполнено сравнение технологических параметров режимов формирования покрытий. Приведены результаты исследования морфологии полученных покрытий, их механических свойств (адгезионная прочность покрытия к подложке, шероховатость) и элементного состава.

В работе приведены результаты исследования структуры и трибологических свойств композиционных покрытий «диборид титана – металлическая связка», полученных методами электронно-лучевой наплавки, газопламенным напылением и напылением с последующим оплавлением электронным лучом. Показано, что покрытия, полученные электронно-лучевой наплавкой, обладают более высокими значениями износостойкости при абразивном изнашивании и износе в парах трения.

Исследовано влияние импульсного воздействия низкоэнергетического сильноточного электронного пучка на поверхностные слои никелида титана с многослойным покрытием из Ti и Zr. Методами РС и ОЭС показано, что после однократного воздействия происходит оплавление покрытия и формирование композиционного поверхностного слоя, содержащего фазы на основе элементов покрытия. После пятикратного воздействия образуется тонкий субмикрокристаллический слой, под которым располагается слой, состоящий из легированной цирконием трехкомпонентной фазы со структурой В2 на основе TiNi и мартенситной фазы со структурой В19. Проанализировано распределение микродеформации решетки фазы В2 по глубине.

Методом рентгеноструктурного анализа (РСА) исследованы структурно-фазовые состояния в поверхностных слоях никелида титана с покрытиями из молибдена, полученными методом магнетронного осаждения, а также особенности тонкой атомно-кристаллической структуры материалов покрытия, переходных слоев и прилежащих к ним слоев никелида титана. Выявлено, что композиционные слои, которые возникают в результате осаждения покрытия из молибдена, можно описать в виде градиентной субмикрокристаллической структуры из фаз с ОЦК-кристаллической решеткой. Переход от одного слоя к другому, нижележащему слою, сопровождается изменением параметра решетки той фазы, которая является его основой, что обеспечивает сопряжение структур и сплошность композиций "покрытие/основа из TiNi".

Методами сканирующей электронной и атомно-силовой микроскопии исследованы закономерности разрушения покрытий SiAIN на подложках Cu при одноосном растяжении. Показано, что скалывание покрытий происходит в зонах локальной кривизны границы раздела «SiAIN - Cu», образующихся в результате скольжения дислокаций в подложке. Предварительная ионная бомбардировка подложки позволяет подавить выход дислокаций на границу раздела «покрытие - подложка», а также повысить адгезионную прочность покрытий и предотвратить их краевое отслоение. В то же время возникающая в результате ионной бомбардировки волнистая граница раздела «покрытие - подложка» приводит к появлению нормальных к ней напряжений, которые обусловливают коробление и скалывание покрытий в областях положительной локальной кривизны границы раздела.

Приводятся результаты по исследованию влияния ультразвуковой обработки на рельеф, микроструктуру и фазовое состояние поверхности никелида титана. Показано, что ультразвуковое воздействие приводит к сильному упрочнению поверхностного слоя, его нанофрагентации и к изменению фазового состава.

Изложены результаты по исследованию влияния ультразвуковой обработки на микро- и мезорельеф, микроструктуру и фазовое состояние поверхности материала с эффектом памяти формы на основе никелида титана. Методами микроиндентирования, оптической профилометрии, рентгеноструктурного анализа, сканирующей туннельной микроскопии и позитронной аннигиляционной спектроскопии показано, что интенсивная пластическая деформация поверхностных слоев приводит к появлению мезорельефа, сильному (в 2–3 раза) упрочнению поверхностного слоя, его нанофрагментации и изменению фазового состава. В наноструктурном состоянии наблюдается высокая концентрация вакансий на границах зерен.

В рамках проводимых исследований отрабатывались составы исходных порошковых смесей и режимы их мехактивации для электронно-лучевой наплавки покрытий на медную подложку. В качестве матрицы покрытий на основе диборида титана использовали порошки ПХ20Н80 и ПГ-10Н-01, а также их смеси между собой. Изучены структура и механические свойства композиции «подложка – покрытие» в условиях сжатия и трения. Показано, что наплавка механически активированной в шаровой мельнице порошковой шихты, содержащей наноразмерные частицы TiB2, обеспечивает существенное повышение прочности и износостойкости покрытий.

Представлены результаты первопринципных расчетов электронной структуры сплавов Гейслера Co2MnGa(Si) и Ni2MnGa, а также их тонких пленок на полупроводниковых подложках. Анализируется влияние структурных дефектов на электронную структуру и магнитные свойства в объеме, на поверхности и границах раздела.

Методами оже-спектроскопии электронов, электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микротвердости исследованы особенности взаимосвязи состава, тонкой структуры с изменением прочностных свойств наноструктурных и нанокомпозитных покрытий Ti-Al-Si-N с высоким содержанием кислорода и углерода. Показано, что в данных покрытиях может быть сформирована фаза на основе TiN с нанокристаллической или двухуровневой зеренной структурой, распределенная в рентгеноаморфной фазе, объемна доля которой составляет 20-5-%. Характер зеренной структуры можно целенаправленно изменять легированием покрытий алюминием и кремнием. Установлено, что независимо от структурного состояния и состава покрытий в них наблюдается высокая термическая стабильность сверхтвердости и микроструктуры. Снижение твердости наблюдается в результате дислокационного возврата, релаксации напряжений и развития начальных стадий рекристаллизации. Высказано предположение, что высокие прочностные свойства покрытий обусловлены наличием дислокационной субструктуры и высоким сопротивлением сдвигу рентгеноаморфных фаз по границам нанокристаллитов.

Методом электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микро- и нанотвердости исследованы особенности взаимосвязи тонкой структуры с изменением прочностных свойств наноструктурных и нанокомпозитных покрытий Ti-Si-B-N с высоким содержанием примесей кислорода и углерода. Показано, что в условиях низкотемпературного (Т=200С) нанесения покрытий формируется двухуровневая зеренная структура с фрагментацией зерен размером 0,1-0,3 мкм на субзерна размером 15-20 нм. С увеличением содержания кремния и бора формируются бестекстурные покрытия с размером зерна кристаллической фазы менее 15 нм и высокой объемной долей рентгено-аморфной составляющей структуры. При температурах нанесения покрытий 400-450С наблюдается нанокомпозитная структура с отсутствием текстуры. Для всех изученных составов и условий получения обнаруживается кристаллическая фаза с параметром решетки а=(0,416-0,420). При оптимальных составах и условиях синтеза значения твердости превышают 40-50ГПа. Высказано предположение о возможности достижения сверхтвердости при многофазных зернограничных прослойках толщиной более 1 нм.

Разработана методика аттестации шероховатости поверхности твердых тел, основанная на вычислении фрактальной размерности изображений, получаемых с помощью сканирующей зондовой микроскопии. Путем тестирования на модельных самоаффинных броуновских поверхностях определены условия корректного измерения фрактальной размерности. Разработанный алгоритм применен для численного описания шероховатости поверхности тонких пленок SiO2, нанесенных при различных температурах. Показано, что в отличие от перепада высоты и среднеквадратичной шероховатости, фрактальная размерность демонстрирует хорошую корреляцию с морфологией поверхности тонких пленок оксида кремния.

Методами атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии исследованы механизмы деградации тонких пленок в процессе термического отжига. Выявлены основные факторы, оказывающие влияние на развитие процессов массопереноса в многослойных структурах при повышенных температурах. Показано, что кривизна поверхности и внутренних границ раздела является движущей силой массопереноса, обусловливающего распад тонких пленок, перераспределение легирующих элементов и образование силицидов.

Экспериментально изучены закономерности и механизмы интенсивной пластической деформации (ИПД) при знакопеременном изгибе поликристаллической фольги высокочистого алюминия А999, наклеенной на упруго деформируемый плоски образец алюминия А7 или титана ВТ1-0. Установлены новые нелинейные волновые процессы, связанные с солитонами кривизны в поверхностных слоях сильно деформированных металлических материалов. Доказывается необходимость учета обнаруженных закономерностей ИПД при описании поведения наноструктурных материалов, тонких пленок и покрытий.