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.

Проведено исследование динамики накопления электрически активных радиационных дефектов при ионном легировании эпитаксиальных пленок Cd2Hg1-xTe с различным распределением состава материала в области внедрения имплантанта. Образцы эпитаксиальных пленок облучались ионами бора при комнатной температуре в непрерывном режиме в диапазоне доз, энергий, плотности тока ионов. Обнаружено, что натуральный логарифм скорости введения электрически активных радиационных дефектов линейным образом зависит от состава материала эпитаксиальной пленки в области среднего проецированного пробега имплантируемых ионов. Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что динамика накопления электрически активных радиационных дефектов определяется составом материала эпитаксиальной пленки в области внедрения имплантируемых ионов.

Проведены расчеты температурных профилей и градиента температур, возникающих в поверхностном слое металлокерамического сплава (50%(об.) TiC - 50%(об.) сплава Ni - 20% Cr) при электронно-импульсном облучении его поверхности с различными плотностью энергии в электронном пучке, длительностью, количеством и частотой импульсов облучения.

Изучена микроструктура поверхностного слоя металлокерамического сплава (TiC - никельхромовый сплав) после его облучения электронными пучками с разными плотностью энергии и длительностью импульсов облучения. Установлены закономерности формирования структуры в поверхностном слое металлокерамического сплава в зависимости от режимов электронно-импульсного облучения.

Приведены результаты исследования структуры поверхностей трения и триботехнических характеристик композиционного материала WC-сталь 110Г13 после трения по стальному диску в диапазонах скоростей скольжения от 0.65 до 40 m/s при давлении 2 МРа. Обнаружена область катастрофического изнашивания в диапазоне скоростей скольжения 23-30 m/s, после которой следует установившийся износ при скоростях скольжения выше 30 m/s. Показано, что резкое увеличение скорости изнашивания (в 4 раза) в диапазоне скоростей скольжения 23-30 m/s связано со сменой механизмов изнашивания. Установлен факт присутствия вблизи поверхности трения WC-сталь 110Г13 трех слоев, различающихся друг от друга по структуре и свойствам.

Проведены исследования деформации и разрушения металлокерамических композитов при различных схемах нагружения. Показано, что в условиях, далеких от превращения, материал деформируется как обычный кристалл дислокационным скольжением. При этом предел текучести обратно пропорционален расстоянию между карбидами и в сплавах с высоким содержанием твердой фазы не достигается вплоть до разрушения. Разрушение материала катастрофически хрупкое. Исследования деформации композитов вблизи температуры структурного перехода показали, что наблюдаются разнообразные превращения, обусловленные сильно неоднородным напряженным состоянием связующей фазы. При нагружении в связующей фазе реализуется схема превращения В2 - В2 + В19 - В2 + «квазиаморфное состояние» с образованием мелкокристаллической, сильно разориентированной структуры с характерным размером кристаллитов менее 10 нм. Данная структура обладает высокой пластичностью и упрочнением и обусловливает эффективную передачу внешней нагрузки на упрочнитель, вызывая при этом даже в типично хрупких частицах карбида титана дислокационное скольжение. Физический смысл применения структурно-неустойчивых связок в композитах состоит в понижении масштаба структурного уровня пластической деформации за счет формирования в процессе неоднородного нагружения микрокристаллической структуры связующей фазы.

Исследовано влияние импульсного облучения мощным электронным пучком на структуру плазменных металлокерамических покрытий, напыленных композиционными порошками TiC-(Ni-Cr). Установлено, что импульсное электронное облучение приводит к нагреву покрытия вплоть до его полного переплава. С увеличением размера частиц напыляемого композиционного порошка эффективность нагрева слоя покрытия повышается.

Изучены образцы горячепрессованной нанокристаллической керамики на основе плазмохимических порошков. Проведен количественный и качественный рентгенофазовый анализ, а также изучены механические характеристики всех полученных образцов. Показано, что с увеличением MgO степень тетрагональности, а также содержание моноклинного диоксида циркония линейно уменьшаются при всех температурах горячего прессования. кристаллиты фазы диоксида циркония в диапазоне температур от 1570 до 1970 К имеют размер от 35 до 90 нм, при этом все дефекты сосредоточены на границах кристаллитов. Установлено, что прочность и твердость керамики линейно возрастают с увеличением содержания стабилизирующей добавки.

В данной работе представлены результаты разработки и исследований биокерамических кальций-фосфатных покрытий с высоким содержанием кальция. Фазовый, элементный состав и микроструктура были исследованы методами рентгенофазового анализа и сканирующей электронной микроскопии. Механические свойства оценивались по результатам измерений микротвердости, поведению при растяжении и накоплению микропластической деформации. Биологические свойства были определены по стандартным методикам. Исследования показали, что покрытия имеют сложный полифазовый состав на основе кальцийсодержащих соединений. Нанесение Са–Р покрытий повышает эксплуатационные характеристики и придает имплантату биоактивные свойства, что улучшает способность имплантата к интеграции с костной тканью.

Представлены результаты количественных расчетов глубины проникновения и содержания азота в поверхностном слое металлокерамического сплава Tic-(Ni-Cr) за время одиночного импульса электронно-пучкового облучения поверхности металлокерамического сплава в камере с азотсодержащей атмосферой и экспериментального исследования влияния азота на микроструктуру и микротвердость поверхности металлокерамического сплава при импульсном электронно-пучковом облучении.

Работа посвящена теоретическому исследованию влияния геометрических (ширина) и механических характеристик межфазных границ на прочность, величину предельной деформации и работу разрушения металлокерамических композиционных материалов. Исследование проведено путем компьютерного моделирования методом подвижных клеточных автоматов с использованием развитой «мезоскопической» структурной модели композита, явным образом учитывающей наличие широких переходных зон «армирующие включения - матрица». Показано, что формирование в материале относительно широких межфазных границ, характеризующихся плавным изменением механических свойств материала при переходе от керамических включений к связующему, позволяет существенно повысить механические характеристики композита. При этом большое значение имеет не только ширина, но и величина градиента изменения механических свойств в переходной зоне. Так, наличие в межфазных областях дефектов и включений наноскопического и атомарного масштабных уровней может приводить к росту внутренних напряжений в интерфейсных зонах, формированию в них резкого градиента механических свойств и, как следствие, снижению деформационных характеристик и работы разрушения композита.

Предложена модель разложения частицы в электрическом поле с учетом тепло- и массообмена между частицей и окружающей ее жидкой фазой. Исследована динамика процесса разложения при варьировании мощности источника тепла, коэффициента сжимаемости, константы скорости реакции и доли частиц. Представлены оценки возникающих напряжений и деформации частицы. Предполагается, что причиной разрушения частиц, взвешенных в электролите, может быть смена знака тангенциальных напряжений на некотором расстоянии от центра частицы, зависящем от параметров модели.

Проведены исследования влияния гранулометрического состава порошка диборида циркония на структуру и фазовый совав керамики на его основе, получаемой методом горячего прессования. Показано, что разрушение агломератов при размоле порошка диборид циркония позволяет существенно уменьшить пористость образцов после горячего прессования. При этом определен оптимальный размер частиц порошка, обеспечивающий плотность прессовки, близкую к теоретической.

Исследовано структурно-фазовое состояние и механические свойства композиционных материалов TiC-TiNi, легированных железом. Установлено, что при спекании каркаса карбида титана с железом и последующей пропитке никелидом титана атомы железа диффундируют в матрицу, образуя градиентную по химическому составу и свойствам В2 структуру с различными температурами мартенситного превращения, что проявляется в расширении и смещении в область низких температур гистерезиса мартенситных превращений при увеличении концентрации железа. Показано, что при комнатной температуре прочностные свойства композиционных материалов TiC-TiNI с радиентной матрицей возрастает при увеличении концентрации железа.

Теоретически и экспериментально изучен характер структурно-фазовых превращений в поверхностном слое инструментальной металлокерамики "карбид титана-никель-хромовая связка" при электронном облучении. Математически проанализировано термическое влияние электронного облучения на структуру приповерхностного слоя композиционного материала дисперсного строения, проведены количественные оценки глубины зоны структурно-фазовых превращений. Экспериментально исследованы микроструктура и концентрационный профиль распределения титана в металлическом связующем после импульсного электронного облучения.

Предложена математическая модель неизотермической диффузии азота в поверхностном слое металлокерамического сплава на основе карбида титана с Ni-Cr связующим за время действия одиночного импульса облучения мощным электронным пучком. Показано, что в результате такой обработки образуется диффузионная зона с концентрацией азота 1,5-2,0 ат.%.

Выполнены эксперименты по самораспространяющемуся высокотемпературному синтезу металлокерамики TiC—NiCr, реализуемому в механоактивированной порошковой смеси Ti—С—NiCr в свободном режиме горения и под давлением. Установлено, что увеличение объемной доли связующего компонента приводит к уменьшению размера включений TiC в частицах, полученных механическим измельчением синтезированных металлокерамических компактов. Для напыления покрытий использовалась разработанная в ИГиЛ СО РАН компьютеризированная установка CCDS2000. Приводятся результаты сравнения характеристик детонационных покрытий, изготовленных из полученных нами порошков и коммерческого порошка Cr3C2—NiCr. Показана перспективность применения самораспространяюшегося высокотемпературного синтеза порошков TiC—NiCr для газотермического напыления износостойких покрытий.

Выполнены сравнительные исследования покрытий из быстрорежущей стали и керметного порошка на ее основе с содержанием 50 об.% упрочняющей карбидной фазы TiC. Покрытия формировали Ar-N2 плазмой с местной защитой из порошков с размерами частиц от 25 до 55 мкм. Показано, что содержание фазы TiC в покрытии сохраняется, однако период решетки этой фазы снижается с 0,43212 нм для порошка до 0,43035 нм в покрытии из-за изменения содержания углерода, кислорода и азота, В результате плазменного напыления порошка 50 об. % TiC - Р6М5 среднее содержание углерода в покрытии уменьшается с 7,83 до 6,74 масс. %. Содержание кислорода в керметном покрытии увеличивается до 2,8 масс. % по сравнению с 0,8 масс. % в исходном порошке. Содержание азота также увеличивается с 0,05 до 0,89 масс. %. Микротвердость частиц исходных порошков быстрорежущей стали составляет 8,91 ГПа, а картмета 50 об. % TiC - Р6М5 — 9,5 ГПа. Значение микротвердости керметного покрытия, 11,0 ГПа, соответствует расчетному значению, полученному по правилу смесей, при микротвердости покрытия из стали Р6М5 6,64 ГПа.

Исследованы структурные превращения происходящих в кумулятивных течениях, возникающих при взрыве кумулятивных зарядов с облицовками, содержащими нанокристаллический порошок диоксида циркония. Показано, что в облицовках, содержащих нанокристаллические порошки, возможно получение высоконеравновесных состояний материала. Обнаружен эффект релаксации сформированного неравновесного состояния, которая завершается даже при комнатной температуре при 1000-часовой выдержке, а оценка кажущейся энергии активации процесса аномально низка и равна 3.5 kcal/mol.

Показано, что для ультрадисперсной порошковой системы на основе ZrO2, подвергаемой механической обработке, существует критическое состояние, с достижением которого происходит ее разделение на две подсистемы, отличающиеся по размерам частиц на несколько порядков.

В работе изучены структуры на поверхности трения керамики Y-TZP после трения ее по стали. Показано, что с увеличением скорости скольжения от 0.2 до 11 м/с происходит смена механизмов износа керамики от абразивного, контролируемого мартенситным превращением, до адгезионного, который, в свою очередь, сменяется износом в режиме трения с граничной квазижидкой смазкой. Одновременно с увеличением скорости скольжения происходит количественное изменение параметров структур в приповерхностных слоях, в частности, уменьшается масштаб пространственной сетки трещин, индуцированной трением.??.

Представлены результаты дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрического анализа нанокристаллических порошковых системна основе диоксида циркония. Установлено, что процесс нагрева сопровождается интенсивной потерей массы, возрастающей с увеличением содержания MgO. Дифференциальная сканирующая калориметрия показала, что общее количество энергии, затрачиваемое на протекание реакций в процессе нагрева порошков, увеличивается с ростом содержания оксида магния. Для исследованных порошков характерна десорбция воды, а при содержании оксида магния более 10 вес.%, наблюдается разложение остаточных нитратов.

Методами рентгеноструктурного анализа и просвечивающей электронной микроскопии исследован ультрадисперсный порошок состава ZrO2+3 мол.% Y2O3, полученный плазмохимическим способом. Установлено, что порошок состоит преимущественно из пустотелых поликристаллических сфер и пленок со средним размером кристаллитов 20 нм. Частицы порошка представляют собой двухфазные поликристаллы, состоящие преимущественно из кристаллитов тетрагональной фазы: содержание моноклинной модификации составляет приблизительно 3%. Показано, что формирование моноклинной фазы связано с превышением критического размера частью крупных кристаллитов. Величина критического размера в таких порошках контролируется как поверхностной энергией кристаллитов, так и их напряженным состоянием. Показано, что тетрагональная фаза в исследуемом порошке характеризуется пониженной, по сравнению с крупнокристаллическим состоянием, тетрагональностью, что связано с высокой дисперсностью кристаллитов и особенностями их напряженного состояния. Понижение тетрагональности при уменьшении размера зерна можно рассматривать как размерный фазовый переход, из тетрагональной в кубическую структуру, близкий к переходу второго ряда.

Изучены особенности фазового состава и структуры нанокристаллических порошков на основе диоксида циркония, возникающие при нагреве. Обнаружена осцилляция микроискажений решетки, обусловленная изменением дефектной структуры кристаллитов. Установлено, что фазовый состав данного материала определяется уровнем микроискажений.

Представления теории фракталов применимы к анализу свойств порошков тетрагонального диоксида циркония. Определена фрактальная размерность профиля рельефа поверхности порошка, осажденного на подложку. Применено два способа вычисления фрактальной размерности - измерение фрактальной размерности структуры в целом и измерение фрактальной размерности на разных масштабных уровнях.

Исследован порошок диоксида циркония, находящийся в тетрагональной форме после нагружения его ударной волной до 43 ГПа. Показано, что после подобного воздействия в материале формируется сложная структура, содержащая моноклинную и рентгеноаморфную фазы. Количество образующейся моноклинной фазы максимально при давлении 10 ГПа, а количество рентгеноаморфной монотонно увеличивается с ростом давления. Показано, что формирование рентгеноаморфной фазы обусловлено перемешиванием после прохождения ударной волны различных политипов.

Методами теории функционала электронной плотности (DFT) проведено систематическое изучение из первых принципов атомной и электронной структуры границ раздела между металлами с объемно-центрированной (ОЦК) и гранецентрированной (ГЦК) структурами и диоксидом циркония. Показано, что хорошие адгезионные свойства могут быть достигнуты на нестехиометрической полярной границе раздела Ме(001)/ZrO2(001) с ОЦК-металлами середины 4d-5d периодов (Mo, Ta, W, Nb). Зарядовый перенос от металла к оксидной подложке обусловливает сильную ионную природу химической связи на металлокерамических границах раздела. Проведя анализ структурных и электронных факторов, ответственных за понижение адгезии на разориентированных границах раздела. Показано, что уменьшение адгезии на неполярной стехнометрической границе раздела (110) связано с увеличением интерфейсного расстояния, а также с уменьшением числа связей металл-кислород. анализируется влияние легирования оксидами (СaO, MgO, и Y2O3), стабилизирующими диоксид циркония при низких температурах, на энергию адгезии на Ме(001)/ZrO2(001) интерфейсе.

Исследованы структура и фазовый состав порошков ZrO2 - MgO с содержанием MgO от 9 до 43 мол.%, полученных плазмохимическим методом, после отжига при температурах от 700 до 1400 °С. Проведены дифференциальная сканирующая калориметрия и термогравиметрический анализ порошков. Установлено, что в ходе нагрева потеря массы и энергия эндотермических реакций возрастают с увеличением содержания MgO. В исходном состоянии порошки при содержании более 25 мол.% MgO являются пересыщенными твердыми растворами кубического ZrO2. До 420 °С в порошках наблюдаются процессы десорбции воды и разложение остаточных нитратов. Эндотермический пик при высоких температурах обусловлен процессом дегидратации и распадом кубического твердого раствора ZrO2.

Рассмотрено влияние малых добавок циркониевого концентрата со средним размером частиц 30 нм на физико-механические свойства пеностекла. Установлено, что введение в пенообразующую смесь диоксида циркония приводит к изменению макроструктуры пеностекла и увеличению среднего размера пор до 2,5 мм. Наноразмерный ZrО2уменьшает вязкость расплава при вспенивании. Оптимальной с точки зрения механических свойств является массовое содержание диоксида циркония 0,3 %. Прочность пеностекла увеличивается в присутствии наноразмерных частиц до 1,4 МПа по сравнению с прочностью исходного пеностекла 1,1 МПа. Дальнейшее увеличение массового содержания диоксида циркония до 1,1 % уменьшает прочность до 0,5 МПа.

На основе результатов экспериментальных исследований температурной зависимости предела текучести монокристаллов TiNi сплавов и механизма механического двойникования В2-фазы как локального обратимого фазового превращения мартенситного типа проведено исследование асимметрии механического поведения при растяжении и сжатии указанных мматериалов в направлении [001], показано, что особенностью этого механизма является то, что критической модой дисторсии, определяющей напряжения механического двойникования, является однородная деформация превращения типа деформации Бейна. Для анализа асимметрии этих напряжений при растяжении и сжатии введено понятие фактора нормальных напряжений. приведенных к главным осям тензора однородной деформации превращения. Показана возможность использования этого фактора для анализа асимметрии механического поведения монокристаллов сплавов TiNi.

В работе исследуются нелинейные процессы, сопровождающие диффузию кислорода з адсорбционного слоя в глубь сплава в условиях воздействия импульсного электронного потока высокой мощности на основе математической модели. учитывающей неравновесную активацию и плавление. Модель включает уравнение теплопроводности, диффузии и кинетики с соответствующими импульсной электронно-лучевой обработке начальными и граничными условиями. Приводятся оценки кинетических параметров. Рассчитываются распределение температуры и концентрации кислорода по пространству и времени при различных значениях плотности потока и длительности импульса; определяется глубина зоны прогрева и диффузии, проводится сравнение результатов с учетом активации и без нее.

Исследовано влияние больших пластических деформаций при "abc"-прессовании в интервале температур 873-573К на микроструктуру и мартенситные превращения в никелиде титана. Показано, что при пониженных температурах деформирования формируется смешанное ультрамелкозернистое состояние сплава на основе субмикрокристаллической и наноструктурной фракций. Построена диаграмма мартенситных превращений при охлаждении и нагреве деформированных образцов. Изучено влияние температуры "abc"-прессования на эффект памяти формы в никелиде титана.

Исследованы закономерности влияния интенсивной пластической деформации (ИПД) при ультразвуковой обработке (УЗО) на эволюцию дефектов кристаллического строения в поверхностных слоях никелида титана со структурой моноклинного мартенсита В19'. Установлено, сто при возрастании величины ИПД резко увеличивается концентрация как вакансионных, так и плотность дислокационных дефектов и одновременно происходит сильная фрагментация зеренно-субзеренной структуры. В наноструктурном состоянии преимущественно наблюдаются дефекты вакансионного типа на границах зерен, средний объем которых меньше объема равновесных вакансий в TiNi и сравним с величиной свободных объемов в аморфизированных сплавах на основе никелида титана. Обсуждается роль дефектов кристаллического строения в механизмах формирования наноструктурного состояния при ИПД.

В работе представлены результаты исследований влияния трехсторонней ковки при 873...673 K на микроструктуру, фазовый состав и мартенситные превращения в никелиде титана. Показано, что при понижении температуры ковки увеличивается объемная доля субмикрокристаллической фракции, а после ковки при 673 K субмикрокристаллическая фракция преобладает, присутствует наноструктурная фракция (~30 %) и встречаются единичные зерна размером ~ 1 мкм. Установлена корреляция размеров фрагментов зеренно-субзеренной структуры TiNi с их фазовым составом. Обнаружена смена последовательности мартенситных превращений при охлаждении образцов, деформированных при 873...673 K.

В приближении малых деформаций с использованием модели мартенситных превращений, основанной на концепции "замерзания" кооперативных тепловых колебаний атомов плотно упакованных плоскостей в металлах, проведен теоретический анализ тензора дисторсии при образовании {113} двойника деформации механизмом прямого плюс обратного (по альтернативной системе) мартенситного превращения в В2-фазе никелида титана. Показано, что в рамках этого механизма хорошо описывается не только угол переориентации, но и плоскость габитуса двойника.

Развита методика рентгеноструктурного анализа неоднородного по глубине материала. Исследована структура интерметаллида TiNi, подвергнутого поверхностной электронно-лучевой модификации. Выявлено три дифференцированных по микрокристаллической структуре слоя: внешний остротекстурированный слой с текстурой в направлении [100]И2 и уменьшенным на 1% параметром периодичности решетки в направлении нормали к поверхности, промежуточный градиентно-напряженный слой с текстурой исходного слитка и неизмененный материал. Кристаллическая решетка поверхностного слоя, как и промежуточного, находится в растянутом вдоль поверхности и сжатом нормально поверхности состоянии. Это искажение решетки максимально в поверхностном слое и убывает вглубь материала.

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.

Представлены экспериментальные данные о формировании наноструктуры в крупнозернистом и субмикрокристаллическом никелиде татана при глубокой пластической деформации в предмартенситном состоянии и последующем отжиге. Рассмотрено влияние размера зерен при нано- и субмикрокристаллической структурах на развитие мартенситных превращений.

Методами электронной просвечивающей микроскопии исследованы механизмы пластической деформации кристаллов TiNi(Fe, Mo) при сжатии в интервале мартенситного превращения, наведенного напряжением. Установлено, что важным механизмом деформации в этом интервале, наряду с механическим (1000 двойникованием мартенсита В19. является формирование двойников В2-фазы путем обратного мартенситного превращения по другой системе.