Разработаны технологические параметры получения методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) карбонитридов титана и металлокерамических композиционных порошков на их основе с матрицей из высокоазотистой стали Х20ФГ20 (N=0,9 масс%). Установлены оптимальные режимы синтеза. Проведено исследование качественных характеристик материалов (гранулометрический состав порошка, содержание газов, структура). На основе синтезируемых композиционных порошков системы "TiCN-X20АГ20" методом электронно-лучевой наплавки получены покрытия, исследованы их структура и свойства.

Методом магнетронного распыления в режиме постоянного тока и импульсном режиме получены покрытия на основе Zr-Y-O с различной концентрацией Y. Методами рентгеноструктурного анализа и масс- спектрометрии вторичных ионов исследован химический и фазовый состав покрытий. Выявлено влияние режимов осаждения покрытий на их термоциклическую стойкость.

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.

С помощью оптической и электронной микроскопии, рентгеноструктурного фазового анализа исследована структура и фазовый состав плазменно-напыленного покрытия на основе железа. Обнаружено изменение структуры и фазового состава при обработке покрытия высокоэнергетическими методами: ультразвуком, электронным лучом.

Методами оптической и просвечивающей электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального и рентгеноструктурного анализов исследовано влияние стационарного лазерного излучения на структуру и фазовый состав плазменнонапыленного покрытия при его оплавлении. Показано, что такое воздействие приводит к формированию литой структуры твердого раствора на основе ГЦК фазы никеля и формированию дендритоподобных структур из упрочняющих фаз. Изменение фазового состава сводится к образованию дополнительных фаз карбонитов хрома. Среднее значение микротвердости и соответствующее значение дисперсии в оплавленной зоне уменьшается.

Исследовано структурно-фазовое состояние поверхностного слоя медной подложки, обработанного ионами титана. Методом рентгеноструктурного анализа установлено, что после обработки в поверхностном слое образуются интерметаллиды системы Cu—Ti. Методом растровой электронной микроскопии установлено, что в поверхностном слое формируется сетчатая микропористая структура с характерным поперечным размером горизонтальных и вертикальных элементов приблизительно 1—2 мкм.

Исследовано влияние состава электролита на фазовый и элементный составы биоактивных кальций-фосфатных покрытий при микродуговом формировании покрытий вводных растворах электролитов а титановых имплантатах, применяемых в ортопедии и травматологии. Показано, что микродуговой метод позволяет наносить кальций-фосфатные покрытия с заранее заданными толщиной и фазовым и элементных составом. Установлено, что содержание кальция в покрытии зависит от концентрации последнего в дисперсионной среде электролита. Разработан режим микродугового формирования кальций-фосфатных покрытий толщиной до 80 мкм, близкий к составу костной ткани. В фазовый сотсав данных покрытий входят CaTi4(PO4)6, Ca3(PO4)2, CaTiO4, TiP2O7. Описанный режим позволяет получать покрытия, свободные от чистого титана, с высокими биологическими свойствами.

Предложена математическая модель для описания процессов в электролитической ванне при нанесении кальций-фосфатных покрытий микродуговым методом. Учитываются диффузия в жидкой и твердых (взвешенных частицах и титановом образце, на который наносится покрытие) фазах; основные химические превращения в частицах и в жидком растворе. Разработан алгоритм численного решения задачи, учитывающий различие характерных масштабов в различных фазах. Представлены отдельные расчеты, иллюстрирующие возможности модели.

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.

Изучены физико-химические и биологические характеристики микродуговых кальцийфосфатных покрытий на титане и цирконии. Установлено, что кальцийфосфатные покрытия на титане и цирконии по-разному влияют на морфофункциональное состояние стромальных стволовых клеток, окружающих имплантат, что может быть связано с более высокой растворимостью и последующим выходом фосфатных групп в межклеточную жидкость из покрытий на Zr по сравнению с покрытиями на Ti.