Влияние ионно-плазменных воздействий ионами кремния на микроструктуру и физико-механические свойства поверхностных слоев никелида титана

• Автор: Мейснер, Станислав Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 282 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

1. Никелид титана: структура, свойства, модификация поверхности.

1.1. Мартенситные превращения в сплавах с ОЦК-структурой.

1.1.1. Общая характеристика фазовых превращений мартенситного типа

1.1.2. Равновесная диаграмма состояний системы Ті-М, мартенситные превращения в сплавах на основе никелида титана
1.2. Особенности процессов деформации в сплавах с термоупругими мартенситными превращениями.
1.3 Влияние модификации поверхности и наличия покрытий на эффекты неупругости в сплавах на основе ТІМ.
1.4. Структура и физические свойства кремния, равновесные диаграммы состояний двойных 8І-ТІ, М-8 і и тройных Ті-М-Бі систем.
1.5. Использование метода дифракции обратнорассеянных электронов в исследовании структурных состояний в металлах и сплавах.

Постановка задачи

2. Материалы, методы поверхностной обработки и исследований.
2.1. Составы сплава и мишеней для ионно-пучковой и ионноплазменной обработок, приготовление образцов.
2.2. Обоснование выбора и энергетические параметры ионных пучков, использованных для обработки поверхностей сплавов на основе ТІМ.
2.3. Ионно-плазменное осаждение как метод создания
многослойных материалов.
2.4. Принципы выбора и характеристики режимов магнетронного

осаждения кремния на поверхность образцов из никелида титана.
2.5. Электронная Оже-спектроскопия, как метод анализа состава поверхности.
2.6. Рентгенодифрактометрические методы исследования структуры в приповерхностных объемах образцов никелида титана с покрытиями из кремния.
2.7. Изучение физико-механических свойств тонких приповерхностных слоев методами микро- и наноиндентирования.
2.8. Измерение адгезионных свойств покрытий методом царапания.
2.9. Принципы работы, получение изображений и микроанализ элементного состава с использованием растровой электронной микроскопии.
2.10 Исследование микроструктуры металлов и сплавов методом дифракции обратнорассеянных электронов.
3. Закономерности формирования градиентных структур в приповерхностном слое никелида титана после ионно-пучковых, ионно-плазменных и комбинированных поверхностных обработок кремнием
3.1. Закономерности изменения химического (элементного) состава в поверхностных слоях композиционного материала на основе никелида титана после ионно-пучковых и ионно-плазменных обработок.
3.2. Структурно-фазовые состояния в образцах никелида титана с ионно-модифицированными слоями и покрытиями из кремния.
3.3 Исследование исходной микроструктуры образцов никелида титана с использованием метода дифракции обратнорассеянных электронов.
3.4 Влияние воздействия ионными пучками кремния на микроструктуру поверхностных слоев никелида титана.
3.5 Микроструктура поверхностных композиционных слоев из кремния и никелида титана.
3.6 Микроструктура композиционных слоев из кремния и никелида титана, ионно-модифицированных пучками ионов кремния.
4. Физико-механические и физико-химические свойства
композиционных материалах слоевого типа на основе никелида титана и кремния.
4.1 Оценка адгезионной прочности покрытий из кремния, сформированных в различных режимах магнетронного осаждения на поверхность никелида титана.
4.2 Закономерности изменения твердости и оценка пластичности легированных и композиционных слоев на основе никелида титана и кремния.
4.3. Влияние поверхностного легирования кремнием на коррозионные свойства и биосовместимость никелида титана. Выводы
Список использованной литературы

Причины перераспределения основных элементов (Ті и М) в поверхностных слоях сплавов на основе ТІМ в результате воздействия на них ионными пучками связаны с особенностями механизмов диффузии, которые в этих сплавах имеют вакансионную природу [67]. Наиболее подвижными при этом являются атомы никеля, которые в силу большей концентрации вакансий на своей подрешетки, приобретают преимущество в отношении перемещения по ней. Наличие высокой концентрации радиационных вакансий в поверхностном слое при облучении и их последующая диффузия к поверхности, в конечном итоге, приводит к образованию обедненного атомами никеля поверхностного слоя, глубина которого может достичь ~50 нм [64]. Вместе с тем, в соседнем нижележащем слое, толщиной 20-30 нм наблюдается повышение концентрации никеля до величины, превышающей на 5-10 ат.% его исходную концентрацию в сплаве. Далее следует слой, в котором наблюдается постепенное уменьшение концентрации атомов № до соответствующего исходному составу значения. Глубина, на которой происходит выход на исходное концентационное соотношение между титаном и никелем может меняться в зависимости от сорта выбираемого иона и дозы облучения от 50 нм до >150 нм [39].
Известно, что в двойных сплавах на основе ТІМ обогащение атомами никеля в области гомогенности В2-фазы приводит к уменьшению её параметра решетки [17]. В работах [39,49,51] было показано, что параметр высокотемпературной В2-фазы в образце с ионно-модифицированными поверхностными слоями изменяется в зависимости от глубины расположения тестируемого слоя от значения <зВ2=3,0060±0,0005 А на глубине <0,5 мкм до аВ2=3,0120±0,0005А на глубине ~1 мкм. Это означает, что в слое, обогащенном никелем, химический состав В2 фазы соответствует Ті48М52, в отличие от состава этой фазы Ti49.5Ni50.5Bo внутреннем объеме материала.
Рентгенофазовый анализ [48-50, 52] поверхностных слоев образцов Ti49.5Ni50.5j модифицированных ионами титана и циркония показал, что фазовый