Электротехнологический процесс получения износостойких покрытий на титановых изделиях высокотемпературной индукционной обработкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Щелкунов Андрей Юрьевич

• Щелкунов Андрей Юрьевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Щелкунов Андрей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНОК И ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ МЕДИЦИНЫ

1.1 Пленки и покрытия на титановых изделий

1.2 Способы получения функциональных пленок и покрытий

1.3 Особенности процесса формирования оксидных слоев на титане

1.4 Выводы по главе

ГЛАВА 2 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИНДУКЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ ОБРАЗЦОВ В ВОЗДУШНОЙ АТМОСФЕРЕ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТИТАН-ОКСИДНЫХ СТРУКТУР

2.1 Теоретические модель процесса индукционного нагрева

2.2 Постановка задач моделирования и геометрия системы «индуктор-изделие»

2.3 Решение самосогласованной краевой задач электродинамики и теплопроводности для системы «индуктор - изделие»

2.4 Основные характеристики процесса индукционной термической обработки

2.5 Выводы по главе

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ТИТАНОВЫХ ИЗДЕЛИЙ

3.1 Методика исследования формирования диффузионных слоев и покрытий на титане

3.2 Исследование химического состава и структуры поверхности экспериментальных титановых образцов после индукционной термообработки

3.3 Исследование влияние параметров высокотемпературной индукционной термообработки на микротвердость и износостойкость

3.4 Выводы по главе

ГЛАВА 4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ФОРМИРОВАНИЮ ТВЕРДЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ СТРУКТУР НА ТИТАНОВЫХ ШАРОВЫХ КОМПОНЕНТАХ ЭНДОПРОТЕЗОВ

4.1 Титановые шаровые компоненты и их характеристики

4.2 Численная модель и исследование процесса высокотемпературной индукционной обработки титановых шаровых компонентов

4.3 Технология формирования твердых износостойких слоев и покрытий на титановых шаровых компонентах

4.4 Выводы по главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электротехнологический процесс получения износостойких покрытий на титановых изделиях высокотемпературной индукционной обработкой»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Титан и его сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью в сочетании с высокой прочностью, что позволяет их использовать при изготовлении конструктивных элементов биотехнических систем, в частности эндопротезов, стоматологических имплантатов и костных фиксаторов. Вышеуказанные изделия функционируют в сложно нагруженных системах, по этой причине особое внимание уделяется технологическим решениям для повышения их надежности и долговечности. Одним из методов повышения коррозионной стойкости и прочности титановых изделий является создание защитных пленок и покрытий, а также функционально-градиентных структур на поверхности.

Индукционная упрочняющая обработка позволяет существенно сократить продолжительность процесса структурной модификации приповерхностного слоя. Однако высокотемпературное индукционное воздействие на конструкции из титана (вплоть до температуры его плавления) в воздушной атмосфере для протекания процесса интенсивного окисления и формирования функционального покрытия с высокой твердостью (свыше 1000 НУ) и износостойкостью осталось неизученным. Таким образом, разработка индукционной упрочняющей технологии высокотемпературного формирования оксидного покрытия и повышение качества титановых изделий является актуальной задачей.

Степень разработанности темы исследования. Развитие теории и практики индукционного нагрева для процессов обработки металлоизделий и их упрочнения осуществляли такие отечественные исследователи как Вологдин В.П., Ба-бат Г.И., Слухоцкий А.Е., Рыскин С.Е., Рапопорт Э.Я, Кувалдин А.Б., Алиферов А.И., Тимофеев В.Н., Лепешкин А.Р., Зимин Л.С. Применение различных методов модификации металлов и сплавов, в том числе окисление, развивали Лазарев Э.М., Корнилова З.И., Бай А.С., Лайнер Д.И., Демидович В.Б., а применительно к малогабаритным титановым медицинским изделиям Фомин А.А.

Процесс высокотемпературной индукционной обработки металлоизделий характеризуется электротехнологическими параметрами, основными из которых

являются удельная мощность, ток индуктора и частотный диапазон, а также длительность выдержки в заданном температурном интервале. Указанные параметры обеспечивают протекание сложных фазово-структурных превращения на поверхности металлоизделий в выбранной реакционной среде. Известно, что метод индукционной термообработки позволяет получить субмикро- и наноразмерную структуру покрытий, обладающих высокой твердостью и износостойкостью (устойчивостью к царапанию), при минимальном энергопотреблении, временных затратах и расходе реакционной среды.

Несмотря на большое количество работ по химико-термической обработке титана, остается ряд нерешенных задач по формированию функционально-градиентной структуры (покрытия и диффузионного слоя) со стабилизированными значениями повышенной твердости (15-20 ГПа и более). Таким образом, актуальность работы заключается в решении комплекса задач, связанных с разработкой высокотемпературного процесса индукционной обработки и повышения качества титановых изделий за счет формирования высокотвердых и износостойких покрытий.

Цель работы заключается в обосновании технологии высокотемпературной индукционной обработки, обеспечивающей формирование высокотвердого оксидного покрытия с диффузионным приповерхностным слоем, позволяющего повысить функциональные качества титановых изделий восстановительной медицины.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ современных методов формирования защитно-декоративных покрытий на титане и его сплавах и определить условия получения высокотвердых и износостойких слоев и покрытий, обладающих мелкозернистой структурой и совместимостью с биологическими тканями.

2. Решить численным методом самосогласованную краевую задачу электродинамики и теплопроводности для определения диапазона высокотемпературной выдержки титановых изделий, а также обосновать выбор электротехнологических параметров, в частности геометрии системы «индуктора - изделие», ток индукто-

ра, удельной мощности и продолжительности выдержки при заданной температуре.

3. Исследовать влияние параметров высокотемпературной индукционной обработки на химический состав, параметры структуры, твердость и износостойкость экспериментальных титановых образцов.

4. Разработать высокотемпературную технологию индукционной обработки титановых изделий и формирования функционально-градиентных, твердых покрытий, обеспечивающих повышение их качества.

Объектом исследования является электротехнологический процесс формирования твердых и износостойких оксидных покрытий, и диффузионных слоев на титановых изделиях.

Предметом исследования являются технологические режимы высокотемпературной индукционной обработки, закономерности изменения химического состава, твердости и износостойкости от тока индуктора, температуры и длительности выдержки.

Методы исследования. В работе использованы основные положения законов электромагнитной индукции и джоулева тепловыделения. Выполнено численное моделирование методом конечных элементов физических процессов, протекающих при пропускании переменного электрического тока в системе «индуктор - металлоизделие». При обработке экспериментальных результатов использованы статистический и регрессионный анализ. Потребляемая электрическая мощность, ток индуктора и рабочий частотный диапазон измерялись с применением стандартных электроизмерительных методов. Параметры структуры образцов с оксидными покрытиями изучались методами растровой электронной и оптической микроскопии. Микроструктура исследовалась по микрошлифам (прямой срез). Химический элементный состав по сечению образцов определялся методом энергодисперсионного рентгенофлуоресцентного анализа (ЭДРФА + РЭМ) на растровом электронном микроскопе «MIRA II LMU» с детектором «INCA Penta FETx3». Микротвердость образцов измерялась на микротвердомере «ПМТ-3М» с нагрузкой на индентор: 0,196 Н (20 гс), 0,981 Н (100 гс) и 4,905 Н (500 гс) соглас-

но ГОСТ 9450-76. Измерение проводилось на поверхности образца и по микрошлифам на глубину до 1000 мкм. Для качественной оценки износостойкости выполнялось скретч-тестирование на лабораторной установке, кинематика которой обеспечивает возвратно-поступательные движения алмазного сфероконического индентора Роквелла по исследуемой поверхности с выбранной величиной нагрузки 300 гс.

Исследование микротвердости и износостойкости выполнено с применением методов микроиндентирования и скретч-тестирования (царапания) алмазным сфероконическим индентором на лабораторной экспериментальной установке.

Научная новизна:

Научная новизна работы заключается в том, что обосновано применение высокотемпературной индукционной обработки для создания оксидных покрытий и диффузионных слоев титановых изделий, в том числе шаровых компонентов эндопротезов, что обеспечит повышение твердости и износостойкости рабочих поверхностей. Наиболее существенными являются следующие научные результаты:

1. Численная модель высокотемпературного процесса и решение краевой задачи электродинамики и теплопроводности, позволяющие установить влияние тока и объемного заполнения индуктора, продолжительности выдержки на стационарную температуру термообработки титановых изделий.

2. Эмпирические закономерности влияния параметров высокотемпературной индукционной обработки, а именно тока индуктора, температуры и длительности выдержки, на химический состав, параметры структуры и микротвердость покрытий титановых образцов-дисков.

3. Теоретически и экспериментально обоснованы диапазоны высокотемпературной индукционной обработки для формирования твердых и износостойких оксидных покрытий, и функционально-градиентной структуры приповерхностного слоя для титановых изделий.

Теоретическая значимость. Представленные результаты развивают направление упрочняющей электротермической обработки и получения функцио-

нальных покрытий на титане, а также расширяют существующие представления о закономерностях формирования твердых диффузионных слоев и тонких сверхтвердых покрытий на титане за счет индукционного нагрева с короткой высокотемпературной выдержкой.

Практическая значимость работы. Определены параметры индукционной обработки титановых изделий для формирования оксидных покрытий и диффузионных слоев, характеризуемых рациональным сочетанием высокой твердости (930 НУ и более), износостойкости и однородной структуры поверхности (Яа 0,55-1,89). Высокая твердость и износостойкость при заданных параметрах структуры поверхности изделий восстановительной медицины достигаются за счет высокотемпературной индукционной обработки с током индуктора 2,5-3,8 кА в широком температурном диапазоне выдержки 900-1550 °С при длительности не более 300 с. Применение разработанного электротехнологического процесса позволяет повысить эксплуатационные характеристики титановых изделий широкого спектра применения, в частности медицинского. Предложено устройство для ин-дукционно-термического оксидирования малогабаритных титановых изделий (Пат. РФ № 180719), позволяющее получать твердые покрытия и диффузионные слои на поверхности титана.

Личный вклад автора состоит в проработке научной гипотезы и варианта развития направления упрочняющей индукционной обработки титана, разработке общей методики исследований, проведении экспериментальных работ и математической обработке полученных данных, разработке численной модели для высокотемпературной модификации титановых изделий, построении регрессионных зависимостей изменения твердости и характеристик структуры от технологических параметров высокотемпературной индукционной обработки, а также выработке основных положений и результатов, выносимых на защиту. В совместных публикациях автору принадлежит ведущая роль при проведении теоретических и экспериментальных исследований, научном обосновании полученных результатов. У автора нет конфликта интереса с соавторами в части авторского права.

Достоверность результатов. Достоверность теоретических и экспериментальных результатов обеспечивается корректным выполнением расчетных процедур, применением современных электротехнологических систем, измерительного оборудования и аналитической аппаратуры, использованием стандартных методов испытаний, отсутствием противоречий полученных результатов исследований с данными других исследователей, а также соответствием теоретических зависимостей экспериментальным данным.

Положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Предложенная численная модель процесса индукционного нагрева и высокотемпературной обработки титановых изделий позволяет установить распределение плотности тока, объемного тепловыделения и температуры от продолжительности выдержки, объемного заполнения и тока индуктора при заданной частоте.

2. Применение высокотемпературной индукционной обработки в воздушной атмосфере при токе индуктора 2,5-3,1 кА, температуре в диапазоне от 900930 до 1220-1250 °C и выдержке от 60 до 300 с обеспечивает формирование твердых (930 HV и более) и износостойких диффузионных слоев и оксидных покрытий общей толщиной от 5 до 50 мкм.

3. Технологические рекомендации по формированию твердой и износостойкой титан-оксидной структуры на шаровые компоненты титановых изделий восстановительной медицины.

Апробация работы. Результаты проведенных исследований диссертационной работы представлены на научно-технических семинарах и конференциях: 7, 8-ая Международная школа-конференция по оптоэлектронике, фотонике, инженерии и наноструктур «Saint Petersburg OPEN» (Россия, г. Санкт-Петербург, 2020 и 2021), Международный симпозиум по оптике и биофотонике «Saratov Fall Meeting» (Россия, г. Саратов, 2018, 2019 и 2021), 4-я Международная конференция по механике композитов «MECHCOMP4» (г. Мадрид, Испания, 2018), 60-я Международная научная конференция по энергетике и электротехнике Рижского

технического университета (г. Рига, Латвия, 2019), Международная молодежная конференция «Современные материалы и технологии» (г. Саратов, Россия, 2020).

Соответствие темы диссертации требованиям паспорта специальностей научных работников. Диссертационная работа соответствует паспорту специальности 2.4.4 «Электротехнология и электрофизика», а именно в части: изучения механизмов взаимодействия физических тел с переменным магнитным полем в воздушной среде (п. 2), разработке компьютерных моделей расчета рациональных режимов электротехнологической обработки (п. 4), совершенствования существующих методов в технологических приложениях и разработки новых электротехнологических процессов для обработки металлов, в том числе для нужд медицинской промышленности (п. 5).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 печатных работ, из них 5 статей в научных журналах, входящих в перечень изданий, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России, 1 патент на полезную модель.

В диссертационной работе отражены результаты, полученные при выполнении научных исследований по программе «У.М.Н.И.К.» (договор № 11378ГУ/2017 от 25.04.2017), в качестве исполнителя по Гранту Президента Российской Федерации (проект МД-157.2019.8) и гранта РФФИ № 20-33-90053 (конкурс «Аспиранты»).

ГЛАВА 1 МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛЕНОК И ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ МЕДИЦИНЫ

1.1 Пленки и покрытия на титановых изделиях

В последние десятилетие и на данный момент сохраняется тенденция совершенствования структуры и дизайна рабочих поверхностей изделий, изготовленных их биосовместимых материалов. Все чаще от деталей и рабочих механизмов требуются функционально-градиентные (ступенчатые) свойства, которые менялись бы по заданному закону. Рабочие поверхностные слои подвергаются механическому, химическому, электрохимическому, тепловому и прочим воздействиям, что вызывает преждевременный выход из строя всего изделия или отдельной части устройства (прибора). Функционально-градиентные материалы играют важную роль в различных инженерных областях благодаря своим особенностям, обусловленным плавным или ступенчатым изменениям характеристик [52, 104, 126, 173]. Они были разработаны путем объединения материалов, микроструктура которых соответствует зернистому, волокнистому или пластинчатому строению отдельных элементов. Для того что бы улучшить структурные характеристики рассматриваются различные архитектуры строения в микроразмерном масштабе, что помогает оптимизировать определенные функциональные свойства. Эти материалы обладают многочисленными преимуществами, например, высокой твердостью и износостойкостью, жаропрочностью и стойкостью, высокой ударной вязкостью и другие качествами [29, 63, 151, 164]. Функциональными называют материалы, характеризующиеся ярко выраженным свойством и предназначенные для создания специализированных изделий и устройств. Этого возможно добиться за счет формирования пленок и покрытий на поверхности материалов; исключением не стали и изделия для медицинской промышленности [7, 97, 122, 128, 149, 159]. Функциональные материалы применяют в различных изделиях, например, в качестве резисторов (ЫЪС, SiC); фильтров и пористых изделий (7гС, БЮ, А1203, Б13К4), термоэлементов (7гВ2, ТЮ), электродов и эмиссионных

катодов ^С, LaB6), изделий восстановительной медицины ^Ю2, TiC, ZrO2, TiB2, Ta2O5 и др). Керамики обладают сильными ионными связями, что позволяет их применять в качестве конструкционных и функциональных материалов [93, 121].

Главной особенностью титановых имплантатов является биоинертная природа материала, которая не обеспечивает формирование химических связей с костью или переработки самого материала для активного стимулирования роста. Имплантаты оставались в виде инородного тела в местах установки, что приводило к затягиванию процесса заживления. Поскольку биологическая реакция на биосовместимый материал в первую очередь определяется его поверхностными свойствами, крайне важно соответствующим образом спроектировать поверхность имплантата. Это позволит достичь необходимого уровня поверхностного (адгезионного) взаимодействия с окружающими клетками и белковыми структурами [173]. Одним из способов достижения этого является формирование поверхностного слоя, представленного субмикро- и наноразмерными элементами структуры. Такие слои получаются термической или химико-термической обработкой в рабочей атмосфере (активной среде), содержащей кислород, азот, метан, углерод, бор и др. В результате взаимодействия поверхности металла с активными молекулами или атомами получаются пленки сложного состава: металл-нитридные, металл-карбидные, металл-оксидные, металл-боридные, металл-карбонитридные, металл-оксинитридные и металл-оксикарбидные с улучшенными свойствами поверхности, в частности механическими, трибологическими, химическими, биосовместимыми и т.д. [72, 83, 111, 131, 149, 170].

Материалы, которые применяются в изделиях восстановительной медицины, обладают следующими характеристиками: высокий предел текучести и прочности, повышенная твердость и износостойкость. Данные характеристики струк-турочувствительны, т.е. могут управляться посредством целенаправленного изменения структуры, в частности изменением номенклатуры и концентрации структурных дефектов, размеров зерен, кластеров и других субструктурных единиц. С 1960-х годов титан и его сплавы широко используются в качестве металлических биоматериалов для различных изделий и конструкций, включая сердечнососуди-

стые, ортопедические, стоматологические, протезные, черепно-лицевые, хирургические и эндопротезные [44, 94, 115, 138, 177]. Кроме того, применяется в качестве постоянных имплантатов внутрикостного назначения, поскольку они обладают необходимой биосовместимостью, способностью к тканевой интеграции (остеоинтеграции), коррозионной стойкостью и механической прочностью. Тем не менее не все сплавы титана обладают выраженной биосовместимостью с человеческим организмом. Широкое распространение получили отечественные сплавы ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ20, ВТ6, ПТ3В, ПТ7М, а также зарубежные аналоги Grade 1 ELI, Grade 4A, Ti-6Al-4V, Ti-6Al-7Nb, Ti-15Mo-5Zr-3Al и другие [17, 33, 36, 71, 89, 109].

Одним из вариантов повышения физико-механических характеристик титана является формирование декоративно-защитных пленок и покрытий, а также функционально-градиентных слоев. Титан-алюминий-ванадиевый сплав, в частности Ti-6Al-4V, является хорошо зарекомендовавшим себя металлическим биосовместимым материалом для ортопедических имплантатов и используется в течение многих лет. При этом известно, что он проявляет токсичность после длительного использования из-за высвобождения частиц алюминия и ванадия [111]. Поиск альтернативных сплавов титана и лучшего состава для замены данного высокопрочного конструкционного сплава Ti-6Al-4V остается актуальным не только для решения проблем токсичности, но и для преодоления несоответствия модулей упругости контактирующих элементов биотехнической системы [50]. Опубликовано немало исследований по использованию новых титановых сплавов, в которых основное внимание уделялось определению наилучшего химического и фазового составов. Известны легирующие элементы для перспективных титановых сплавов, которые обеспечивают снижение модуля упругости, тем самым решая проблему механического несоответствия, и не вызывая при этом токсичности. Кроме того, сплав должен иметь коррозионную стойкость не ниже уровня технического титана [1, 38]. Несмотря на это, для снижения токсичности сплава Ti-6Al-4V при длительном использовании значительным количеством исследователей предлагается формировать металлические и керамические пленки и покрытия, ко-

торые будут взаимодействовать с тканями организма и при этом препятствовать проникновению ионов алюминия и ванадия в них [135]. Подобные поверхностные структуры должны отличаться малой пористостью, высокими значениями твердости и износостойкости, и в целом обеспечивать плавный градиент свойств (в том числе модуля упругости) в системе «костная ткань-граница раздела-материал им-плантата». В зависимости от типа кости ее твердость достигает 700 HV, модуль упругости 50-60 ГПа [36].

В настоящее время такие свойства как модуль упругости, твердость, адгези-онно-когезионная прочность определяются методами макро- и микроиндентиро-вания [101]. Для наноструктурных пленок широкое распространение получил метод наноиндентирования, типовыми нагрузками при котором является диапазон от 0,01 до 0,1-0,5 Н. При разработке методики измерения твердости всегда нужно обращать внимание на величину используемой нагрузки, которая определяется толщиной пленки или покрытия, а также другие структурными факторами (Таблица 1.1). Для некоторых керамических наноматериалов влияние размера зерна на абсолютную твердость Н (или прочность) описывается эмпирическим соотношением Холла-Петча [18, 127]:

Н = Н0 + 1с1-0'5, (1.1)

где Н - твердость; Н0 - твердость тела зерна; к - коэффициент пропорциональности; Ь - размер зерен.

Согласно экспериментальным данным, существует влияние размера зерна и толщины индивидуальных слоев в градиентных структурах на твердость. Во многих случаях значение твердости увеличивается с уменьшением размера и толщины пленки или покрытия, но для ряда объектов наблюдается немонотонная зависимость и даже обратная. В случае многослойных пленок TiN-ZrN) двухфазная структура (сверхрешетка) и поверхности раздела сохраняются вплоть до толщин ~10 нм и твердость продолжает расти, достигая значений алмаза. Эти

данные наглядно демонстрируют роль поверхностей раздела как препятствий на пути распространения дислокаций и трещин [2].

Вследствие особенностей технологии изготовления всегда существуют внутренние и внешние дефекты в виде пор, включений и микротрещин. Поры являются одним из факторов, оказывающих существенное влияние на процесс разрушения керамики. Влияние пор неоднозначно и зависит от их количества, формы, размеров и пространственной ориентации. Как правило, поры локализуются на границах зёрен в особенности на стыках нескольких зёрен. Даже в материалах обладающих высокой плотностью (более 99 %) наблюдаются остаточные микропоры, расположенные преимущественно по границам зёрен. Поры являются концентраторами напряжений и могут вызывать изменение траектории трещины, которая распространяется в наиболее слабых местах, какими служат границы зёрен. Размер пор, инициирующих разрушение в керамических материалах, составляет 20-200 мкм [67, 77, 152].

Таблица 1.1 - Механические свойства некоторых наноматериалов, полученных методами технологии пленок

Состав Метод получения Общая толщина пленки Размер зерна Твердость Ссылка на источник

мкм нм ГПа

ПК Ионное осаждение 0,2-0,3 15-20 15-20 [127]

мт Импульсное магнетронное распыление 3-5 300-330 22-28 [88]

Т1Б2 Магнетронное распыление 1-4 2-8 50-70 [117, 153]

ие-ИК/а-БК/аТ1Б2 Химическое осаждение из газовой фазы 17 7-15 45-55 [103]

Т1(С,К) Химическое осаждение из газовой фазы 5-12 1-5 22-37 [142, 143]

Т1К/2гК Дуговое распыление 2 10 70 [18]

2Г02 Золь-гелевый синтез 100-150 30-50 7-10 [78, 133]

Пленки TiC обладают высокой твердостью (8,5-15,3 ГПа) и низким коэффициентом трения (0,1-0,3), отличной электро- и теплопроводностью, а также высокой химической и термической стабильностью. Согласно представленным данным, размер кристаллов изменяется от 2 до 10 нм [113, 118, 130].

Пленки с карбооксидными соединениями Т^С,О) характеризуются нано-кристаллической структурой и обладают твердостью поверхности (23-28 ГПа), коэффициент трения (0,17-0,61) и модулем упругости около 470 ГПа [58, 85, 131, 172]. Пленки нитрида титана TiN формируют на поверхности титана толщиной до 0,1-0,2 мм, под такой пленкой часто формируется диффузионный слой толщиной несколько десятков микрометров. Диффузионный слой представлен двумя видами нитридов титана (TiN и Т^Ы) и зоной твердого раствора а-Т^Ы). Продолжительность процесса формирования данной структуры достигает 4-12 ч. Твердость градиентной композитной структуру составляет около 25 ГПа [55, 88, 91].

В поисках альтернативных вариантов формирования твёрдых слоев на титане без помощи газообразных сред (кислорода, азота, воздуха), прибегли к твердым соединениям, в частности системы «Т-Б». По литературным данным существует различные модификации боридов титана, отличающиеся твердостью (>20 ГПа - для ТВ, >30 ГПа - для ТВ2). Газофазное и плазменное азотирование отрицательно влияют на усталостные характеристики титановых сплавов. При высокотемпературной диффузии бора в титане образуется монослой, обогащенный игольчатыми кристаллами ТВ, либо двойной слой, включающий непрерывный верхний слой ТВ2 и подслой игольчатых кристаллов ТВ. Толщина слоев и пленок по разным источникам составляет 10-60 мкм при модуле упругости около 550 ГПа [56, 59, 64, 118, 154].

Естественная оксидная пленка на титане не обладает необходимыми механическими характеристиками, в частности устойчивостью к абразивному износу. Согласно исследованиям, пленки ТЮ2 и Т3О, сформированные методом термического оксидирования и анодирования, характеризуются субмикро- и наноразмер-ным диапазоном элементов структуры. За счет этого снижается скорость окисления поверхности титана, при определенной температуре [73, 114]. Двуокись тита-

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Щелкунов Андрей Юрьевич, 2023 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Амирханова, Н. А. Потенциодинамические и коррозионные исследования новых перспективных титановых сплавов с добавлением молибдена / Н. А. Амирханова, А. Р. Хасанов // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. - 2015. - Т. 19. - № 1(67). - С. 85-91.

2. Андриевский, Р. А. Наноструктурные материалы: учеб. пособие / Р. А. Андриевский, А. В. Рагуля. - М.: Издательский центр «Академия», 2005. - 192 с.

3. Бабат Г.И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение. - 2-е изд., перераб. и доп. изд. - М., Ленинград: Энергия, 1965. - 552 с.

4. Балдаев, Л. Х. Газотермическое напыление порошковых материалов для получения защитных покрытий с заданными свойствами: специальность 05.16.01 "Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов", 05.02.10 "Сварка, родственные процессы и технологии" : автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук / Балдаев Лев Христофорович. - Курск, 2010. - 32 с.

5. Бойцов А. Г. Инновации в области нанесения покрытий: PVD и CVD [Электронный ресурс] //РИТМ машиностроения. - 2020. - №. 2. - с. 36-42.

6. Влияние технологии производства пористых имплантатов из проволоки сплава ВТ1 - 0 на коррозионные свойства / Д. Е. Гусев, Ю. В. Чернышова, А. А. Чернышова, Т. С. Покладова. // Научные труды МАТИ им. К.Э. Циолковского. -2005. - № 8(80). - С. 32-37;

7. Гордиенко, А. И. Функционально-градиентные материалы на основе легированных сталей / А. И. Гордиенко, В. В. Ивашко, И. И. Вегера // Физика и химия обработки материалов. - 2007. - № 2. - С. 24-32.

8. ГОСТ Р ИСО 7206-1-2005. Имплантаты для хирургии. Эндопротезы тазобедренного сустава частичные и тотальные. Часть 1. Классификация и обозначение размеров: дата введения 2006-07-01. - Москва: Стандартинформ, 2005. - 11 с.

9. ГОСТ 19807-91. Титан и сплавы титановые деформируемые. Марки.: 1992-07-01: дата введения 2012- 07-01. - Москва: Издательство стандартов, 1991. - 6 с.

10. ГОСТ 20419-83. Материалы керамические электротехнические. Классификация и технические требования: национальный стандарт Российской Федерации: дата введения 1985-01-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию. - Изд. официальное. - Москва: Стандартинформ, 1985. - 8 с.

11. ГОСТ 9013-59. Металлы. Метод измерения твердости по Роквеллу: дата введения 1960-01-01. - Москва: ИПК Издательство стандартов, 2001. - 9 с.

12. ГОСТ 617-90. Трубы медные. Технические условия: Государственный стандарт СССР: дата введения 1992-01-01 Федеральное агентство по техническому регулированию. - Изд. официальное. - Москва: Стандартинформ, 1985. - 23 с.

13. ГОСТ 9450-76. Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников: Государственный стандарт СССР: дата введения 1977-01-01 Федеральное агентство по техническому регулированию. - Изд. официальное. -Москва: Стандарт, 1977. - 35 с.

14. ГОСТ Р 52381-2005. Материалы абразивные. Зернистость и зерновой состав шлифовальных порошков. Контроль зернового состава: Национальный Стандарт Российской Федерации: дата введения 2006-07-01 Федеральное агентство по техническому регулированию. - Изд. официальное. - Москва: Стандартинформ, 2006. - 15 с.

15. ГОСТ Р 8.748-2011. Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании: Национальный Стандарт Российской Федерации: дата введения 2011-12-13 Государственная система обеспечения единства измерений. - Изд. официальное. - Москва: Стан-дартинформ, 2013. - 28 с.

16. Дегтярев, М. Г. Параметры газотермического напыления покрытий при восстановлении деталей машин / М. Г. Дегтярев, А. В. Поликарпов // Мир транспорта и технологических машин. - 2009. - № 4(27). - С. 27-29.

17. Долгалев, А. А. Биосовместимые свойства титанового сплава, покрытого ^о2 методом золь-гель и оценка эмбриотоксичности новых материалов для зубных имплантатов на модели развивающегося куриного эмбриона / А. А. Долгалев, У. Р. Курбанова, Ю. Р. Есенеев // Вестник молодого ученого. - 2018. - № 4(23). -С. 8-11.

18. Звонарев, С.В. Функциональные и конструкционные наноматериалы : учебно-методическое пособие / С.В. Звонарев. - Екатеринбург: Изд-во Урал. унта, 2018. - 132 с.

19. Зиновьев, В. Е. Теплофизические свойства металлов при высоких температурах / В. Е. Зиновьев. - Москва: Металлургия, 1989. - 384 а

20. Ильин А. А. и др. Применение материалов на основе титана для изготовления медицинских имплантатов //Металлы. - 2002. - №. 3. - С. 97-104.

21. Индукционная термообработка титановых сплавов / И. И. Вегера, А. И. Михлюк, В. Б. Демидович, М. Ю. Хацаюк // . - 2018. - № 1(59). - С. 41-46.

22. Карабас, М. Получение и исследование титанового покрытия на магниевой подложке методом высокоскоростного кислородно-топливного напыления / М. Карабас // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2022. - № 3(801). - С. 38-42.

23. Киреев, В. Ю. Технологии микроэлектроники. Химическое осаждение из газовой фазы. / В. Ю. Киреев, А. А. Столяров. - Москва: Техносфера, 2006. - С. 192

24. Коробов, Ю. С. Анализ свойств газотермических покрытий: в двух частях: Часть 1. Основные методы и материалы газотермического напыления / Ю. С. Коробов, В. И. Панов, Н. М. Разиков. - Екатеринбург: Урал. ун-та, 2016. - 80 а

25. Кривобоков, В. П. Плазменные покрытия свойства и применение: учеб. пособие / В. П. Кривобоков, Н. С. Сочугов, А. А. Соловьев. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета. 2011. - 136 с

26. Лазарев, Э. М. Окисление титановых сплавов / Э. М. Лазарев, З. И. Корнилова, Н. М. Федорчук. - Москва: Наука, 1985. - 129 а

27. Лучинский, Г. П. Химия титана / Г. П. Лучинский. — Москва: Химия, 1971. - 470 с.

28. Медисон, В. В. Повышение стойкости режущего инструмента методом электроизоляции при обработке титановых сплавов: специальность 05.02.07 «Технология и оборудование механической и физикотехнической обработки»: диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук / Меди-сон Виталий Викторович ; ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина». - Нижний Тагил, 2014. - 170 с.

29. Многокомпонентные твердые и сверхтвердые субмикро- и нанокомпо-зитные покрытия на основе нитридов титана и железа / А. Д. Коротаев, В. Ю. Мошков, С. В. Овчинников [и др.] // Физическая мезомеханика. - 2007. - Т. 10. -№ 3. - 39-52 с.

30. Основы золь-гель технологии нанокомпозВТ-ИТОв / Максимов, И. А, В. А. Мошников [и др.]. - Санкт-Петербург: Техномедиа, Элмор, 2007. - 255 с.

31. Патент № 2503741 С1 Российская Федерация, МПК С23С 8/10. способ модификации поверхности титана: № 2012152580/02: заявл. 06.12.2012: опубл. 10.01.2014 / Л. Г. Коршунов, Н. Л. Черненко, В. Г. Пушин; заявитель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт физики металлов Уральского отделения Российской академии наук (ИФМ УрО РАН)

32. Плазменно-электролитная обработка. Микродуговое оксидирование: учебное пособие для студентов и аспирантов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки «Машиностроение», «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» / А. В. Эпель-фельд, В. Б. Людин, И. В. Суминов [и др.]. - Москва: : Московский государственный технологический университет "СТАНКИН", 2020. - 193 с.

33. Поляков, О. А. Влияние технологических факторов на структуру и механические свойства компонентов эндопротезов из титанового сплава ВТ20: специальность 05.16.01 "Металловедение и термическая обработка металлов и спла-

вов": автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Поляков Олег Алексеевич. - Москва, 2007. - 22 с.

34. Прецизионный нагрев цилиндрических заготовок в индукционном нагревателе периодического действия / В. Б. Демидович, Е. А. Григорьев, П. А. Масликов, И. И. Растворова // Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. - 2011. - № 2. - С. 5359.

35. Привалов, А. С. Методы и устройства для газотермического нанесения покрытий плазменным напылением не обозначенные в госте 28076-89 / А. С. Привалов // Будущее науки -2021: Сборник научных статей 9-й Международной молодежной научной конференции. В 6-ти томах, Курск, 21-22 апреля 2021 года/ Отв. редактор А.А. Горохов. - Курск: Юго-Западный государственный университет, 2021. - С. 286-291.

36. Проблемы и перспективы применения титановых сплавов в медицине / М. Ю. Коллеров, В. С. Спектор, С. В. Скворцова [и др.] // Титан. - 2015. - № 2(48). - С. 42-53.

37. Пустаханов, В. К. Современные способы газопламенного напыления / В. К. Пустаханов // Сервис технических систем - основа безопасного функционирования машин и оборудования предприятий АПК: материалы Международной научно-практической конференции Института агроинженерии, посвященной 110-летию со дня рождения доктора технических наук, профессора Ионы Ефремовича Ульмана, Челябинск, 15-17 февраля 2018 года / Министерство сельского хозяйства Российской Федерации; Департамент научно-технологической политики и образования; Южно-Уральский государственный аграрный университет. - Челябинск: Южно-Уральский государственный аграрный университет, 2018. - С. 210218.

38. Россина, Н. Г. Влияние химического и фазового состава титановых сплавов на коррозионную стойкость в биоактивных средах / Н. Г. Россина, К. О. Дрягина, Е. Н. Попова // Уральская школа молодых металловедов: Сборник материалов XX Международной научно-технической Уральской школы-семинара металловедов-молодых ученых, Екатеринбург, 03-07 февраля 2020 года / Министер-

ство науки и высшего образования Российской Федерации, Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина. - Екатеринбург: Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, 2020. - С. 372-374.

39. Сверхтвердые оксидные покрытия и особенности их получения на титане обработкой токами высокой частоты / А. Ю. Щелкунов, И. С. Егоров, М. А. Фомина [и др.]. - Текст : непосредственный // Вопросы электротехнологии. -2017. - № 3 (16). - С. 60-65.

40. Сверхтвердые оксидные покрытия, получаемые на титане при обработке токами высокой частоты / А. А. Фомин, М. А. Фомина, И. В. Родионов [и др.]. -Текст : непосредственный // Письма в ЖТФ. - 2015. - № Т. 41, Вып. 9. - С. 89-95.

41. Солнцев К. А. и др. Особенности кинетики окисления титана при получении рутила окислительным конструированием тонкостенной керамики //Неорганические материалы. - 2008. - Т. 44. - №. 8. - С. 969-975.

42. Сравнительная оценка остеоинтеграции винтовых конических и цилиндрических титановых имплантатов, обработанных методом микродугового оксидирования / А. Н. Митрошин, П. В. Иванов, А. Е. Розен [и др.] // Фундаментальные исследования. - 2011. - № 9-3. - рр. 447-451.

43. Структура и микротвердость упрочненных слоев, формируемых на титане при лазерной обработке в среде графита / В. А. Кошуро, Е. О. Осипова, М. А. Фомина, А. А. Фомин // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2021. - № 3(90). - С. 80-87.

44. Трифонова М. С., Худорожкова Ю. В. Использование металлических наноструктурных материалов в медицине //Инновации в материаловедении и металлургии. Ч. 1.-Екатеринбург, 2012. - С. 381-386.

45. ТУ 21-54598235-560-2001. Трубы из прозрачного кварцевого стекла. Общие технические условия [Текст]. - Введ. 2001-01-01. - М. : Изд-во стандартов, 2001, 16 с. : ил.

46. Физико-химические свойства окислов / Г. В. Самсонов, А. Л. Борисова, Т. Г. Жидкова [и др.]. - Москва: Металлургия, 1978. - 472 с

47. Филяков, А. Д. Влияние биоинертных электровзрывных покрытий на распределение напряжений на границе раздела имплант-кость / А. Д. Филяков, Д. А. Романов, Е. А. Будовских // Вестник МагнВТ-ИТОгорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2022. - Т. 20. - № 1. - С. 71-82.

48. Фомин А. А, Научные основы термических процессов получения оксидных покрытий на титановых медицинских изделиях с применением токов высокой частоты: специальности 05.09.10, 06.16.01 «Электротехнология. Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов» : Диссертация на соискание доктора технических наук / Фомин А. А,; Саратовский Государственный Технический Университет имени Гагарина Ю. А.. - Саратов, 2023. - 421 c.

49. Холодное газодинамическое напыление : Теория и практика / А. П. Ал-химов, С. В. Клинков, В. Ф. Косарев, В. М. Фомин ; Под ред. академика В.М. Фомина. - Москва : ООО Издательская фирма "Физико-математическая литература", 2010. - 536 с.

50. Шаталов В.К., Лысенко А.Л. Закономерности роста оксидных пленок при микродуговом оксидировании титановых сплавов: Учебное пособие / Под ред. В.К. Шаталова. - М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. - 100 с

51. Щелкунов, А. Ю. Влияние электротехнологических параметров индук-ционно-термической обработки на температуру титановых образцов при формировании оксидных покрытий / А. Ю. Щелкунов. - Текст : непосредственный // Вопросы электротехнологии. - 2022. — № 1 (34). - С. 49-56.

52. 30 Years of Functionally Graded Materials: An Overview of Manufacturing Methods, Applications and Future Challenges / S. Bassiouny, J. Jiang, R. Fathi [at al.]. // Composites Part B: Engineering. - 2020. - № 201. - P. 1-46.

53. A dynamic model for the simulation of induction heating devices / J. Nerg, K. Tolsa, P. Silventoinen, J. Pyrhonen. // IEEE Transactions on Magnetics. - 1999. - Vol. 35, № 5. - P. 3592-3594.

54. Aherwar, A. Cobalt based alloy: A better choice biomaterial for hip implants / A. Aherwar, A. Patniak, A.K. Singh // Trends in Biomaterials and Artificial Organs. -2016. - Vol. 30, № 1. - P. 50-55.

55. Ahuja, R. Structural, elastic, and high-pressure properties of cubic TiC, TiN, and TiO / R. Ahuja, O. Eriksson, J. M. Wills, and B. Johansson // Physical review B. -1996. - Vol. 53. - №. 6. - P. 3072-3079.

56. Aich, S. TiB whisker coating on titanium surfaces by solid-state diffusion: Synthesis, microstructure, and mechanical properties/ S. Aich, K. S. Ravi Chandran //Metallurgical and Materials transactions A. - 2002. - Vol. 33. - №. 11. - P. 34893498.

57. Aissa, C. B. CAE-PVD synthesis and characterization of titanium-based biocompatible coatings deposited on titanium alloy for biomedical application/ C. B. Aissa, K. Khlifi //Materials Today: Proceedings. - 2021. - Vol. 42. - P. A10-A17.

58. Albrektsson, T. The interface zone of inorganic implantsIn vivo: Titanium implants in bone / T. Albrektsson, P.-I. Branemark, H.-A. Hansson // Annals of Biomedical Engineering. - 1983. - № 11. - P. 1-27.

59. Alman, D. E. The abrasive wear of sintered titanium matrix-ceramic particle reinforced composites/ D. E. Alman, J. A. Hawk //Wear. - 1999. - Vol. 225. - P. 629639.

60. Antony, R. P. Synthesis Aspects of Nanoporous and Quasi-One-Dimensional Thin Film Architecture Photoelectrodes for Artificial Photosynthesis // Handbook on Synthesis Strategies for Advanced Materials. - Springer, Singapore, 2022. - pp. 323.

61. Antunes, R. A. Study of the corrosion resistance and in vitro biocompatibility of PVD TiCN-coated AISI 316 L austenitic stainless steel for orthopedic applications/ R. A. Antunes, A.C.D. Rodas, N. B. de Lima, O. Z. Higa //Surface and Coatings Technology. - 2010. - Vol. 205. - №. 7. - P. 2074-2081.

62. A Short Review on Polymer, Metal and Ceramic Based Implant Materials / D. Shekhawat, A. Singh, A. Bhardwaj, A. Patnaik // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. - 2021. - Vol. 1017, № 012038. - P. 1-13.

63. Baron, C. Properties of particle phases for metal-matrix-composite design/ C. Baron, H. Springer //Data in brief. - 2017. - Vol. 12. - P. 692-708.

64. Basu, B. Processing and properties of monolithic TiB2 based materials/ B. Basu, G. B. Raju, A. K. Suri //International materials reviews. - 2006. - Vol. 51. - №. 6. -P. 352-374.

65. Biocompatibility of nickel-titanium shape memory metal and its corrosion behavior in human cell cultures / J. Ryhanen, E. Niemi, W. Serlo [at al.] // Biomedical Materials Research. - 1997. - № 35(4). - P. 451-457.

66. Biomaterials in Clinical Practice/ F. Zivic, S. Affatato, M. Trajanovic [at al]. Cham: Springer Cham, 2018. - pp. 830.

67. Borras, A. D. Chemo-mechanical effects on the tribocorrosion behavior of titanium/ceramic dental implant pairs in artificial saliva/ A. D. Borrás, A. Roda, A. R. Cardete, J. Navarro-Laboulais, A. I. Muñoz //Wear. - 2019. - Vol. 426. - P. 162-170.

68. Boyer, R. Materials Properties Handbook: Titanium Alloys / R. Boyer, G. Welsch, E. W. Collings. - OH, USA : ASM International, 1994. - pp. 1176

69. Characterisation of bioactive films on Ti-6Al-4V alloy, Electrochim / A. Krzakala, K. Sluzalska,, G. Dercz [at al.] // Electrochimica Acta. - 2013. - Vol. 104. -P. 425-438.

70. Chen, Q. Metallic implant biomaterials / Q. Chen, G. Thouas // Materials Science and Engineering R. - 2015. - № 87. - P. 1-57.

71. Chen, W. Comparing the evolution and deformation mechanisms of lamellar and equiaxed microstructures in near P-Ti alloys during hot deformation / W. Chen, Y. Lv, X.-y. Zhang, C. Chen //Materials Science and Engineering: A. - 2019. - Vol. 758. -P. 71-78.

72. Chen, X. In-situ construction of the nanostructured TiO2/TiN composite films by induction heat treatment: Improved mechanical, corrosion, and biological properties / X. Chen,R.-F. Zhu, Z.-F. Yuan, H. Gao //Applied Surface Science. - 2023. - pp. 156300.

73. Cheraghali, B. Functionally graded oxygen-containing coating on CP-titanium for bio-applications: characterization, biocompatibility and tribocorrosion behavior / B. Cheraghali, H.M. Ghasemi, M. Abedini, R. Yazdi //Journal of Materials Research and Technology. - 2022. - Vol. 21. - P. 104-120.

74. Coddet, C. Measurements of the adhesion of thermal oxide films: application to the oxidation of titanium / C. Coddet, A. M. Craze, G. Beranger //Journal of Materials Science. - 1987. - Vol. 22. - P. 2969-2974.

75. Dalili, N. Improving the wear resistance of Ti-6Al-4V/TiC composites through thermal oxidation (TO)/ N. Dalili, A. Edrisy, K. Farokhzadeh, J. Li //Wear. -2010. - Vol. 269. - №. 7-8. - P. 590-601.

76. Davis R. J. Handbook of Materials for Medical Devices / R. J. Davis // Handbook of Materials for Medical Devices / R. J. Davis. - Michigan: ASM International, 2003. - № 9. - P. 179-194.

77. Dekkar, D. Microstructure and biological evaluation of nanocrystalline diamond films deposited on titanium substrates using distributed antenna array microwave system / D. Dekkar, F. Benedic, C. Falentm-Daudre, A. L. R. Rangel //Diamond and Related Materials. - 2020. - Vol. 103. - pp. 107700.

78. Diaz-Parralejo, A. Effect of sintering temperature on the microstructure and mechanical properties of ZrO2-3 mol% Y2O3 sol-gel films/ A. Diaz-Parralejo, A. L. Ortiz, R. Caruso //Ceramics International. - 2010. - Vol. 36. - №. 8. - P. 2281-2286.

79. Dikici T., Toparli M. Microstructure and mechanical properties of nanostruc-tured and microstructured TiO2 films //Materials Science and Engineering: A. - 2016. -Vol. 661. - P. 19-24.

80. Dorfman, M. R. Thermal spray coatings //Handbook of environmental degradation of materials. - William Andrew Publishing, 2018. - P. 469-488.

81. Friberg, L. Handbook on the Toxicology of Metals / L. Friberg, G. Nordberg, V. Vouk. - Amsterdam: Elsevier/Academic Press, 1979. - pp. 1542.

82. Fomin, A. A. Chemical Composition, Structure, and Properties of the Surface of Titanium VT1-00 and Its Alloy VT16 after Induction Heat Treatment/ A. A. Fomin, I. V. Rodionov //Handbook of Nanoceramic and Nanocomposite Coatings and Materials. - Butterworth-Heinemann, 2015. - P. 403-424.

83. Fonseca, C. Electrochemical behaviour of titanium coated stainless steel by RF sputtering in synthetic sweat solutions for electrode applications/ C. Fonseca, F. Vaz, M. A. Barbosa //Corrosion science. - 2004. - Vol. 46. - №. 12. - P. 3005-3018.

84. Froes, F. H. Applications of Titanium //Titanium Physical Metallurgy Processing and Applications, Materials Park, ASM International. - 2015. - P. 353-379.

85. Fu, K. Multifunctional titanium oxycarbide films fabricated by filtered ca-thodic vacuum arc technique using CO2 as a precursor/ K. Fu, F. Zhou, B. Liao, Xian-ying Wu [at al]//Ceramics International. - 2015. - Vol. 41. - №. 1. - P. 1701-1709.

86. Gabor, R. Hybrid coatings for orthopaedic implants formed by physical vapour deposition and microarc oxidation/ R. Gabor, L.Cvrcek, M. Doubkova //Materials & Design. - 2022. - pp. 11081.

87. Gadge, M. Characterization of pre-and/or post-treated PVD-AlTiN coating: Nanohardness, modulus of indentation and percent elastic portion of the nanoindenta-tion / M. Gadge, S. Chinchanikar, V. Nehasil //Materials Today: Proceedings. - 2021. -Vol. 46. - P. 8386-8392.

88. Ganesh, B. K. C. et al. Effect of surface treatment on tribological behavior of Ti-6Al-4V implant alloy/ B.K.C. Ganesh, N. Ramanaiah, P. V. C. Rao //Journal of Minerals and Materials characterization and engineering. - 2012. - Vol. 11. - №. 07. - pp. 735.

89. Geetha, M. Ti Based Biomaterials, the Ultimate Choice for Ortho paedic Im-plants—A Review /M. Geetha, A. K. Singh, R. Asokamani, A. K. Gogia//Materials Science - 2009. - Vol. 54. - №. 3. - P. 397-425.

90. Ge, Y. Optimization Control of Induction hardening Process/ Y. Ge, R. Hu, Z. Zhang, Q. Shen // Proceedings of the 2006 IEEE International Conference on Mech-atronics and Automation. - Luoyang, Henan.: 2006. - P. 1126-1130.

91. Gotman, I. Wear-resistant ceramic films and coatings / I. Gotman, E. Y. Gut-manas, G. Hunter //Comprehensive Biomaterials II. Oxford: Elsevier. - 2017. - P. 165203.

92. Gu?lu, F. M. The recrystallization and thermal oxidation behavior of CP-titanium/ F. M. Gu?lu, H. Qimenoglu, E. S. Kayali //Materials Science and Engineering: C. - 2006. - Vol. 26. - №. 8. - P. 1367-1372.

93. Gupta, A. Recent development in modeling and analysis of functionally graded materials and structures/ A. Gupta, M. Talha //Progress in Aerospace Sciences. -2015. - Vol. 79. - P. 1-14.

94. Haschek, W. M. Haschek and Rousseaux's handbook of toxicologic pathology./ W. M. C. Haschek, G. Rousseaux, C. George, M. A. Wallig // - Academic Press, 2013. - P. 783-806.

95. Hernigou Ph. Oxinium, a new alternative femoral bearing surface option for hip replacement / Ph. Hernigou, G. Mathieu, A. Poignard, O. Manicom, P. Filippini, A. Demoura// European Journal of Orthopaedic Surgery & Traumatology. - 2007. - № 17. - P. 243-246.

96. Hornberger, H. Biomedical coatings on magnesium alloys-a review / H. Hornberger, S. Virtanen, A. R. Boccaccini //Acta biomaterialia. - 2012. - Vol. 8. - №. 7. -P. 2442-2455.

97. Huang S. et al. Oxidation of WC-TiC-TaC-Co hard materials at relatively low temperature //International Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2015. -Vol. 48. - P. 134-140.

98. Israr, M. Trans Indian Inst Met./ M. Israr, A. Kumar, M. K. Kushwaha // -2020. - Vol. 73. - P. 1373-1381.

99. Jamesh, M. Thermal oxidation of titanium: Evaluation of corrosion resistance as a function of cooling rate / M. Jamesh, T. S. N. S. Narayanan, P. K. Chu //Materials Chemistry and Physics. - 2013. - Vol. 138. - №. 2-3. - P. 565-572.

100. Jandova, V. Reactive laser-induced ablation as approach to titanium ox-ycarbide films / V. Jandova, R. Fajgar, P. Dytrych, M. Kostejn, V. Drinek, J. Kupcik //Thin Solid Films. - 2015. - Vol. 590. - P. 270-275.

101. Jokanovic, V. Detailed phisyco-chemical characterization of the multi-layered thin films based on titanium oxynitride and copper doped titanium nitride obtained by different PVD techniques/ V. Jokanovic, N. Bundaleski, B. Petrovic, M. Ferrara //Vacuum. - 2022. - Vol. 195. - pp. 110708.

102. Kariper, i. A. Hardness of Thin Films and the Influential Factors //Diamond and Carbon Composites and Nanocomposites. - IntechOpen, 2016. - Vol. 1.

- P. 1-20.

103. Karvankova, P. Thermal stability of nc-TiN/a-BN/a-TiB2 nanocomposite coatings deposited by plasma chemical vapor deposition / P. Karvankova, M. G.J. Ve-prek-Heijman, M. Zawrah, S. Veprek //Thin Solid Films. - 2004. - Vol. 467. - №. 1-2.

- P. 133-139.

104. Kassner, M. E. Low-temperature creep in pure metals and alloys / M. E. Kassner, K. K. Smith, C. S. Campbell. // Journal of Materials Science. - 2015. - № 50.

- P. 6539-6551.

105. Kawakita, J. Dense titanium coatings by modified HVOF spraying / J. Ka-wakita, S. Kuroda, T. Fukushima, H. Katanoda, K. Matsuo, H. Fukanuma //Surface and Coatings Technology. - 2006. - Vol. 201. - №. 3-4. - P. 1250-1255.

106. Khanna A. S. High temperature oxidation //Handbook of environmental degradation of materials. - William Andrew Publishing, 2005. - P. 105-152.

107. Khor K. A. Processing-microstructure-property relations in HVOF sprayed calcium phosphate based bioceramic coatings/ K. A. Khor, H. Li, P. Cheang //Biomaterials. - 2003. - Vol. 24. - №. 13. - P. 2233-2243.

108. Kim, K. T. General review of titanium toxicity/ K. T. Kim, M. Y. Eo, T. T. H. Nguyen, S. M. Kim //International journal of implant dentistry. - 2019. - Vol. 5. -№. 1. -P. 1-12.

109. Kochi, M. Hardness and microstructure of Ti-15Mo-5Zr-3Al alloy for dental casting / M. Kochi, H. Koizumi, M. Murakami, H. Kikuchi //Acta Odontologica Scandinavica. - 2011. - Vol. 69. - №. 6. - P. 328-333.

110. Komlev, D. I. The effect of resistance spot welding on plasma sprayed coatings./ D. I. Komlev, V. I. Kalita, G. A. Menshikov, A. Vlasenko // Inorganic Materials: Applied Research. - 2013. - № 4. - P. 236-246.

111. Kotsedi, L. Titanium oxide nanocoating on a titanium thin film deposited on a glass substrate / L. Kotsedi, Z. Y. Nuru, S. Eaton, F.R. Cummings//Thin Solid Films. - 2016. - Vol. 603. - P. 446-451.

112. Krikorian, O. H. Thermal expansivity correlations for refractory materials with the NaCl-type structure //High Temperatures-High Pressures. - 1988. - Vol. 20. -№ 2. - P. 169-175.

113. Kumar, N. Wear resistant multiphase compound of Ti (C, O, N)/aC: H nano composite film / N. Kumar, G.Natarajan, D. D. Kumar [at al] //Thin Solid Films. -2015. - Vol. 590. - P. 17-27.

114. Kuromoto, N. K. Titanium oxide films produced on commercially pure titanium by anodic oxidation with different voltages/ N. K. Kuromoto, R. A. Simao, G. A. Soares //Materials Characterization. - 2007. - Vol. 58. - №. 2. - P. 114-121.

115. Kurtz, S. M. PEEK biomaterials handbook. - William Andrew, Le Guehennec L. et al. Surface treatments of titanium dental implants for rapid osseointe-gration //Dental materials. - 2007. - Vol. 23. - №. 7. - P. 844-854.

116. Lee, C. Tribology of titanium boride-coated titanium balls against alumina ceramic: Wear, friction, and micromechanisms / C.Lee, A. Sanders, N. Tikekar, K. S. R. Chandran //Wear. - 2008. - Vol. 265. - №. 3-4. - P. 375-386.

117. Lee, S. H. Low temperature deposition of TiB2 by inductively coupled plasma assisted CVD //Surface and Coatings Technology. - 2007. - Vol. 201. - №. 911. - P. 5211-5215.

118. Lengauer, W. Transition metal carbides, nitrides, and carbonitrides //Handbook of ceramic hard materials. - 2000. - P. 202-252.

119. Li, Z. Removal mechanism of liquid-assisted nanosecond pulsed laser cleaning TA15 titanium alloy oxide film / Z. Li, D. Zhang, S. Xuan, S. Yang //Journal of Materials Research and Technology. - 2022. - Vol. 19. - P. 4986-4997.

120. Li Z., Khor K. A. Preparation and properties of coatings and thin films on metal implants. - 2019.

121. Liao, T. Y. Multifunctional cold spray coatings for biological and biomedical applications: A review / T. Y. Liao, A. Biesiekierski, C. C. Berndt, P. C. King//Progress in Surface Science. - 2022. - pp. 100654.

122. Liu, T. Functionally gradient intermetallic composites/ T. Liu, Q. Wang //Intermetallic Matrix Composites. - Woodhead Publishing, 2018. - P. 409-424.

123. Liu, X. Surface modification of titanium, titanium alloys, and related materials for biomedical applications/ X. Liu, PP. K. Chu, C. Ding //Materials Science and Engineering: R: Reports. - 2004. - Vol. 47. - №. 3-4. - P. 49-121.

124. Lupi, S. Induction and direct resistance heating: Theory and numerical modeling./ S. Lupi, M. Forzan, A. Aliferov - Cham, Heidelberg, New York, Dordrecht, London: Springer, 2015. - pp. 270.

125. Lupi, S. Fundamentals of Electroheat: Electrical Technologies for Process Heating. - New York: Springer, 2017. - pp. 620.

126. Liu, Y. Advanced Nanomaterials and Coatings by Thermal Spray / Y. Liu, H. Li, B. T. Zhang. - Elsevier Inc, 2019. - pp. 317.

127. Ma, C. H. Nanohardness of nanocrystalline TiN thin films / C. H. Ma, J. H. Huang, H. Chen //Surface and Coatings Technology. - 2006. - Vol. 200. - №. 12-13. -P. 3868-3875.

128. Madaoui, N. Effect of TiO2 Coating Thickness on the Structure, Mechanical Properties, and Corrosion Behavior of AISI 304L Stainless Steel/ Noureddine Madaoui, N. SAOULA, L. Zougar, I. Djabrouhou //Journal of Materials Engineering and Performance. - 2022. - P. 1-14.

129. Mansoor A. et al. Medical and Dental Applications of Titania Nanoparti-cles: An Overview/ A. Mansoor, Z. K.Sultan, M. T. Khan, E. Mansoor //Nanomaterials. - 2022. - Vol. 12. - №. 20. - pp. 3670.

130. Martínez-Martínez, D. Comparative performance of nanocomposite coatings of TiC or TiN dispersed in aC matrixes / D. Martinez-Martinez, C. L. Cartes, A. Fernandez, J. C. S. Lopez //Surface and Coatings Technology. - 2008. - Vol. 203. - №. 5-7. - P. 756-760.

131. Mathew, M. T. TiCxOy thin films for decorative applications: Tribocorro-sion mechanisms and synergism / M. T. Mathew, E. Ariza, L. A. Rocha,

A, C. Fernandes //Tribology International. - 2008. - Vol. 41. - №. 7. - P. 603615.

132. Mathur, S. CVD of titanium oxide coatings: Comparative evaluation of thermal and plasma assisted processes / S. Mathur, P. Kuhn //Surface and Coatings Technology. - 2006. - Vol. 201. - №. 3-4. - P. 807-814.

133. Microstructure and Stress-Induced Phase Transformation of Sol-Gel Derived Zirconia Thin Films / Y. Ohya, H. Ishikawa, Ban, T. // Journal of The Ceramic Society of Japan. — 2006. — № 114. — P. 411-414.

134. Milne, I. Comprehensive structural integrity: Cyclic loading and fatigue./ I. Milne, R. O. Ritchie, B. L. Karihaloo. - Elsevier, 2007. - Vol. 4. - pp. 10

135. Murray, J. L. The O- Ti (oxygen-titanium) system /J. L. Murray, H. A. Wriedt //Journal of Phase Equilibria. - 1987. - Vol. 8. - №. 2. - P. 148-165.

136. Niinomi, M. Mechanical biocompatibilities of titanium alloys for biomedical applications //Journal of the mechanical behavior of biomedical materials. - 2008. -Vol. 1. - №. 1. - P. 30-42.

137. Niinomi, M. Recent metallic materials for biomedical applications / M. Niinomi // Metallurgical and Materials Transactions A. - 2002. - Vol. 33, № 1. - P. 477486.

138. Oshida, Y. Bioscience and bioengineering of titanium materials. - Elsevier,

2010.

139. Oshida, Y. Effects of shot-peening on surface contact angles of biomaterials / Y. Oshida, R. Sachdeva, S. Miyazaki, J. Daly //Journal of materials science: materials in medicine. - 1993. - Vol. 4. - №. 5. - P. 443-447.

140. Oshida, Y. Changes in contact angles as a function of time on some pre-oxidized biomaterials / Y. Oshida, R. Sachdeva, S. Miyazaki //Journal of Materials Science: Materials in Medicine. - 1992. - Vol. 3. - №. 4. - P. 306-312.

141. Park, S. J. Interface science and composites / S. J. Park, M. K. Seo. — 1st Edition. - London : Academic Press, 2011. - pp. 852

142. Paseuth, A. Microstructure, mechanical properties, and cutting performance of TiCxN1- x coatings with various x values fabricated by moderate temperature chemical vapor deposition/ L. Qiu, Y. Du, L. Wu, S. Wang //Surface and Coatings Technology. - 2014. - Vol. 260. - P. 139-147.

143. Paseuth, A. Improvement of mechanical properties and cutting performance of modified MT-TiCxN1- x coating by moderate temperature chemical vapor deposition/ A. Paseuth, H. Fukui, K. Yamagata //Surface and Coatings Technology. -2016. - Vol. 291. - P. 54-61.

144. Pathak, S. S. Sol-gel nanocoatings for corrosion protection/ S. S. Pathak, A. Khanna //Corrosion Protection and Control Using Nanomaterials. - Woodhead Publishing, 2012. - P. 304-329.

145. Piszczek, PP. CVD of TiO2 and TiO2/Ag antimicrobial layers: Deposition from the hexanuclear ^-oxo Ti (IV) complex as a precursor, and the characterization/ P. Piszczek, Z. Muchewicz, A. Radtke, M. Gryglas //Surface and Coatings Technology. -2013. - Vol. 222. - P. 38-43.

146. Projections of hip arthroplasty in OECD countries up to 2050 / C. Pabinger, H. Lothaller, N. Portner, A. Geissler // HIP Int. — 2018. — № 28. — P. 498-506.

147. Projections of Primary and Revision Hip and Knee Arthroplasty in the United States from 2005 to 2030 / S. Kurtz, K. Ong, E. Lau [et al] // The Journal of Bone and Joint Surgery (American). - 2007. - Vol. 89, № 4. - P. 780-785.

148. Rajendran, R. Gas turbine coatings-An overview //Engineering Failure Analysis. - 2012. - Vol. 26. - P. 355-369.

149. Rocha, L. A. Structural and corrosion behaviour of stoichiometric and sub-stoichiometric TiN thin films //Surface and Coatings Technology. - 2004. - Vol. 180. -P. 158-163.

150. Roy, M. Protective hard coatings for tribological applications //Materials under extreme conditions. - Elsevier, 2017. - P. 259-292.

151. Ruys, A. J. 9-Metal-ceramic functionally graded materials (FGMs) / A. J. Ruys, B. A. Sutton //Metal Reinforced Ceramics, Elsevier Series on Advanced Ceramic Materials. - 2021. - P. 327-329.

152. Sadeghi, M. Role of micro-dimple array geometry on the biological and tribological performance of Ti6Al4V for biomedical applications //Surface and Coatings Technology. - 2019. - Vol. 362. - pp. 282-292.

153. Sanchez, C. M. T. Titanium diboride thin films produced by dc-magnetron sputtering: Structural and mechanical properties //Surface and Coatings Technology. -2011. - Vol. 205. - №. 12. - pp. 3698-3702.

154. Sanders, A. P. Surface hardening of titanium articles with titanium boride layers and its effects on substrate shape and surface texture //Journal of manufacturing science and engineering. - 2009. - Vol. 131. - №. 3.

155. Saoula, N. Influence of nitrogen content on the structural and mechanical properties of TiN thin films. / N. Saoula, K .Henda, R. Kesri / Journal of Plasma and Fusion Research SERIES - 2009. - Vol. 8. - P. 1403-1407

156. Sarkar, D. ZrO2-toughened A^O3-based near-net shaped femoral head: unique fabrication approach, 3D microstructure, burst strength and muscle cell response / D. Sarkar, S. Mandal, B. S. Reddy [at al] // Materials Science & Engineering C. -2017. - Vol. 77. - P. 1216-1227

157. Simoes, I. G. Analysis of the influence of surface treatment by high-power laser irradiation on the surface properties of titanium dental implants: A systematic review/ I. G. Simoes, A. C. Dos Reis, M. L. da Costa Valente // The Journal of Prosthetic Dentistry. - 2021.

158. Simulation and experimental study of induction heat treatment of titanium disks / A. Fomin, V. Koshuro, A. Shchelkunov [et al] // International Journal of Heat and Mass Transfer. - 2021. - № Vol. 165, Part A, 120668. - P. 1-13.

159. Singh, H. HA-based coating by plasma spray techniques on titanium alloy for orthopedic applications / H. Singh, R. Kumar, C. Prakash, S. Singh //Materials Today: Proceedings. - 2022. - Vol. 50. - P. 612-628.

160. Soares, P. Hardness and elastic modulus of TiO2 anodic films measured by instrumented indentation / P. Soares, A. Mikowski, C. M. Lepienski, E.l S. Junior //Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials: An Official Journal of The Society for Biomaterials, The Japanese Society for Biomaterials, and The Australian Society for Biomaterials and the Korean Society for Biomaterials. -2008. - Vol. 84. - №. 2. - P. 524-530.

161. Sonoda T. et al. Effect of Titanium/Oxygen Compositional Gradient on Adhesion of Titanium-Oxygen System Film deposited onto Titanium-based Alloy by Reactive DC Sputtering/ T. Sonoda, A. Watazu, J. Zhu, T. Yamada // Recent Advances in Multidisciplinary Applied Physics. - Elsevier Science Ltd, 2005. - P. 473-478.

162. Spector B. M. Wear performance of ultra-high molecular weight polyethylene on oxidized zirconium total knee femoral components / B. M. Spector, M.D. Ries, R.B. Bourne, W. S. Sauer, M. Long, G. Hunter// The Journal of Bone & Joint Surgery. - 2001. - Vol. 83, № 2. - P. 80-86.

163. Sun, F. Duplex treatment of arc plasma nitriding and PVD TiN coating applied to dental implant screws/ F. Sun, X. L. Liu, S. Q. Luo, D. D. Xiang //Surface and Coatings Technology. - 2022. - Vol. 439. - pp. 128449.

164. Suryanarayana C., Al-Aqeeli N. Mechanically alloyed nanocomposites //Progress in Materials Science. - 2013. - Vol. 58. - №. 4. - P. 383-502.

165. Takahashi, Y. Dip-coating of TiO2 films using a sol derived from Ti (Oi-Pr) 4-diethanolamine-H2O-i-PrOH system/ Y. Takahashi, Y. Matsuoka //Journal of Materials Science. - 1988. - Vol. 23. - №. 6. - P. 2259-2266.

166. Takesue, S. Characterization of surface layer formed by gas blow induction heating nitriding at different temperatures and its effect on the fatigue properties of titanium alloy/ S. Takesue, S.Kikuchi, H. Akebono, T. Morita //Results in Materials. -2020. - Vol. 5. - pp. 100071.

167. Teed, P. L. Titanium-a survey //The Aeronautical Journal. - 1953. - Vol. 57. - №. 508. - P. 189-214.

168. Thompson, G. J. Ti-6Al-4V ion solution inhibition of osteogenic cell phe-notype as a function of differentiation timecourse in vitro / G. J. Thompson, D. A. Puleo // Biomaterials. - 1996. - Vol. 17, № 20. - P. 1949-1954.

169. Titanium as a new trace element / I. Pais, M. Feher, E. Farkas [at al.] // Communications in Soil Science and Plant Analysis. - 2008. - Vol. 8(5). - P. 407-410.

170. Vaz, F. Preparation of magnetron sputtered TiNxOy thin films //Surface and Coatings Technology. - 2003. - Vol. 174. - P. 197-203.

171. Wang, X. Bioactive submicron-pore design of microarc oxidation coating on Ti6Al4V alloy prepared by selective laser melting method/ X. Wang, F. Zhang //Surface and Coatings Technology. - 2022. - Vol. 444. - pp. 128696.

172. Wang, Y. Compositional, structural and mechanical characteristics of nc-TiC/aC: H nanocomposite films / Y.Wang, X. Wu, H. Zhang, X. Zhang //Applied Surface Science. - 2008. - Vol. 255. - №. 5. - P. 1801-1805.

173. Weikai, Li Research and Application of Functionally Gradient Materials / Li Weikai, Han Baohong. // IOP Conference Series Materials Science and Engineering.

- 2018. - № 394. - P. 1-6.

174. Xie Y. et al. Enhanced cellular responses to titanium coating with hierarchical hybrid structure //Materials Science and Engineering: pp. - 2014. - Vol. 38. - P. 272-277.

175. Xu, C. Improved wear and corrosion resistance of microarc oxidation coatings on Ti-6Al-4V alloy with ultrasonic assistance for potential biomedical applications/ C. Xu, L. Chen, C. B. Zheng, H.Y. Zhang //Advanced Engineering Materials. -2021. - Vol. 23. - №. 4. - pp. 2001433.

176. Yadav, P. Effect of heat-treatment on microstructure and mechanical properties of Ti alloys: An overview / P. Yadav, K. K. Saxena //Materials Today: Proceedings. - 2020. - Vol. 26. - P. 2546-2557.

177. Yang, G. J. Introduction to Advanced Micro-Nano Coating Materials and Thermal Spray/ G. J. Yang, X. K. Li G. R. Suo, //Advanced Nanomaterials and Coatings by Thermal Spray. - Elsevier, 2019. - P. 1-11

178. Yuan, S. Understanding the protective role of a gradient titanium oxide ceramic layer on Ti6Al4V against corrosion via analyses of Mott-Schottky curve and electron work function (EWF) /S. Yuan, J. Zou, N. Lin, H. Zhang //Ceramics International.

- 2022. - Vol. 48. - №. 21. - P. 31896-31901.

179. Zaoui, A. First-principles study of bonding mechanisms in the series of Ti, V, Cr, Mo, and their carbides and nitrides/ A. Zaoui, S. Kacimi, B. Bouhafs //Physica B: Condensed Matter. - 2005. - Vol. 358. - №. 1-4. - P. 63-71.

180. Zemtsova, E. G. Modern techniques of surface geometry modification for the implants based on titanium and its alloys used for improvement of the biomedical characteristics/ E.G. Zemtsova, A. Arbenin, R. Z. Valiev, V. M. Smirnov //Titanium in Medical and Dental Applications. - Woodhead Publishing, 2018. - P. 115-145.