Приведены результаты комплексных экспериментальных исследований и численного моделирования процессов пластической деформации материалов с покрытиями или поверхностным упрочнением на мезо- и макромасштабном уровнях. Показано влияние процессов, развивающихся на границе раздела покрытие - подложка, на развитие пластической деформации всей композиции. На основании полученных данных даются рекомендации по созданию поверхностно-упрочненных материалов, обладающих высокими эксплуатационными свойствами.

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.

С помощью метода подвижных клеточных автоматов была развита многоуровневая модель структурно-неоднородных покрытий. Она основана на последовательном выполнении следующих этапов: моделирование однородных образцов со свойствами составляющих компонентов покрытия; определение представительного объема неоднородного покрытия с явным заданием его структуры; неявный учет свойств неоднородностей малого масштаба в полномасштабной модели. развитая модель была применена для изучения разрушения структурированных покрытий, полученных электронно-лучевой наплавкой на стальной подложке, при различных видах механического нагружения.

Предложена новая концепция конструирования (создания) нанокомпозитных покрытий - самоорганизация микроструктуры на стадии формирования покрытия - одновременное зарождение островков различных взаимно нерастворимых или малорастворимых фаз. разработаны физические принципы выбора составов таких покрытий. в качестве экспериментального подтверждения предложенных принципов предлагается использование многоэлементных композиций нанокомпозитных покрытий. С использованием плазменного магнетронно-дугового комплекса "Спрут" получены многоэлементные нанокомпозитные сверхтвердые покрытия системы Ti-Al-Si-Cr-Ni-Cu-O-C-N. Методами просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микротвердости, стретч-тестирования исследованы особенности структурно-фазового и упругонапряженного состояния многоэлементных покрытий в исходном состоянии и после отжигов до 1000 гр.С. Обнаружен широкий спектр значений кривизны-кручения кристаллической решетки наноразмерных (менее 30 нм) областей когерентного рассеяния двухуровневой структуры покрытий и индивидуальных (до 15 нм) нанокристаллов TiN. В результате отжига покрытий двухуровневая зеренная структура релаксирует с формированием нанокристаллов на основе TiN размером менее 30-40 нм со снижением кривизны-кручения решетки. Сравнительный анализ акустической эмиссии и треков многокомпонентных и TiN покрытий при стретч-тестировании свидетельствует о повышении вязкости разрушения многоэлементных покрытий.

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.

На основе молекулярно-динамического моделирования предложен новый подход к послойному нанесению покрытий. В основе подхода лежит взаимодействие нелинейного импульса со свободной поверхностью материала. Показано, что при достаточно большой амплитуде импульса происходит отрыв атомной плоскости со свободной поверхности, которая при налете на мишень образует многослойное покрытие. Комбинируя материалы "источника", можно создавать многослойные покрытия со сложным составом и структурой.

Сформулированы принципы формирования наноструктурированных многослойных покрытий для работы в условиях высокоэнергетических воздействий. На этой основе разработаны теплозащитные и износостойкие покрытия системы Si-Al-N/Zr-Y-O.

Исследованы композиционные покрытия "карбид титана - сплав на основе железа", нанесенные методом электронно-лучевой наплавки. Структура наплавленных покрытий подобна структуре спеченных карбидосталей, причем стальная связка закаливается в процессе нанесения покрытия, что обеспечивает дополнительное повышение его твердости.

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".

Исследованы покрытия из эвтектического хромистого чугуна легированного ванадием. Основной объем покрытий имеет квазиэвтектическую структуру с аустенитной матрицей и карбидами(C, Fe, V)7C3 и V2C. В результате многослойной электронно-лучевой наплавки от границы раздела с подложкой формируется переходный слой из доэвтектического чугуна.