Физико-механические свойства трех- и четырехкомпонентных поверхностных сплавов на основе титана, синтезированных на TiNi-подложке электронно-пучковым способом тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Дьяченко Филипп Анатольевич

• Дьяченко Филипп Анатольевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Дьяченко Филипп Анатольевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 Физико-механические свойства поверхностных слоёв сплавов TiNi, 12 модифицированных электронно-пучковыми и ионно-плазменными обработками

1.1 Диаграммы состояний двойных и тройных систем на основе Ti, Ni, Ta, Nb и Si

1.2 Мартенситные превращения и структура мартенситных фаз в сплавах на основе TiNi

1.3 Неупругие эффекты в сплавах на основе TiNi

1.4 Модификация поверхностных слоёв сплавов TiNi электронно-пучковыми и ионно- 25 плазменными обработками

1.5 Понятие «поверхностные сплавы» и способы их формирования на поверхности 30 металлических материалов

1.6 Механические принципы испытаний на твёрдость

1.7 In situ исследования физико-механических свойств методом инструментального 38 индентирования

1.8 Использование метода инструментального индентирования для определения упруго-

пластических и прочностных параметров

1.9 Постановка цели и задач исследований

2 Материалы, методы приготовления, обработок и исследований образцов

2.1 Материалы и методы приготовления образцов

2.2 Процесс, режимы и параметры аддитивного тонкоплёночного электронно-пучкового 66 способа синтеза поверхностных сплавов

2.3 Оптические и электронно-микроскопические методы исследований морфологии и 70 топографии поверхности, элементного состава и структуры поверхностных слоёв

2.4 Испытания на микротвёрдость и методики инструментального индентирования, 72 использованные для определения прочностных и упруго-пластических параметров

2.5 Испытания на кручение 80 3 Морфология поверхности, структура и физико-механические свойства

поверхностных слоёв образцов сплава И№, модифицированных импульсными обработками низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком

3.1 Влияние электронно-пучковых обработок на морфологию поверхности образцов 82 сплава Т№

3.2 Влияние электронно-пучковых обработок на структуру поверхностных слоёв 87 образцов сплава Т№

3.3 Влияние электронно-пучковых обработок на физико-механические свойства 90 поверхностных слоёв образцов сплава Т№ 4 Морфология поверхности, структура и физико-механические свойства 94 трёхкомпонентных поверхностных сплавов (ПС) на основе систем [Ti-Ni-Ta] и [ТШШЬ]

4.1 Морфология, топографические параметры и элементный состав поверхности 94 Т№-образцов в зависимости от условий и режимов синтеза ПС

4.2 Влияние структуры на физико-механические свойства [Т№-Тазо]ПС

4.3 Влияние структуры на физико-механические свойства [Т№-Та4о]ПС

4.4 Структура [Л№-№эо]ПС и [ЛН-Ш^ПС

4.5 Влияние структуры на физико-механические свойства [^№-ЫЪэо]ПС и [^№-МЬ15]ПС 114 5 Морфология поверхности, структура и физико-механические свойства

четырёхкомпонентных ПС на основе системы [Тк№-Та^1|

5.1 Структура [TiNi-TaзoSilo]ПС

5.2 Влияние структуры на физико-механические свойства [TiNi-TaзoSilo]ПС

5.3 Нанопористость [TiNi-TaзoSilo]ПС: характеристика и влияние дополнительных 124 электронно-пучковых обработок

5.4 Влияние нанопористости на деформационное поведение [TiNi-TaзoSilo]ПС

5.5 Закономерности изменения прочностных параметров нанопористых 135 [TiNi-TaзoSilo]ПС, обусловленные дополнительными электронно-пучковыми обработками

5.6 Закономерности изменения упруго-пластических параметров нанопористых 139 [TiNi-TaзoSilo]ПС, обусловленные дополнительными электронно-пучковыми обработками

6 Диссипация механической энергии и физико-механические характеристики 144 систем [ПС/Л№-подложка] при испытаниях на микротвёрдость и кручение

6.1 Механическая работа и диссипация механической энергии трех- и

четырехкомпонентными ПС в системах [ПС/ЛМ-подложка]

6.2 Механическая совместимость трех- и четырехкомпонентных ПС с ^№-подложкой

6.3 Влияние [TiNi-TaзoSilo]ПС на неупругие свойства системы [ПС/П№-подложка] 155 ВЫВОДЫ 160 Список литературы 162 ПРИЛОЖЕНИЕ А 182 ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Физико-механические свойства трех- и четырехкомпонентных поверхностных сплавов на основе титана, синтезированных на TiNi-подложке электронно-пучковым способом»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Сплавы на основе никелида титана (сплавы Т№), наиболее выдающиеся представители функциональных металлических материалов, используются в качестве миниатюрных изделий медицинского и немедицинского назначения благодаря уникальным неупругим свойствам, основанным на эффектах памяти формы и сверхэластичности (ЭПФ-СЭ) [1-3]. Новой перспективной областью применения сплавов Т№ является современная эндохирургия, использующая технологии биомедицинских микроэлектромеханических систем (Био-МЭМС) [4-7], в которых активные элементы микроактуаторов, детали узлов, инструментарий миниатюрных размеров (от ~1 до ~100 мкм [4, 5]), наряду с имплантатами, изготавливают из данных сплавов.

Ключевой проблемой, ограничивающей применение сплавов Т№ в коррозионных средах при знакопеременных нагрузках, является заметно быстрое снижение их эксплуатационных характеристик [8-12]. Это связано с деградацией физико-механических [9, 10] (в том числе ЭПФ-СЭ [8]) и коррозионных [11, 12] свойств данных материалов, обусловленных накоплением усталостных дефектов в процессе их эксплуатации. Недостатком сплавов Т№, применяемых в качестве биосовместимых металлических материалов, является высокая концентрация ионов никеля на поверхности и возможность их выхода в среду человеческого организма, что может вызывать токсические и аллергические реакции на имплантат [3, 4, 7].

Для повышения физико-механических свойств сплавов Т№ и понижения концентрации никеля на его поверхности, актуальной задачей является создание тонкого (~2 мкм) функционального барьерного слоя с пониженной концентрацией никеля, обладающего высокими физико-механическими свойствами и механической совместимостью к подложке. В связи с этим, перспективным способом улучшения физико-механических и биохимических свойств сплавов Т№ представляется формирование многокомпонентных поверхностных сплавов (ПС) с использованием аддитивного тонкоплёночного электронно-пучкового (АТП-ЭП) способа синтеза [13-15]. Его суть заключается в многократном чередовании операций осаждения легирующей пленки заданной толщины (~50-100 нм) и состава и последующего жидкофазного перемешивания компонентов пленки и подложки с помощью импульсного низкоэнергетического (<30 кэВ) сильноточного (до ~25 кА) электронного пучка (НСЭП) микросекундной длительности (~2-4 мкс) в едином вакуумном цикле. В результате НСЭП-обработки системы [плёнка/подложка], поверхностный слой толщиной <1 мкм подвергается сначала плавлению, а затем закалке со скоростью охлаждения ~109 К/с [15]. Это представляет возможным формировать ПС не только с кристаллической, но и с полностью аморфной структурой, тем самым позволяя синтезировать на поверхности сплавов Т№ новый класс материалов, называемый тонкопленочными металлическими стеклами (ТПМС) [16-21], которые позволяют существенно повысить коррозионную стойкость [16, 17] и физико-механические характеристики миниатюрных металлических изделий [18-21].

Степень проработанности темы исследования. Для функционализации поверхности сплавов наиболее востребованными являются ионно-плазменные (например, CVD- и Р"УВ-) методы обработок [22-28]. Основными недостатками покрытий с функциональными (биосовместимость, коррозионная стойкость, рентгеноконтрастность) свойствами, сформированных этими методами на поверхностях сплавов являются: (1) наличие текстуры в кристаллических покрытиях, что снижает их прочность; (2) ограниченная адгезионная прочность покрытий и (3) их термомеханическая несовместимость с ^№-подложкой. Например, в системах [покрытие/подложка], таких как [Ta/TiNi] и [ЫЬ/Л№], термомеханическая несовместимость покрытий обусловлена различием температурных коэффициентов линейного расширения а и модуля упругости Е тантала [29], ниобия [29] и ^№-подложки [30]. В совокупности, вышеперечисленные факторы создают опасность разрушения и отслоения покрытий, возникновения усталостных трещин, понижения коррозионной стойкости в биосреде или химическом растворе. Все это ограничивает применение ионно-плазменных обработок в качестве модификации поверхности миниатюрных изделий из сплавов

Важным преимуществом АТП-ЭП способа синтеза ПС по отношению к традиционным ионно-плазменным обработкам поверхности сплавов является то, что в ходе синтеза [14, 15]: (1) не формируется ярко выраженная текстура в поверхностном слое; (2) между подложкой и синтезированным ПС образуется диффузионная переходная зона, обеспечивающая высокую когезионную прочность сцепления с материалом подложки; (3) механическая совместимость ПС с ^№-подложкой может обеспечиваться путем формирования на её поверхности тонкого (<2 мкм) ПС с физико-механическими свойствами, близкими к свойствам ^№-подложки. Например, вместо покрытий из чистых металлов Та или № использовать ПС на основе этих металлов, химический состав которых соответствует формуле ^70-60Ме30-40 (ат. %, Ме: Ta, №). По своим упругим характеристикам данные ПС будут близки к сплавам [31, 32], которые также обладают высокой коррозионной стойкостью и биосовместимостью [33].

К настоящему времени известны примеры ПС, сформированных на поверхностях металлических материалов способами синтеза, основанными на чередовании циклов осаждения легирующей пленки и последующего жидкофазного перемешивания компонентов пленки и подложки с помощью различных источников: наносекундных - лазерных пучков [34, 35] и НСЭП [36, 37], мощных импульсных ионных [38] и плазменных [39] пучков. В большинстве экспериментов толщина плёнки изменяется от ~50 до ~700 нм, при этом толщина ПС в результате одиночного или многократного импульсного плавления систем [плёнка/подложка] варьируется от ~2 до ~5 мкм, что удовлетворяет модификации поверхности МЭМС-изделий, размеры которых варьируются в диапазоне от ~1 до ~100 мкм [4, 5].

Одни из первых работ, посвящённых исследованию структуры и свойств систем [пленка/подложка], облученных НСЭП, были проведены коллективами сотрудников Института сильноточной электроники СО РАН (ИСЭ СО РАН, Россия, Томск) [40] и Сумского института модификации поверхности (Украина, Сумы) [41, 42]. Разработаны комбинированные электронно-ионно-плазменные установки, позволяющие использовать НСЭП [40, 43-48] с длительностью импульса т = 10-7-10-6 с, плотностью энергии Es от ~1 до ~7 Дж/см2 и эффективно осуществлять жидкофазное перемешивание легирующей пленки с материалом подложки в едином вакуумном цикле синтеза.

Анализ литературы показал, что среди широкого спектра металлических материалов, модифицированных электронным пучком без добавления легирующих элементов, сплавов на основе Т№ сравнительно мало [49-53]. С точки зрения электронно-пучкового поверхностного легирования, только в последнем десятилетии появились первые работы о синтезе и структуре ПС на основе Т^ №, Та, № и Si на поверхностях сплавов Т№ с использованием НСЭП [54-65]. Сведения о физико-механических свойствах этих ПС, зависимости этих свойств от строения (моно-/многослойное) и структуры (нанокристаллической, аморфной, нанокомпозитной) ПС крайне ограниченны. Не исследовано поведение систем [ПС/П№-подложка] при микро- и макроскопических механических испытаниях, в частности, не установлено какое влияние оказывает ПС на функциональные (ЭПФ-СЭ) свойства сплавов Т№. Поэтому изучение физико-механических свойств как самих ПС, синтезированных АТП-ЭП способом, так и систем [ПСШМ-подложка], установление взаимосвязи этих свойств с различными типами структур ПС являются не только актуальными, но и крайне необходимыми, с точки зрения физического обоснования эффективности использования АТП-ЭП способа синтеза ПС для сплавов Т№, обладающих ЭПФ-СЭ.

Цель диссертационной работы - установить закономерности изменения физико-механических свойств в зависимости от строения, структуры и нанопористости многокомпонентных поверхностных сплавов на основе [Ть№-Та], [Ть№-ЫЪ] и [Ть№-Та^], синтезированных АТП-ЭП способом на Т№-подложке.

Для достижения цели были поставлены и решены следующие задачи:

1. На основе результатов экспериментальных исследований выбрать оптимальные режимы НСЭП-обработок поверхности ^№-подложки, обеспечивающие: 1) выглаживание поверхности; 2) очистку поверхности от неметаллических и интерметаллических включений; 3) гомогенизацию поверхностного слоя; 4) сохранение физико-механических свойств материала подложки.

2. С использованием методов оптической металлографии и оптической интерференционной профилометрии изучить влияние состава осаждаемой пленки, ее толщины и условий АТП-ЭП синтеза на морфологию и топографические параметры поверхности ^№-подложки после формирования ПС на основе [Ть№-Та], [Ть№-ЫЪ] и [Ть№-Та^].

3. С использованием электронно-микроскопических данных охарактеризовать строение ПС на основе [Ti-Ni-Ta], [ТС-№-ЫЬ] и [Ti-Ni-Ta-Si], синтезированных АТП-ЭП способом на подложке, и выявить фазово-структурные состояния их отдельных подслоев.

4. Методами инструментального индентирования исследовать физико-механические свойства поверхностных слоёв системы [ПСЛ1№-подложка], в том числе изучить закономерности изменения по глубине от поверхности: а) прочностных характеристик - параметров твёрдости Н, НУ, модуля упругости Е, предела текучести От; б) упруго-пластических характеристик - параметра пластичности 5 и степени восстановления отпечатка п. Изучить закономерности изменения этих параметров в зависимости от моно-/многослойного строения ПС и фазово-структурных состояний (нанокристаллического, аморфного, нанокомпозитного) в отдельных подслоях, в том числе с различной концентрацией нанопор.

5. На примере синтезированного на ^№-подложке ПС на основе [Ti-Ni-Ta-Si] оценить влияние ПС на свойства сверхэластичности сплава при деформации кручением.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

1. Определены оптимальные режимы НСЭП-обработок поверхности сплава обеспечивающие выглаживание поверхности, очистку поверхности от неметаллических и интерметаллических включений, гомогенизацию поверхностного слоя, сохранение объемных физико-механических свойств обрабатываемого материала.

2. Установлены закономерности изменения физико-механических свойств в зависимости от строения, структуры и нанопористости многокомпонентных ПС на основе [Ti-Ni-Ta], [Ti-Ni-NЬ] и [Ti-Ni-Ta-Si], синтезированных АТП-ЭП способом на ^№-подложке.

3. Показано, что многослойное строение ПС из чередующихся подслоев с различными толщиной, фазовыми составами и объемным соотношением нанокристаллических и аморфных фаз, обеспечивает монотонное изменение прочностных и упруго-пластических характеристик от поверхности к подложке и высокую механическую совместимость ПС с ^№-подложкой.

4. Установлено, что в применении к подложке из сплава электронно-пучковый способ синтеза ПС является эффективным методом снижения атомной концентрации № в приповерхностных слоях. Показано, что в образцах с ПС атомная концентрация № вблизи поверхности (на глубине <500 нм) остается в ~1,5 раза меньше (<35 ат. %), чем в исходном сплаве.

5. Показано, что трёх- и четырёхкомпонентные ПС на основе титана, синтезированные АТП-ЭП способом на ^№-подложке, обладающие пониженной концентрацией № на поверхности, высокими физико-механическими свойствами и механической совместимостью к ^№-подложке, являются новым видом покрытий, альтернативным покрытиям, получаемым химическим и физическим осаждением.

Теоретическая значимость. Установленные закономерности изменения физико-механических свойств в ПС на основе систем [Ть№-Та], [Ть№-ЫЬ] и [Ть№-Та^] в зависимости от моно-/многослойного строения и структуры ПС (нанокристаллической, аморфной, нанокомпозитной) могут быть использованы для прогнозирования структуры и свойств ПС других составов на основе систем из Т^ №, Та, N и Si, синтезированных АТП-ЭП способом на подложках из сплавов Т№. Результаты и выводы выполненных исследований могут быть использованы в качестве физических основ АТП-ЭП способа синтеза ПС на подложках из сплавов Т№, научного обоснования и разработки новых, на основе этого способа, технологий создания новых функционализированных поверхностных слоёв на поверхностях титановых сплавов широкого назначения.

Практическая значимость. С помощью АТП-ЭП способа синтеза на подложке из сплава Т№ получены ПС на основе систем [Ть№-Та], [Ть№-ЫЬ] и [Ть№-Та^], которые обладают пониженной концентрацией № на поверхности, многослойным строением, высокими физико-механическими свойствами и механической совместимостью к подложке, что делает их, в качестве многофункциональных барьерных слоёв, альтернативой плёнкам и покрытиям на поверхностях сплавов Т№, основными недостатками которых являются ограниченная адгезионная прочность и низкая термомеханическая совместимость с подложкой.

На основе метода инструментального индентирования для оценки и анализа физико-механических свойств материалов с многослойными градиентными структурами развит и применён комплексный подход, который позволяет из экспериментальных диаграмм Р^ «нагружения-разгрузки» получать широкий набор данных, характеризующих на субмикро- и микроскопическом масштабных уровнях: (а) прочностные (параметры твёрдости, модуль упругости, пределы прочности и текучести), (б) упруго-пластические (параметр пластичности и параметры, характеризующие возврат локальной деформации отпечатка), (в) энергетические (параметры диссипации механической энергии в приповерхностных слоях материала). Анализ широкого спектра закономерностей позволяет всесторонне охарактеризовать влияние поверхностных обработок на физико-механические свойства поверхностных слоёв материала, а также установить корреляции этих свойств со строением и структурой.

Методический подход, включающий ряд экспериментально верифицированных методик оценки параметров, характеризующих физико-механические свойства, может быть применён для исследований свойств новых многослойных структурно-неоднородных материалов, использован в качестве учебно-методического пособия для выполнения лабораторных работ студентами бакалавриата и магистратуры, обучающихся по направлениям подготовки высшего образования «Прикладная механика» и «Техническая физика», решения научных и прикладных задач физики конденсированного состояния.

Методология и методы исследования. Структурные исследования проведены с помощью методов оптической микроскопии, оптической интерференционной профилометрии, просвечивающей и растровой электронной микроскопии. Исследования элементного состава проведены методами энерго- и волнодисперсионного микроанализа. Исследования физико-механических свойств поверхностных слоёв выполнены с использованием метода инструментального индентирования и испытаний на микротвёрдость. Изучение неупругих свойств проведено при испытаниях на кручение.

Положения, выносимые на защиту:

1. Экспериментальное обоснование выбора оптимальных режимов обработок низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком, позволяющих за счет жидкофазного растворения значительной доли мелких и средних включений сформировать на поверхности промышленного сплава химически однородный, однофазный, не снижающий объемные физико-механические свойства поверхностный слой с низкой шероховатостью поверхности.

2. Монотонное изменение физико-механических свойств в трехкомпонентных [Ti-Ni-Ta] и [Ti-Ni-NЬ] поверхностных сплавах от поверхности к подложке и высокая механическая совместимость поверхностных сплавов с подложкой из сплава обеспечиваются многослойным строением самих поверхностных сплавов из чередующихся подслоев с различными фазовыми составами и объемным соотношением нанокристаллических и аморфных фаз.

3. Экспериментально выявленные физические факторы (состав осаждаемой пленки и её толщины, нанопористость аморфной структуры) и режимы дополнительных обработок низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком, обеспечивающие улучшение прочностных и упруго-пластических параметров четырёхкомпонентных поверхностных сплавов на основе [Ti-Ni-Ta-Si], синтезированных на подложке из сплава

4. Совокупность экспериментальных данных, доказывающих, что трёх- и четырёхкомпонентные поверхностные сплавы на основе титана, синтезированные аддитивным тонкоплёночным электронно-пучковым способом на подложке из сплава обладающие пониженной концентрацией № на поверхности, высокими физико-механическими свойствами и механической совместимостью к подложке, представляют собой новый вид покрытий, альтернативный покрытиям, получаемыми химическим и физическим осаждением.

Степень достоверности результатов исследований, обоснованность сделанных в работе выводов и выносимых на защиту положений обеспечена использованием современных средств исследований, в том числе - аттестованных оборудования и методов исследования структуры и физико-механических свойств, статистических методов обработки и анализа экспериментальных результатов, воспроизводимостью и согласованностью результатов, полученных разными методами, соответствием полученных результатов данным других авторов.

Апробация результатов исследований. Основные результаты работы были доложены и обсуждены на следующих Международных и Всероссийских научных конференциях, семинарах и школах: Международный симпозиум «Перспективные материалы и технологии» (Беларусь, г. Брест, 2019); Международная конференция «Перспективные материалы с иерархической структурой для новых технологий и надёжных конструкций» (Россия, г. Томск, 2015, 2017, 2018, 2019); The international Workshop "Multiscale Biomechanics and Tribology of Inorganic and Organic Systems" (Россия, г. Томск, 2019); Международная конференция «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии» (Россия, г. Томск, 2020, 2021); XVI, XVII, XVIII и XIX Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных «Перспективы развития фундаментальных наук» (Россия, г. Томск, 2019, 2020, 2021, 2022); Международная научно-техническая молодёжная конференция «Перспективные материалы конструкционного и медицинского назначения» (Россия, г. Томск, 2018); VII Международная молодёжная научная конференция «Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики - 2017 (Россия, г. Томск, 2017); III и IV Международная научная конференция студентов и молодых учёных «Молодёжь, наука, технологии: новые идеи и перспективы» (Россия, г. Томск, 2016, 2017); Двадцать четвёртая Всероссийская научная конференция студентов физиков и молодых учёных (Россия, г. Томск, 2018); VI Всероссийская конференция молодых учёных Материаловедение, технологии и экология в третьем тысячелетии (Россия, г. Томск, 2016); XVIII Российская научная студенческая конференция по физике твёрдого тела (Россия, г. Томск, 2022).

Публикации. Основные результаты по теме диссертации были опубликованы в 17 работах, из них - 2 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК, 15 статей в зарубежных изданиях, индексируемых в библиографических базах данных Web of Science и Scopus, 5 из которых опубликованы в изданиях первого квартиля (Q1), 2 в изданиях второго квартиля (Q2).

Личный вклад соискателя состоит в совместной с научным руководителем постановке и обсуждении цели и задач исследований, планировании и проведении экспериментальных исследований, анализе, обсуждении и интерпретации полученных результатов, разработке методического подхода по изучению физико-механических свойств поверхностных слоёв материалов с многослойной структурой, активном участии в конференциях и семинарах, подготовке научных статей.

Соответствие диссертации паспорту специальности. Тема и содержание диссертационной работы соответствуют пункту 1) «Теоретическое и экспериментальное изучение физической природы свойств металлов и их сплавов, неорганических и органических соединений, диэлектриков и в том числе материалов световодов как в твердом, так и в аморфном состоянии в зависимости от их химического, изотопного состава, температуры и давления» и пункту 6) «Разработка

экспериментальных методов изучения физических свойств и создание физических основ промышленной технологии получения материалов с определенными свойствами» паспорта специальности 1.3.8. - Физика конденсированного состояния (Технические науки).

Работа выполнена в рамках научных задач по темам государственных заданий (проекты Ш.23.2.1, FWRW-2021-0003); проектов: Российского научного фонда (№15-13-00023, №18-19-00198), Российского фонда фундаментальных исследований (№18-38-00551 мол_а, №20-33-90034 Аспиранты); гранта Президента Российской Федерации (МК-1567.2020.2).

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы, включающего 288 цитируемых источников. Работа содержит 185 страниц машинописного текста, в том числе 80 рисунков, 16 таблиц, 47 формул и 2 приложения.

Автор выражает благодарность и глубокую признательность:

- научному руководителю д.ф.-м.н., профессору Мейснер Людмиле Леонидовне, за объёмное внимание к работе и заботливую поддержку на всех этапах подготовки диссертации, плодотворное обсуждение цели, задач и результатов работы, а также помощь в написании диссертации;

- к.ф.-м.н. Семину Виктору Олеговичу, к.т.н. Нейману Алексею Александровичу и к.т.н. Мейснеру Станиславу Николаевичу за компетентное, высококвалифицированное и полезное обсуждение результатов электронно-микроскопических исследований и механических испытаний;

- д.ф.-м.н. Шугурову Артуру Рубиновичу и к.ф.-м.н. Шулепову Ивану Анисимовичу за оказанную помощь при проведении испытаний методом инструментального индентирования;

- сотрудникам лаборатории материаловедения сплавов с памятью формы и лаборатории материаловедения покрытий и нанотехнологий ИФПМ СО РАН, в особенности к.ф.-м.н. Гудимовой Екатерине Юрьевне и к.ф.-м.н. Остапенко Марине Геннадьевне за полезное обсуждение результатов, полученных методами оптической микроскопии, интерференционной профилометрии и рентгеноструктурного анализа;

- научным сотрудникам ИСЭ СО РАН за проведение экспериментов по синтезу поверхностных сплавов - д.ф.-м.н. Ротштейну Владимиру Петровичу, д.т.н. Озуру Григорию Евгеньевичу, к.ф.-м.н. Маркову Алексею Борисовичу и м.н.с. ЛВЭ Яковлеву Евгению Витальевичу;

- рецензентам д.ф.-м.н. Шаркееву Юрию Петровичу и д.ф.-м.н. Панину Алексею Викторовичу за обсуждение, полезные советы, замечания и подсказки, которые позволили улучшить работу;

- родителям и близким за оказанную поддержку и помощь.

1 Физико-механические свойства поверхностных слоёв сплавов ^N1, модифицированных электронно-пучковыми и ионно-плазменными обработками

1.1 Диаграммы состояний двойных и тройных систем на основе N1, Ta, ^ и Si

Поскольку данная работа посвящена исследованиям физико-механических свойств поверхностных сплавов (ПС) на основе трех- и четырехкомпонентных систем из Т^ №, Та, № и Si, синтезированных на ^№-подложке аддитивным тонкоплёночным электронно-пучковым (АТП-ЭП) способом, ниже приведено краткое описание диаграмм состояний двойных и тройных систем, лежащих в основе синтезированных ПС.

Система Ti-Ni. Интерес к сплавам на основе возник в начале 1960-х годов после открытия эффекта возврата большой предварительно накопленной неупругой деформации (~6-8%) в интерметаллическом соединении вблизи эквиатомного состава [66, 67]. На

диаграмме состояний системы Ть№ присутствуют три соединения: В2(^№), ^№з, а

также ограниченные твёрдые растворы на основе №, а-Т и 0-Т (рисунок 1.1) [1].

Содержание N1 (вес. %)

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

2073 ....................—........'.....'.........'■■—..............'.......*.

1943 .

1873 • \\

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

"П Содержание N1 (ат. %) N1

Рисунок 1.1 - Диаграмма состояний системы Ть№ [1]

Фаза В2(^№), вблизи эквиатомного состава, формируется путём кристаллизации из расплава при температуре Т = 1583 К [1], имеет атомно-упорядоченную кристаллическую структуру на основе ОЦК-решётки (параметр элементарной ячейки а = 0,3015 нм, структурный тип CsCl, пространственная группа РтЗт [1]), в которой содержится 2 атома в элементарной ячейке.

Фаза образуется при температуре Т = 1257 К со сложной ГЦК-структурой (параметр ячейки а = 1,1278 нм, структурный тип FeзWзC, пространственная группа Fd3m [1]), в которой

содержится 96 атомов в элементарной ячейке. При взаимодействии с кислородом образуется фаза ^4№2ох (с идентичным типом кристаллической структуры, как у фазы Т^№, параметр ячейки а = 1,1319 нм [1]).

Фаза ^№3 формируется при температуре Т = 1653 К, обладает гексагональной упорядоченной структурой (параметры ячейки а = 0,5093 нм, с = 0,8267, структурный тип DO24, пространственная группа Р6/ттс [1]), в которой содержится 12 атомов в элементарной ячейке.

Данные о типах кристаллических структур, параметрах элементарных ячеек и температурах образования фаз системы Ть№ обобщены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Параметры кристаллических фаз, образующихся в сплавах на основе [1]

Фаза Тип решётки Параметр ячейки, нм Структурный тип Пространственная группа Тплав, К

a c

В2 ОЦК 0,3015 - Csa Рт3т >1583

ГЦК 1,1278 - FeзWзC Fd3m >1257

^№3 ГПУ 0,5093 0,8267 DO24 Р6/ттс >1653

Системы ТьТа и Т1^Ь. На рисунках 1.2 а и 1.2 б приведены диаграммы состояний систем ТьТа [68] и ТьЫ [69], на которых присутствуют следующие кристаллические фазы: объёмно-центрированная Р-фаза (Та, Р^) [68, 70, 71] и ОЦК Р-фаза (ЫЫЪ, Р^) [69, 72] и гексагонально-плотноупакованная а-фаза (Та, аТ^ [68, 70, 71] и ГПУ а-фаза (ЫЪ, аТ^ [69, 72]. Из рисунка 1.2 а видно, что в системе ТьТа в температурном диапазоне от 3296 К до 1155 К в результате кристаллизации из расплава формируется Р-фаза (Та, Р^), понижение температуры ниже 1155 К приводит к появлению а-фазы (Та, аТ^ [68, 70, 71]. Подобным образом в системе ТьЫЪ (рисунок 1.2 б) при температуре от 2742 К до 1155 К формируется Р-фаза (ЫЫЪ, Р^), ниже температуры 1155 К образуется а-фаза (ЫЫЪ, аТ^ [69, 72]. Варьирование концентрации Та и Ы в Р-фазах (Та, Р^) и (ЫЪ, Р^) ведёт к изменению параметра элементарной ячейки в ОЦК решётке [68-72]. В приложении А (таблица 1) приведены данные о типах кристаллических структур, параметрах решёток и температурах образования упомянутых фаз в системах ТьТа и ТьЫЫЪ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Дьяченко Филипп Анатольевич, 2022 год

Список литературы

1. Otsuka K. Physical metallurgy of Ti-Ni based shape memory alloys / K. Otsuka, X. Ren // Prog. Mater Sci. - 2005. - Vol. 50. - P. 511-678.

2. Yamauchi K. [et al.] Shape memory and superelastic alloys // Woodhead Publishing. - 2011. - 232 p.

3. Zhu J. An updated review on TiNi alloy for biomedical applications / J. Zhu, Q. Zeng, T. Fu // Corros. Rev. - 2019. - Vol. 37. - P. 1-14.

4. Mohd J.J. [et al.] A review of shape memory alloy research, applications and opportunities // Mater. Des. - 2014. - Vol. 56. - P. 1078-1113.

5. Mehrpouya M. MEMS applications of NiTi based shape memory alloys: a review / M. Mehrpouya, H.C. Bidsorkhi // Micro Nanosyst. - 2016. - Vol. 8. - P. 79-91.

6. Roshan U. Design and fabrication of a minimally invasive surgical device with customized shape memory alloy spring actuator / U. Roshan, R. Amarasinghe, N. Dayananda // Journal of Robotics, Networking and Artificial Life. - 2018. - Vol. 5. - P. 194-198.

7. Sabahi N. [et al.] A review on additive manufacturing of shape-memory materials for biomedical applications // JOM. - 2020. - Vol. 72. - P. 1229-1253.

8. Iasnii V. Degradation of functional properties of pseudoelastic NiTi alloy under cyclic loading: an experimental study / V. Iasnii, P. Yasniy // Acta Mechanica et Automatica. - 2019. - Vol. 13. - P. 95-100.

9. Zhao T.-X. [et al.] Experimental investigation of the cyclic degradation of the one-way shape memory effect of NiTi alloys // International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials. - 2019. -Vol. 26. - P. 1539-1550.

10. Frenzel J. On the importance of structural and functional fatigue in shape memory technology / J. Frenzel // Shap. Mem. Superelasticity. - 2020. - Vol. 6. - P. 213-222.

11. Say Y. Enhanced corrosion properties of biological NiTi alloy by hydroxyapatite and bioglass based biocomposite coatings / Y. Say, B. Aksakal // J. Mater. Res. Technol. - 2020. - Vol. 9. - P. 17421749.

12. Sun F [et al.] On the high sensitivity of corrosion resistance of NiTi stents with respect to inclusions: an experimental evidence // ACS Omega. - 2020. - Vol. 5. - P. 3073-3079.

13. Марков А.Б. [и др.] Установка РИТМ-СП для формирования поверхностных сплавов // Приборы и техника эксперимента. - 2011. - №. 6. - С. 122-126.

14. Пат. 2017137653/15(065731) Российская Федерация, МПК A61L 27/06, B82B 1/00, C22C 45/10, A61L 31/18, C22C 45/04, C23C 28/00. Способ синтеза рентгеноконтрастного поверхностного Ti-Ta-Ni сплава с аморфной или аморфно-нанокристаллической структурой на подложке из TiNi сплава / Мейснер Л.Л., Марков А.Б., Озур Г.Е., Ротштейн В.П., Мейснер С.Н.,

Яковлев Е.В., Гудимова ЕЮ., Сёмин ВО.; патентообладатель ИФПМ СО РАН, ИСЭ СО РАН. -опубл. 11.04.18.

15. Ротштейн В.П. [и др.] Модификация поверхностных слоёв металлических материалов низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками. - Новосибирск, 2019. - 347 с.

16. Lee J. The development of a Zr-Cu-Al-Ag-N thin film metallic glass coating in pursuit of improved mechanical, corrosion, and antimicrobial property for bio-medical application / J. Lee, M.-L. Liou, J.-G. Duh // Surf. Coat. Technol. - 2017. - Vol. 310. - P. 214-222.

17. Yiu P. [et al.] Thin film metallic glasses: properties, applications and future // J. Appl. Phys.

- 2020. - Vol. 127. - P. 030901(1-16).

18. Liu F.X. [et al.] Fatigue-resistance enhancements by glass-forming metallic films // Mater. Sci. Eng., A. - 2007. - Vol. 468-470. - P. 246-252.

19. Jia H. [et al.] Thin-film metallic glasses for substrate fatigue-property improvements // Thin Solid Films. - 2014. - Vol. 561. - P. 2-27.

20. Lee C.M. [et al.] Fatigue property improvements of Ti-6Al-4V by thin film coatings of metallic glass and TiN: a comparison study // Thin Solid Films. - 2014. - Vol. 561. - P. 33-37.

21. Chi C.-W. [et al.] Fracture resistance of dental nickel-titanium rotary instruments with novel surface treatment: Thin film metallic glass coating // Journal of the Formosan Medical Association. -2017. - Vol. 116. - P. 373-379.

22. Park C. [et al.] Mechanically stable tantalum coating on a nano-roughened NiTi stent for enhanced radiopacity and biocompatibility // Surf. Coat. Technol. - 2016. - Vol. 305. - P. 139-145.

23. Rafieerad A.R. [et al.] GEP-based method to formulate adhesion strength and hardness of Nb PVD coated on Ti-6Al-7Nb aimed at developing mixed oxide nano tubular arrays // J. Mech. Behav. Mater. - 2016. - Vol. 61. - P. 182-196.

24. Voevodin A.A. [et al.] Nanostructured thin films and nanodispersion strengthened coatings. // Springer. - 2004. - 322 p.

25. Kumar C.S.S.R. Nanostructured thin films and surfaces / C.S.S.R. Kumar // WILEY-VCH.

- 2010. - 452 p.

26. Daniel R., Musil J. Novel nanocomposite coatings / R. Daniel, J. Musil // Jenny Stanford Publishing. - 2013. - 344 p.

27. Lopez-Melendez C. [et al.] Evaluation of corrosion resistance of thin films 304 stainless steel deposited by sputtering // Int. J. Electrochem. Sci. - 2012. - Vol. 7. - P. 1149-1159.

28. Yang H.W., Mohamed F.A. Strength and ductility in electrodeposited nanocrystalline nickel // Mater. Sci. Forum. - 2010. - Vol. 633-634. - P. 411-420.

29. Бабичев А.П. [и др.] Физические величины: Справочник // Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. - М. : Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

30. Boyer R. Materials properties handbook: titanium alloys / R. Boyer, E.W. Collings, G. Welsch // ASM International. - 1994. - 1169 p.

31. Zhou Y.L. Effects of Ta content on Young's modulus and tensile properties of binary Ti-Ta alloys for biomedical applications / Y.L. Zhou, M. Niinomi, T. Akahori // Mater. Sci. Eng., A. - 2004. - Vol. 371. - P. 283-290.

32. Lee C.M. Structure-property relationship of cast Ti-Nb alloys / C.M. Lee, C.P. Ju, J.H. Chern Lin // Journal of Oral Rehabilitation. - 2002. - Vol. 29. - P. 314-322.

33. Zhou Y.L. [et al.] Corrosion resistance and biocompatibility of Ti-Ta alloys for biomedical applications // Mater. Sci. Eng., A. - 2005. - Vol. 398. - P. 28-36.

34. Draper C.W. Laser surface alloying / C.W. Draper, J.M. Poate // International Metals Reviews. - 1985. - Vol. 30. - P. 85-108.

35. Blanco-Pinzon C. [et al.] Excimer laser surface alloying of titanium with nickel and palladium for increased corrosion resistance // Corros. Sci. - 2005. - Vol. 47. - P. 1251-1269.

36. D'Anna E. The film processing with pulsed electron beams / E. D'Anna, G. Leggieri, A. Luches // Thin Solid Films. - 1989. - Vol. 182. - P. 215-228.

37. Follstaedt D.M. Metastable Fe(Pd) alloys formed by pulsed electron beam melting / D.M. Follstaedt, J.A. Knapp // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. - 1983. - Vol. 13. - P. 745-750.

38. Renk T.J. [et al.] Incorporation of gadolinium and boron into Zirconium alloy: Surface alloying of immiscible materials using an intense pulsed ion beam // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. - 2010. - Vol. 168. - P. 2666-2678.

39. Richter E. [et al.] Modification of titanium surface by its alloying with silicon using intense pulsed plasma beams // Surf. Coat. Technol. - 2002. - Vol. 158-159. - P. 324-327.

40. Иванов Ю.Ф. [и др.] Импульсное электронно-лучевое перемешивание систем Ta-Fe // Поверхность. Физика, химия, механика. - 1994. - № 10-11. - С. 95-102.

41. Pogrebnjak A.D. [et al.] Mixing of Ta-Fe and Mo-Fe systems using a low-energy, high-current electron beam // Surf. Coat. Technol. - 1998. - Vol. 99. - P. 98-110.

42. Pogrebnjak A.D. [et al.] A review of mixing processes in Ta/Fe and Mo/Fe systems treated by high current electron beams // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B. - 1998. - Vol. 145. - P. 373-390.

43. Pauleau Y. Materials surface processing by directed energy techniques / Y. Pauleau // Elsevier Science. - 2006. - 744 p.

44. Ротштейн В.П. [и др.] Синтез поверхностных сплавов на основе Ti3Al и TiAl путём импульсного электронно-пучкового плавления системы Al(плёнка)/Ti(подложка) // Письма в ЖТФ. - 2011. - Т. 37. - С. 72-80.

45. Ротштейн В.П. [и др.] Влияние условий импульсного электронно-пучкового плавления систем Al(плёнка)/Ti(подложка) на фазообразование и свойства поверхностных сплавов Ti-Al // Письма в ЖТФ. - 2012. - Т. 38. - С. 7-14.

46. Markov A. [et al.] Synthesis of a Cr-Cu surface alloy using a low-energy high-current electron beam // Results Phys. - 2019. - Vol. 12. - P. 1915-1924.

47. Yakovlev E.V. [et al.] Adhesive strength of Ni-Cu surface alloy formation by low-energy high-current electron beam // Russ. Phys. J. - 2021. - Vol. 63. - P. 1804-1809.

48. Markov A.B. [et al.] The synthesis of Ni-Al surface alloy by low-energy, high-current electron beam irradiation of composite coating // Russ. Phys. J. - 2019. - Vol. 62. - P. 1298-1305.

49. Zhang K.M. [et al.] Mechanism of structural evolutions associated with the high current pulsed electron beam treatment of a NiTi shape memory alloy // J. Vac. Sci. Technol. A. - 2006. - Vol. 25. - P. 28-36.

50. Zhang K.M. [et al.] Mechanism of surface modifications on a NiTi alloy treated with low energy high current pulsed electron beam // Eur. Phys. J. Appl. Phys. - 2008. - Vol. 43. - P. 327-331.

51. Zhang K.M. [et al.] Improved in vitro corrosion resistance of a NiTi alloy by high current pulsed electron beam treatment // Surf. Coat. Technol. - 2006. - Vol. 201. - P. 3096-3102.

52. Zou J. [et al.] Selective surface purification via crater eruption under pulsed electron beam irradiation // Appl. Phys. Lett. - 2006. - Vol. 89. - P. 041913(1-3).

53. Zou J. [et al.] Analysis of the evaporation and re-condensation processes induced by pulsed beam treatments // Int. J. Heat Mass Transfer. - 2013. - Vol. 64. - P. 1172-1182.

54. Meisner S.N. [et al.] Mechanical behavior of Ti-Ta-based surface alloy fabricated on TiNi SMA by pulsed electron beam melting of film/substrate system // Appl. Surf. Sci. - 2018. - Vol. 437. -P.217-226.

55. Meisner L.L. [et al.] Microstructural characterization of Ti-Ta-based surface alloy fabricated on TiNi SMA by additive pulsed electron-beam melting of film/substrate system // J. Alloys Compd. -2018. - Vol. 730. - P. 376-385.

56. Semin V.O. [et al.] Local structure and medium-range order in a glassy Ti-Ta-based surface alloy after low-temperature annealing studied by electron nano-beam diffraction // Mater. Charact. -2021. - Vol. 174. - P. 110967(1-15).

57. Meisner S. [et al.] Analysis of physicomechanical properties and structure of Ti-Ta-based surface alloy synthesized on NiTi by High Current Pulsed Electron Beam // AIP Conference Proceedings. - 2018. - Vol. 2051. - P. 020191(1-4).

58. D'yachenko F.A. Physicomechanical properties of Ti-Ta-based surface alloys synthesized on the NiTi shape memory alloy / F.A. D'yachenko, S.N. Meisner, E.V. Yakovlev // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. - 2019. - Vol. 511. - P. 012025 (1-6).

59. Meisner L.L. [et al.] Microstructural characterization and mechanical behavior of nanocomposite Ti-Ni-Nb surface alloys synthesized on TiNi SMA substrate by additive thin film electron-beam mixing // Mater. Charact. - 2020. - Vol. 166. - P. 110455(1-15).

60. Meisner L.L. [et al.] Microstructural characterization and properties of a Ti-Ta-Si-Ni metallic glass surface alloy fabricated on a TiNi SMA substrate by additive thin-film electron-beam method // Surf. Coat. Technol. - 2020. - Vol. 404. - P. 126455 (1-11).

61. D'yachenko F.A. [et al.] Mechanical properties of Ti-Ni-Ta and Ti-Ni-Ta-Si surface alloys synthesized on titanium nickelide substrates // Tech. Phys. - 2021. - Vol. 66. - P. 46-52.

62. Дьяченко Ф.А. [и др.] Механические свойства поверхностных Ti-Ni-Ta и Ti-Ni-Ta-Si сплавов, синтезированных на подложках из никелида титана // Журнал технической физики. -2021. - Т. 91. - С. 51-57.

63. D'yachenko F.A. [et al.] The influence of silicon on topographical parameters and mechanical properties of the Ti-Ni-Ta-Si surface alloy synthesized on the NiTi-substrates // Journal of Physics: Conference Series. - 2021. - Vol. 1989. - P. 012003 (1-6).

64. Rotshtein V.P. [et al.] TEM study of bubble formation in Ti-Ta-Si-Ni metallic glass surface alloy on TiNi SMA substrate during additive thin-film electron-beam synthesis // Vacuum. - 2021. -Vol. 194C. - P. 110597(1-12).

65. Ostapenko M.G. [et al.] Structure and residual stress distribution in TiNi substrate after fabrication of surface alloy using electron-beam treatments // Acta Materialia. - 2022. - Vol. 231. - P. 117893(1-13).

66. Buehler W.J. Effect of low-temperature phase changes on the mechanical properties of alloys near composition TiNi / W.J. Buehler, J.V. Gilfrich, R.C. Wiley // J. Appl. Phys. - 1963. - Vol. 34. - P. 1475-1477.

67. Wang F.E. Crystal structure and a unique "martensitic" transition of TiNi / F.E. Wang, W.J. Buehler, S.J. Pickart // J. Appl. Phys. - 1965. - Vol. 36. - P. 3232-3239.

68. Predel B. Pu-Re - Zn-Zr / B. Predel // Springer Verlag. - 1998. - Vol. 5J. - 392 p.

69. Predel B. Li-Mg - Nd-Zr / B. Predel // Springer Verlag. - 1997. - Vol. 5H. - 396 p.

70. Summers Smith D. The constitution of tantalum-titanium alloys / D. Summers Smith // J. Inst. Met. - 1952. - Vol. 81. - P. 73-76.

71. McHargue C.J. Effects of solid solution alloying on the cold-rolled texture of titanium / C.J. McHargue, S.E. Adair Jr., J.P. Hammond // Trans. Am. Inst. Min. Metall. Pet. Eng. - 1953 - Vol. 197.

- P. 1199-1203.

72. Massalski T.B. [et al.] Binary alloy phase diagrams // ASM International, Metals Park, Ohio.

- 1990. - 3589 p.

73. Predel B. Ni-Np - Pt-Zr / B. Predel // Springer Verlag. - 1998. - Vol. 5I. - 387 p.

74. Larson J.M. Ni8Ta in nickel-rich Ni-Ta alloys / J.M. Larson, R. Taggart, D.H. Polonis // Metall. Mater. Trans. B. - 1970. - Vol. 1. - P. 485-489.

75. Giessen B.C. The crystal structure of TaNi3 and its change on cold working / B.C. Giessen, N.J. Grant // Acta Metall. - 1967. - Vol. 15. - P. 871-877.

76. Giessen B.C. The crystal structure of TaNi2 / B.C. Giessen, N.J. Grant // Trans. Metall. Soc. AIME. - 1964. - Vol. 230. - P. 1730-1731.

77. Kripyakevich P.I. Compounds of the W6Fe7 Type in the Ta-Ni and Nb-Ti Systems / P.I. Kripyakevich, E.I. Gladyshevskii, E.N. Pylaeva // Sov. Phys. Crystallogr. - 1962. - Vol. 7. - P. 165168.

78. Kripyakevich P.I. Crystal structure of the compound Ta2Ni / P.I. Kripyakevich, E.N. Pylaeva // J. Struct. Chem. - 1962. - Vol. 3. - P. 30-32.

79. Крипякевич П.И. Соединения типа W6Fe7 в системах Ta-Ni и Nb-Ni / П.И. Крипякевич, Е.И. Гладышевский, Е.Н. Пылаева // Кристаллография. - 1962. - Т. 7. - С. 212-216.

80. Fang T. [et al.] The structure and paramagnetism of Ni3Nb // J. Phys.: Condens. Matter. -1992. - Vol. 4. - P. 2405-2414.

81. Villars P. Pearson's handbook: of crystallographic data for intermetallic phases / P. Villars // ASM International, Materials Park, Ohio. - 1997. - 2886 p.

82. Murray J.L. Phase diagrams of binary titanium alloys / J.L. Murray // ASM International, Metals Park, Ohio. - 1987. - 345 p.

83. Nash P. Phase diagrams of binary nickel alloys / P. Nash // ASM International, Materials Park, Ohio. - 1991. - 394 p.

84. Du Y. [et al.] Phase equilibria of the Ni-Ti-Ta system at 927 °C // Mater. Sci. Eng., A. -2007. - Vol. 448. - P. 210-215.

85. Santhy K. Thermodynamic reassessment of Nb-Ni-Ti system with order-disorder model / K. Santhy, K.C. Hari Kumar // J. Alloys Compd. - 2015. - Vol. 619. - P. 733-747.

86. Pryakhina L.I. [et al.] Ternary intermetallic compounds in the system Ni-Ti-Nb // Sov. Powder Metall. Met. Ceram. - 1966. - Vol. 5. - P. 643-650.

87. Shiming H. Study of the isothermal section in phase diagram of Ti-Ni-Nb ternary system at 700-900°C / H. Shiming, Y. Guanjun // Proc. 8th Nat. Symp. Phase Diagrams. - 1995. - Vol. 8. - P. 2830.

88. Effenberg G. Light Metal Systems. Part 4 / G. Effenberg, S. Ilyenko // SpringerMaterials. -2006. - 445 p.

89. Shoemaker C.B. A ternary alloy with PbCl2-type Structure: TiNiSi(E) / C.B. Shoemaker, D P. Shoemaker // Acta Crystallographica. - 1965. - Vol. 18. - P. 900-905.

90. Markiv V.Y. [et al.] The system titanium-nickel-silicon // Inorg. Mater. - 1966. - Vol. 2. -P.1126-1128.

91. Hu X. [et al.] The 1100°C isothermal section of the Ti-Ni-Si ternary system // Journal of Phase Equilibria. - 1999. - Vol. 20. - P. 508-514.

92. Пушин В.Г. [и др.] Сплавы никелида титана с памятью формы. Часть I Структура, фазовые превращения и свойства. - Екатеринбург : УрО РАН, 2006. - 438 с.

93. Лободюк В.А. Мартенситные превращения / В.А. Лободюк, Э.И. Эстрин. - М. : ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 352 с.

94. Лихачёв В.А. Эффект памяти формы / В.А. Лихачёв, С.Л. Кузьмин, З.П. Каменцева. -Л. : Изд-во Ленингр. ун-та, 1987. - 216 с.

95. Корнилов И.И. Никелид титана и другие сплавы с эффектом «памяти» / И.И. Корнилов, О К. Белоусов, Е.В. Качур // М. : Наука, 1997. - 180 с.

96. Хачин В.Н. Никелид титана: структура и свойства / В.Н. Хачин, В.Г. Пушин, В.В. Кондратьев. - М. : Металлургия, 1992. - 106 с.

97. Гюнтер В.Э. [и др.] Сплавы с памятью формы в медицине. - Томск : Изд-во Том. Унта, 1986 - 208 с.

98. Хунджуа А.Г. Мартенситные превращения в сплавах с эффектами памяти формы // А. Г. Хунджуа // Учебное пособие. - М. : Физический факультет МГУ, 2010. - 44 с.

99. Ооцука К. [и др.] Сплавы с эффектом памяти формы // Под. ред. Фунакубо Х.: Пер. с японск. - М. : Металлургия, 1990. - 224 с.

100. Хунджуа А.Г. Эффект памяти формы и сверхупругость / А.Г. Хунджуа // Учебное пособие. - М. : Физический факультет МГУ, 2010. - 32 с.

101. Kudoh Y. [et al.] Crystal structure of the martensite in Ti-49,2 at. %Ni alloy analyzed by the single crystal X-ray diffraction method // Acta Met. - 1985. - Vol. 33. - P. 2049-2056.

102. Otsuka K. Crystal structure and internal defects of equiatomic TiNi martensite / K. Otsuka, T. Sawamura, K. Shimizu // Phys. Stat. Sol. - 1971. - Vol. 5. - P. 457-470.

103. Hehemann R.F. Relations between the premartensitic instability and martensite structure in TiNi / R.F. Hehemann, G.D. Sandrock // Scr. Metall. - 1971. - Vol. 5. - P. 801-805.

104. Michel G.M. The structure of TiNi martensite / G.M. Michel, R. Sinclair // Acta Cryst. B. - 1981. - Vol. 37. - P. 1803-1811.

105. Лахтин Ю.М. Материаловедение / Ю.М. Лахтин, В.П. Леонтьева. - М. : Машиностроение, 1990. - 528 с.

106. DesRoches R. Cyclic properties of superelastic shape memory alloy wires and bars / R. DesRoches, J. McCormick, M. Delemont // J. Structural Eng. - 2004. - Vol. 130. - P. 38-46.

107. Pushin V.G. [et al.] Nanostructured TiNi-based shape memory alloys processed by severe plastic deformation // Mater. Sci. Eng., A. - 2005. - Vol. 410-411. - P. 386-389.

108. Valiev R.Z. Principles of equal-channel angular pressing as a processing tool for grain refinement / R.Z. Valiev, T.G. Langdon // Prog. Mater Sci. - 2006. - Vol. 51. - P. 881-981.

109. Лотков А.И. [и др.] Наноинженерия поверхности. Формирование неравновесных состояний в поверхностных слоях материалов методами электронно-ионно-плазменных технологий // отв. ред. Н.З. Ляхов, С.Г. Псахье; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т физики прочности и материаловедения. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. - 276 с.

110. Neiman A.A. [et al.] Structural decomposition and phase changes in TiNi surface layer modified by low-energy high-current pulsed electron beam // J. Alloys. Compd. - 2019. - Vol. 803. -P.721-729.

111. Meisner L.L. [et al.] Cross-sectional analysis of the graded microstructure and residual stress distribution in a TiNi alloy treated with low energy high-current pulsed electron beam // Mater. Today Commun. - 2018. - Vol. 17. - P. 169-179.

112. Meisner L.L. [et al.] Effect on inclusions on cratering behavior in TiNi SMA irradiated with a low-energy, high-current electron beam // Surf. Coat. Technol. - 2016. - Vol. 302. - P. 495-506.

113. Meisner L.L. [et al.] Effect of nonmetallic and intermetallic inclusions on crater formation on the surface of TiNi alloys under the electron beam impact // Procedia Struct. Integrity. - 2016. - Vol. 2. - P. 1465-1472.

114. D'yachenko F.A. The influence of the energy density of the electron beam on the morphology of surface and mechanical properties of the surface layer of NiTi alloy / F.A. D'yachenko, A.A. Atovullaeva, L.L. Meisner // Journal of Physics: Conference Series. - 2020. - Vol. 1611. - P. 012012 (1-5).

115. Meisner S.N. [et al.] Impact of electron beam surface modification on deformation behavior and fracture properties of TiNi shape memory alloy // Mater. Sci. Eng., A. - 2019. - Vol. 740-741. - P. 381-389.

116. Zhao T. [et al.] Effective inhibition of nickel release by tantalum-implanted TiNi alloy and its cyto-compatibility evaluation in vitro // J. Mater. Sci. - 2011. - Vol. 46. - P. 2529-2535.

117. Zhao T. [et al.] Surface characteristics, nano-indentation and corrosion behavior of Nb implanted NiTi alloy // Surf. Coat. Technol. - 2011. - Vol. 205. - P. 4404-4410.

118. Psakhie S.G. [et al.] Effect of surface alloying by silicon on the corrosion resistance and biocompatibility of the binary NiTi // J. Mater. Eng. Perform. - 2014. - Vol. 23. - P. 2620-2629.

119. Мейснер Л.Л. [и др.] Исследование упруго-пластических характеристик сплава Ti49.5Ni50.5 модифицированного облучением, методом динамического наноиндентирования // Физическая мезомеханика. - 2004. - Т. 7. - С. 272-274.

120. Williams D.F. On the mechanisms of biocompatibility / D.F. Williams // Biomaterials. -2008. - Vol. 29. - P. 2941-2953.

121. Chu C.L. [et al.] Surface structure and biomedical properties of chemically polished and electropolished NiTi shape memory alloys // Mater. Sci. Eng., C. - 2008. - Vol. 28. - P. 1430-1434.

122. Glocker D.A. Medical coatings and deposition technologies / D.A. Glocker, S. Ranade // Hoboken, New Jersey : John Wiley and Sons, Inc. - 2016. - 1072 p.

123. Marins N.H. [et al.] Radiopaque dental adhesive with addition of niobium pentoxide nanoparticles // Polym. Bull. - 2018. - Vol. 75. - P. 2301-2314.

124. Cao H. [et al.] The influence of mean strain on the high-cycle fatigue of Nitinol with application to medical devices // J. Mech. Phys. Solids. - 2020. - Vol. 143. - P. 104057(1-29).

125. Gudimova E.Yu. [et al.] Experimental and theoretical estimation of radiopacity of miniature titanium nickelide samples with micrometer Ti- and Ta-based coatings // Tech. Phys. - 2020. - Vol. 65.

- P. 645-651.

126. Li K. [et al.] Surface microstructures and corrosion resistance of Ni-Ti-Nb shape memory thin films // Appl. Surf. Sci. - 2017. - Vol. 414. - P. 63-67.

127. Woodruff D.P. Surface alloys and alloys surfaces / D.P. Woodruff // Elsevier. - 2002. -

536 p.

128. Woodruff D.P. Some structural issues in surface alloys and alloy surfaces: rumpling, stacking faults and disorder / D.P. Woodruff, J. Robinson // Appl. Surf. Sci. - 2003. - Vol. 219. - P. 110.

129. Chu J.P. [et al.] Thin film metallic glasses: Unique properties and potential applications // Thin Solid Films. - 2012. - Vol. 520. - P. 5097-5122.

130. Kaushik N. [et al.] Metallic glass thin films for potential biomedical applications // J. Biomed. Mater. Res. Part B. - 2014. - Vol. 102B. - P. 1544-1552.

131. Suryanarayana C. Bulk metallic glasses / C. Suryanarayana, A. Inoue // CRC Press. - 2020.

- 542 p.

132. Tang G. [et al.] The microstructure and properties of Cr alloying layer after surface alloying treatment induced by high current pulsed electron beam // J. Alloys Compd. - 2017. - Vol. 714. - P. 96103.

133. Zhang C. [et al.] The microstructure and properties of tungsten alloying layer on copper by high-current pulse electron beam // Appl. Surf. Sci. - 2017. - Vol. 422. - P. 582-590.

134. Zhang C. [et al.] Enhanced corrosion property of W-Al coatings fabricated on aluminum using surface alloying under high-current pulsed electron beam // J. Alloys Compd. - 2017. - Vol. 723.

- P. 258-265.

135. Li C.L. [et al.] Amorphous layer formation in Al86.0Co7.6Ce6.4 glass-forming alloy by large-area electron beam irradiation // Appl. Surf. Sci. - 2013. - Vol. 280. - P. 431-438.

136. Li C.L. [et al.] Effect of prior laser microstructural refinement on the formation of amorphous layer in an Al86.0Co7.6Ce6.4 alloy // Appl. Surf. Sci. - 2014. - Vol. 289. - P. 230-236.

137. Zhang C. [et al.] Amorphization and nano-crystallization of Ni-Nb coating on GH3039 alloys by high current pulsed electron beam // Nanomaterials. - 2021. - Vol. 11. - P. 347(1-13).

138. Jain I.P. Ion beam induced surface and interface engineering / I.P. Jain, G. Agarwal // Surf. Sci. Rep. - 2011. - Vol. 66. - P. 77-172.

139. Vilar R. Laser surface modification of biomaterials / R. Vilar // Woodhead Publishing. -2016. - 350 p.

140. Wen С. Surface coating and modification of metallic biomaterials / C. Wen // Woodhead Publishing. - 2015. - 448 p.

141. Зуев Л.Б. Физика прочности и экспериментальная механика: учебное пособие / Л.Б. Зуев, С.А. Баранникова. - Новосибирск : Наука, 2011. - 350 с.

142. Григорович В.К. Твёрдость и микротвёрдость материалов / В.К. Григорович. - Изд-во «Наука», 1976. - 230 с.

143. Головин Ю.И. Наноиндентирование и его возможности / Ю.И. Головин. - М. : Машиностроение, 2009. - 312 с.

144. Broitman E. Indentation hardness measurements at macro-, micro-, and nanoscale: a critical overview / E. Broitman // Tribol. Lett. - 2017. - Vol. 65. - P. 23(1-18).

145. Потапов А.И. [и др.] Обеспечение единства измерений твёрдости динамическим методом в Российской Федерации // Контроль. Диагностика. - № 12. - С. 44-49.

146. Bhushan B. Nanomechanical characterization of solid surfaces and thin films / B. Bhushan, X. Li // Int. Mater. Rev. - 2003. - Vol. 48. - P. 125-164.

147. Smith R.L. An accurate method of determining the hardness of metals, with particular reference to those of a high degree of hardness / R.L. Smith, G.E. Sandland // Proc. Inst. Mech. Eng., -1922. - Vol. 102. - P. 623-641.

148. Хрущов М.М. Микротвёрдость, определяемая методом вдавливания / М.М. Хрущов, Е.С. Беркович. - Изд-во Академии наук СССР, 1943. - 63 с.

149. ГОСТ Р ИСО 6507-1-2007 Измерение твёрдости по Виккерсу. Часть 1. Метод измерения. - М. : Стандартинформ, 2008. - 16 с.

150. Шнырев Г.Д. [и др.] Прибор для испытания материалов методом записи кинетической диаграммы вдавливания индентора при макронагрузках // Заводская лаборатория. - 1974. - № 11. - С. 1404-1406.

151. ГОСТ Р 8.748-2011 Металлы и сплавы. Измерение твёрдости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Часть 1. Метод испытаний. - М. : Стандартинформ, 2013. - 24 с.

152. ISO 14577-1:2002(E) Metallic materials - Instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Part 1: Test method. - ISO. - 2002. - 25 p.

153. Головин Ю.И. Нано- и микротвёрдость твёрдых тел - современные проблемы / Ю.И. Головин, А.И. Тюрин // Вестник ТГУ. - 2000. - Т. 5. - С. 250-252.

154. Головин Ю.И. Микро и наноконтактное взаимодействие твёрдых тел / Ю.И. Головин, А.И. Тюрин // Природа. - 2003. - № 4. - С. 1-11.

155. Головин Ю.И. Влияние режимов динамического наноиндентирования на коэффициент скоростной чувствительности твёрдости тел различной структуры / Ю.И. Головин, А.И. Тюрин, В.В. Хлебников // Журнал технической физики. - 2005. - Т. 75. - С. 91-95.

156. Тюрин А.И. [и др.] Микро- и наноконтактное взаимодействие твёрдых тел (динамика и механизмы пластической деформации) // Вестник ТГУ. - 2009. - Т. 14. - С. 1229-1236.

157. Milman Yu.V. Plasticity characteristic obtained through hardness measurement / Yu. V. Milman, B.A. Galanov, S.I. Chugunova // Acta Metall. Mater. - 1993. - Vol. 41. - P. 2523-2532.

158. Byakova A.V. Application of the plasticity characteristic determined by the indentation technique for evaluation of mechanical properties of coatings: I. Specific features of the test method procedure / A.V. Byakova, Yu.V. Milman, A.A. Vlasov // Sci. Sintering. - 2004. - Vol. 36. - P. 27-41.

159. Мильман Ю.В. К вопросу определения пластичности материалов методом индентирования / Ю.В. Мильман, С.И. Чугунова, И.В. Гончарова // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн. тр. - К. : ИПМ НАН Украины, 2008. - № 15. - С. 3-10.

160. Milman Yu.V. Plasticity characteristic obtained by indentation / Yu.V. Milman // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2008. - Vol. 41. - P. 074013(1-9).

161. Мильман Ю.В. Пластичность, определяемая методом индентирования, и теоретическая пластичность материалов / Ю.В. Мильман, С.И. Чугунова, И.В. Гончарова // Известия РАН. Серия физическая. - 2009. - Т. 73. - С. 1282-1289.

162. Юркова А.И. [и др.] Механические свойства наноструктурного железа, полученного интенсивной пластической деформацией трением // Наносистемы, наноматериалы, нанотехнологии. - 2009. - Т. 7. - С. 619-632.

163. Мильман Ю.В. Характеристика пластичности, определяемая методом индентирования / Ю.В. Мильман, С.И. Чугунова, И.В. Гончарова // Вопросы атомной науки и техники. - 2011. - № 4. - С. 182-187

164. Milman Yu.V. [et al.] Plasticity of materials determined by the indentation method // Usp. Fiz. Met. - 2018. - Vol. 19. - P. 271-308.

165. Горбань В.Ф. Два способа определения твёрдости современных материалов методом автоматического индентирования / В.Ф. Горбань, Э.П. Печковский, С.А. Фирстов // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн. тр. - К. : ИПМ НАН Украины, 2008. - № 15. -С. 11-23.

166. Фирстов С.А. Размерный эффект при микро- и наноиндентировании и его компенсация с учётом особенности начального контакта / С.А. Фирстов, С.Р. Игнатович, И.М. Закиев // Проблемы прочности. - 2009. - № 2. - С. 43-54.

167. Фирстов С.А. Определение величин деформации и напряжения начала пластического течения в материалах методом инструментального индентирования / С.А. Фирстов, В.Ф. Горбань, Э.П. Печковский // Электронная микроскопия и прочность материалов: Сб. научн. тр. -К. : ИПМ НАН Украины, 2012. - № 18. - С. 75-84.

168. Мощенок В.И. Наноиндентирование и нанотвёрдость материалов / В.И. Мощенок // Автомобильный транспорт. - 2008. - № 22. - С. 151-153.

169. Мощенок В.И. [и др.] Сравнение расчётного метода оценки поверхностной нано- и микротвёрдости материалов с методом Оливера и Фарра // Вестник ХНАДУ. - 2009. - № 46.

170. Мощенок В.И. [и др.] Новые методы определения нано- и микротвёрдости материалов // Вестник ХНАДУ. - 2009. - № 6. - С. 76-81.

171. Панин А.В. Исследование механических свойств тонких плёнок Ag на кремниевой подложке методом наноиндентирования / А.В. Панин, А.Р. Шугуров, К.В. Оскомов // Физика твёрдого тела. - 2005. - Т. 47. - С. 1973-1977.

172. Панин А.В. Определение твёрдости и модуля упругости тонких плёнок Т и ТЮ2 / А.В. Панин, А.Р. Шугуров, К.В. Оскомов // Физическая мезомеханика. - 2006. - Т. 9. - С. 119122.

173. Шугуров А.Р. Особенности определения механических характеристик тонких плёнок методом наноиндентирования / А.Р. Шугуров, А.В. Панин, К.В. Оскомов // Физика твёрдого тела.

- 2008. - Т. 50. - 1007-1012.

174. Болеста А.В. Молекулярно-динамическое моделирование вдавливания сферического индентора в тонкую плёнку меди / А.В. Болеста, В.М. Фомин // Физическая мезомеханика. - 2009.

- Т. 12. - С. 73-80.

175. Смолин А.Ю. [и др.] Моделирование деформации наноструктурных покрытий на титановой подложке при наноиндентировании // Вестник ТГУ. Математика и механика. - 2013.

- № 4. - С. 111-125.

176. Смирнов С.В. Влияние радиуса скругления вершины индентора на напряженно-деформированное состояние при внедрении индентора в упругопластический материал / С.В. Смирнов, Е.О. Экземплярова // Физическая мезомеханика. - 2009. - Т. 12. - С. 73-78.

177. Смирнов С.В. [и др.] Структурная неоднородность сварного соединения алюминиевого сплава и моделирование его упругой деформации // Физическая мезомеханика. -2014. - Т. 17. - С. 51-56.

178. Усеинов А. [и др.] Методы автоматизации измерений механических свойств в нанотвердомерах семейства «Наноскан» // Нано индустрия. - 2016. - № 7. - С. 72-78.

179. Гоголинский К.В. Применение сканирующих зондовых микроскопов и нанотвердомеров для изучения механических свойств твёрдых материалов на наноуровне (обобщающая статья) / К.В. Гоголинский, Н.А. Львова, А.С. Усеинов // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. - 2007. - Т. 73. - С. 28-36.

180. Joslin D.L. A new method for analyzing data from continuous depth-sensing microindentation tests / D.L. Joslin, W.C. Oliver // J. Mater. Res. - 1990. - Vol. 5. - P. 123-126.

181. Oliver W.C. An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments / W.C. Oliver, G.M. Pharr // J. Mater. Res. -Vol. 7. - P. 1564-1583.

182. Oliver W.C. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology / W.C. Oliver, G.M. Pharr // J. Mater. Res.

- Vol. 19. - P. 3-20.

183. Doerner M.F. A method for interpreting the data from depth-sensing indentation instruments / M.F. Doerner, W.D. Nix // J. Mater. Res. - 1986. - Vol. 1. - P. 601-609.

184. Saha R. Effects of the substrate on the determination of thin film mechanical properties by nanoindentation / R. Saha, W.D. Nix // Acta Mater. - 2002. - Vol. 50. - P. 23-38.

185. Field J.S. Simple predictive model for spherical indentation / J.S. Field, M.V. Swain // J. Mater. Res. - 1993 - Vol. 8. - P. 297-306.

186. Field J.S. Determining the mechanical properties of small volumes of material from submicrometer spherical indentations / J.S. Field, M.V. Swain // J. Mater. Res. - 1995 - Vol. 10. - P. 101-112.

187. Fischer-Cripps А.С Nanoindentation / A.C. Fischer-Cripps // New York.: Springer. - 2011.

- 279 p.

188. Hochstetter G. Strain-rate effects on hardness of glassy polymers in the nanoscale range. Comparison between quasi-static and continuous stiffness measurements / G. Hochstetter, A. Jimenez, J.L. Loubet // J. Macromol. Sci.-Phys., B. - 1999 - Vol. 38. - P. 681-692.

189. N'Jock M.Y. [et al.] Work-of-indentation coupled to contact stiffness for calculating elastic modulus by instrumented indentation // Mech. Mater. - 2016. - Vol. 94. - P. 170-179.

190. Guillonneau G. [et al.] Determination of the true projected contact area by in situ indentation testing // J. Mater. Res. - 2019. - Vol. - 34. - P. 2859-2868.

191. Korsunsky A.M. [et al.] On the hardness of coated systems // Surf. Coat. Technol. - 1998. - Vol. 99. - P. 171-183.

192. Tuck J.R. [et al.] On the application of the work-of-indentation approach to depth-sensing indentation experiments in coated systems // Surf. Coat. Technol. - 2001. - Vol. 137. - P. 217-224.

193. Sakai M. Energy principle of the indentation-induced inelastic surface deformation and hardness of brittle materials / M. Sakai // Acta Metall. Mater. - 1993 - Vol. 41. - P. 1751-1758.

194. Sakai M. Simultaneous estimate of elastic/plastic parameters in depth-sensing indentation tests / M. Sakai // Scr. Mater. - 2004. - Vol. 51. - P. 391-395.

195. Roa J.J. [et al.] Berkovich nanoindentation and deformation mechanisms in a hardmetal binder-like cobalt alloy // Mater. Sci. Eng., A. - 2015. - Vol. 621. - P. 128-132.

196. Burgess T. Nanoindentation of metallic glasses / T. Burgess, M. Ferry // Mater. Today. -2009. - Vol. 12. - P. 24-32.

197. Guo W. [et al.] Intrinsic and extrinsic size effects in the deformation of amorphous CuZr/nanocrystalline Cu nanolaminates // Acta Mater. - 2014. - Vol. 80. - P. 94-106.

198. Kwon J. [et al.] Characterization of deformation anisotropies in an a-Ti alloy by nanoindentation and electron microscopy // Acta Mater. - 2013. - Vol. 61. - P. 4743-4756.

199. Maletta C. [et al.] Static and cyclic indentation of a NiTi shape memory alloy // Proc. Giornata IGF Forni di Sopra (UD). - 2012. - P. 17-22.

200. Neupane R. Wear resistance and indentation behavior if equiatomic superelastic TiNi and 60NiTi / R. Neupane, Z. Farhat // Materials Sciences and Applications. - 2015. - Vol. 6. - P. 694-706.

201. Prach O. [et al.] A new nanoindentation creep technique using constant contact pressure // J. Mater. Res. - 2019. - Vol. 34. - P. 2492-2500.

202. Bhattacharyya A.S. [et al.] Nanoindentation stress-strain for fracture analysis and computational modeling for hardness and modulus // J. Mater. Eng. Perform. - 2018. - Vol. 27. - P. 2719-2726.

203. Bushby A.J. Plasticity size effect in nanoindentation / A.J. Bushby, D.J. Dunstan // J. Mater. Res. - 2004 - Vol. 19. - P. 137-142.

204. Kramer D.E. [et al.] Substrate effects on indentation plastic zone development in thin soft films // J. Mater. Res. - 2001 - Vol. 16. - P. 3150-3157.

205. Matsuda K. Analysis of the Vickers hardness of electroplated coatings / K. Matsuda, M. Kaneta // Philos. Mag. A. - 1996. - Vol. 74. - P. 1171-1184.

206. Gomez-Ovalle A.E. [et al.] Experimental-numerical failure analysis of the c-Al0.66Ti0.34N-M2 steel system applying instrumented indentation and extended finite element method // Surf. Coat. Technol. - 2020. - Vol. 393. - P. 125845(1-11).

207. Ma Q. [et al.] Effect of Ti content on the microstructure and mechanical properties of TiAlSiN nanocomposite coatings // Int. Journal of Refractory Metals and Hard Materials. - 2016. - Vol. 59. - P. 114-120.

208. Bahrami A. [et al.] Compositional and tribo-mechanical characterization of Ti-Ta coatings prepared by confocal dual magnetron co-sputtering // Adv. Eng. Mater. - 2017. - P. 1700687(1-11).

209. Pan J. [et al.] Extreme rejuvenation and softening in a bulk metallic glass // Nat. Commun. - 2018. - Vol. 9. - P. 1-9.

210. Chen Z. [et al.] Strengthening mechanisms in NiTi(NbFe)/amorphous-CuZrAl multilayered thin films // Surf. Coat. Technol. - 2018. - Vol. 353. - P. 247-253.

211. Потекаев А.И. Структурно-фазовые состояния и свойства никелида титана при глубоком неоднородном пластическом деформировании / А.И. Потекаев, В.А. Хохлов, С.В. Галсанов // Известия высших учебных заведений. Чёрная металлургия. - 2012. - Т. 55. - С. 6164.

212. Crone W.C. [et al.] Shape recovery after nanoindentation of NiTi thin films // Society for Experimental Mechanics. Annual Conference Proceedings. - 2003. - P. 1-6.

213. Shaw G.A. [et al.] Shape memory effect in nanoindentation of nickel-titanium thin films // Appl. Phys. Lett. - 2003. - Vol. 83. - P. 257-259.

214. Pfetzing J. [et al.] TEM investigation of the microstructural evolution during nanoindentation of NiTi // ESOMAT 2009. - 2009. - P. 06027(1-7).

215. Maletta C. [et al.] Indentation response of a NiTi shape memory alloy: modeling and experiments // Frattura ed Integrita Strutturale. - 2012. - Vol. 21. - P. 5-12.

216. Ni W. Recovery of microindents in a nickel-titanium shape-memory alloy: A "self-healing" effect / W. Ni, Y.-T. Cheng, D.S. Grummon // Appl. Phys. Lett. - 2002. - Vol. 80. - P. 3310-3312.

217. Ni W. Microscopic superelastic behavior of a nickel-titanium alloy under complex loading conditions / W. Ni, Y.-T. Cheng, D.S. Grummon // Appl. Phys. Lett. - 2003. - Vol. 82. - P. 2811-2813.

218. Muir Wood A.J. Nanoindentation response of superelastic materials / A.J. Muir Wood, JH. You, T.W. Clyne // Proc. SPIE 5648, Smart Materials III. - 2004. - Vol. 5648. - P. 216-223.

219. Ni W. Microscopic shape memory and superelastic effects under complex loading conditions / W. Ni, Y.-T. Cheng, D.S. Grummon // Surf. Coat. Technol. - 2004. - Vol. 177-178. - P. 512-517.

220. Mohri M. [et al.] Microstructure and mechanical behavior of a shape memory Ni-Ti bi-layer thin film // Thin Solid Films. - 2015. - Vol. 583. - P. 245-254.

221. Zheng H. [et al.] Nanoindentation of Ti50Ni48Fe2 and Ti50Ni40Cu10 shape memory alloys // Int. J. Mat. Res. - 2009. - Vol. 100. - P. 594-602.

222. Pan G. [et al.] Different mechanical response of TiNi film induced by the shape of indenter during nanoindentation // Sens. Actuators, A. - 2014. - Vol. 217. - P. 75-80.

223. Muir Wood A.J. Measurement and modelling of the nanoindentation response of shape memory alloys / A.J. Muir Wood, T.W. Clyne // Acta Mater. - 2006. - Vol. 54. - P. 5607-5615.

224. Muir Wood A.J. [et al.] Nanoindentation of binary and ternary Ni-Ti-based shape memory alloy thin films // Surf. Coat. Technol. - 2008. - Vol. 202. - P. 3115-3120.

225. Pfetzing-Micklich J. [et al.] Nanoindentation of a pseudoelastic NiTiFe shape memory alloy // Adv. Eng. Mater. - 2010. - Vol. 12. - P. 13-19.

226. Yao R. [et al.] Microstructure and shape memory effect of laser welded Nitinol wires // Mater. Lett. - 2019. - Vol. 238. - P. 1-5.

227. Jhou W.T. [et al.] Nanoscaled superelastic behavior of shape memory alloy/metallic glass multilayered films // Composites, Part B. - 2018. - Vol. 142. - P. 193-199.

228. Журков С.Н. Прочность / С.Н. Журков, А.Н. Орлов, В.Р. Регель // Физический энциклопедический словарь. М. : «Советская энциклопедия». - 1965. - Т. 4. - С. 235-238.

229. Lubliner J. Plasticity theory / J. Lubliner // Dover Publications. - 2008. - 544 p.

230. Harris A.J. [et al.] Development of high temperature nanoindentation methodology and its application in the nanoindentation of polycrystalline tungsten in vacuum to 950 °C // Exp. Mech. - 2017.

- Vol. 57. - P. 1115-1126.

231. Lesyk D.A. [et al.] Microstructure related enhancement in wear resistance of tool steel AISI D2 by applying laser heat treatment followed by ultrasonic impact treatment // Surf. Coat. Technol. -2017. - Vol. 328. - P. 344-354.

232. Ye Y. [et al.] Effect of interlayer design on friction and wear behaviors of CrAlSiN coating under high load in seawater // RSC Adv. - 2018. - Vol. 8. - P. 5596-5607.

233. Tabor D. The Hardness of Metals / D. Tabor // Oxford. Clarendon press. - 1951. - 175 p.

234. Bishop R.F. The theory of indentation and hardness tests / R.F. Bishop, R. Hill, N.F. Mott // The theory of indentation and hardness test. - Proceedings of the Physical Society. - 1945. - Vol. 57.

- P. 147-159.

235. Marsh D M. Plastic flow in glass / D M. Marsh // Proc. Roy. Soc. A. - 1964. - Vol. 279. -P.420-435.

236. Johnson K.L. The correlation of indentation / K.L. Johnson // J. Mech. Phys. Solids. - 1970.

- Vol. 18. - P. 115-126.

237. Schuh C.A. A survey of instrumented indentation studies on metallic glasses / C.A. Schuh, T.G. Nieh // J. Mater. Res. - 2004. - Vol. 19. - P. 46-57.

238. Zhang H. [et al.] Investigation of shear band evolution in amorphous alloys beneath a Vickers indentation // Acta Mater. - 2005. - Vol. 53. - P. 3849-3859.

239. Zhang H.W. [et al.] Evaluation of hardness-yield strength relationships for bulk metallic glasses // Philos. Mag. Lett. - 2006. - Vol. 86. - P. 333-345.

240. Schuh C.A. [et al.] The transition from localized to homogeneous plasticity during nanoindentation of an amorphous metal // Philos. Mag. Lett. - 2003. - Vol. 83. - P. 2585-2597.

241. Zhang Z.F. Difference in compressive and tensile fracture mechanisms of Zr59Cu20Al10Ni8Ti3 bulk metallic glass / Z.F. Zhang, J. Eckert, L. Schultz // Acta Mater. - 2003. -Vol. 51. - P. 1167-1179.

242. Suresh S. A new method for estimating residual stresses by instrumented sharp indentation / S. Suresh, A.E. Giannakopoulos // Acta Mater. - 1998. - Vol. 46. - P. 5755-5767.

243. Giannakopoulos A.E. Determination of elastoplastic properties by instrumented sharp indentation / A.E. Giannakopoulos, S. Suresh // Scr. Mater. - 1999. - Vol. 40. - P. 1191-1198.

244. Venkatesh T.A. [et al.] Determination of elasto-plastic properties by instrumented sharp indentation: guidelines for property extraction // Scr. Mater. - 2000. - Vol. 42. - P. 833-839.

245. Dao M. [et al.] Computational modeling of the forward and reverse problems in instrumented sharp indentation // Acta Mater. - 2001. - Vol. 49. - P. 3899-3918.

246. Zhang P. General relationship between strength and hardness / P. Zhang, S.X. Li, Z.F. Zhang // Mater. Sci. Eng., A. - 2011. - Vol. 529. - P. 62-73.

247. Ma J. High temperature shape memory alloys / J. Ma, I. Karaman, R.D. Noebe // Int. Mater. Rev. - 2010. - Vol. 55. - P. 257-315.

248. Motemani Y. [et al.] Microstructure, shape memory effect and functional stability of Ti6?Ta33 thin films // Adv. Eng. Mater. - 2015. - Vol. 17. - P. 1425-1433.

249. Photiou D. [et al.] Microstructure and nanomechanical properties of magnetron sputtered Ti-Nb films // Surf. Coat. Technol. - 2016. - Vol. 302. - P. 310-319.

250. Coda A. [et al.] Characterization of inclusions in VIM/VAR NiTi alloys // J. Mater. Eng. Perform. - 2012. - Vol. 21. - P. 2572-2577.

251. Frenzel J. [et al.] High quality vacuum induction melting of small quantities of NiTi shape memory alloys in graphite crucibles // J. Alloys. Compd. - 2004. - Vol. 385. - P. 214-223.

252. Zhang Z. [et al.] On the reaction between NiTi melts and crucibles graphite during vacuum induction melting of NiTi shape memory alloy // Acta Mater. - 2005. - Vol. 53. - P. 3971-3985.

253. Мейснер С.Н. [и др.] Влияние числа импульсов воздействий электронным пучком на изменение физико-механических свойств поверхностного слоя никелида титана // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2016. - Т. 59. - С. 159-163.

254. Мейснер С.Н. Исследование физико-механических свойств и морфологии поверхности никелида титана после импульсных воздействий на поверхность сплава электронными пучками / С.Н. Мейснер, Ф.А. Дьяченко // Материалы III Международной научной

конференции студентов и молодых учёных «Молодёжь, наука, технологии: новые идеи и перспективы». - Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та. - 2016. - С. 309-312.

255. Meisner S. [et al.] Surface structure and physicomechanical properties of NiTi exposed to electron beam and ion plasma treatment // AIP Conference Proceedings. - 2017. - Vol. 1909. - P. 020134(1-4).

256. Мейснер С.Н. Исследование физико механических свойств и структуры поверхностных слоёв сплавов на основе никелида титана, сформированных облучением низкоэнергетическим сильноточным электронным пучком / С.Н. Мейснер, Ф.А. Дьяченко // Избранные доклады IV Международной научной конференции студентов и молодых учёных «Молодёжь, наука, технологии: новые идеи и перспективы». - Томск : Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та. - 2017. - С. 42-47.

257. D'yachenko F.A. [et al.] Modification of physical-mechanical properties of NiTi alloy by electron beam in surface melting mode // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. - 2019.

- Vol. 597. - P. 012044 (1-5).

258. D'yachenko F. Physical mechanical properties of surface layers of NiTi alloy depending on the number of pulses of electron beam / F. D'yachenko, L. Meisner, A. Atovullaeva // AIP Conference Proceedings. - 2019. - Vol. 2167. - P. 020076(1-4).

259. ГОСТ 2789-73 Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики. - М. : Стандартинформ, 2018. - 7 с.

260. ISO 4287:1997 Geometrical product specifications (GPS) - Surface texture: profile method

- Terms, definitions and surface texture parameters. - ISO. - 1997. - 25 p.

261. Нейман А.А. [и др.] Фазовые и структурные состояния, индуцированные в приповерхностных слоях никелида титана импульсными сильноточными электронно-пучковыми воздействиями // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2015. - Т. 58. - C. 103-112.

262. Allen S.M. Foil thickness measurements from convergent-beam diffraction patterns. An experimental assessment of errors / S.M. Allen, E.L. Hall // Philos. Mag. A. - 1982. - Vol. 46. - P. 243253.

263. Villacampa I. [et al.] Helium bubble evolution and hardening in 316L by post-implantation annealing // J. Nucl. Mater. - 2018. - Vol. 500. - P. 389-402.

264. Ларионов А.Н. Погрешности измерения физических величин. Учебное пособие для вузов / А.Н. Ларионов, В.В. Чернышев, Н.Н. Ларионова // Издательско-полиграфический центр Воронежского государственного университета, 2009. - 49 с.

265. Choi B.-W. A nanoindentation study on the micromechanical characteristics of API X100 pipeline steel / B.-W. Choi, D.-H. Seo, J. Jang // Met. Mater. Int. - 2009. - Vol. 15. - P. 373-378.

266. Asgari M. [et al.] Small-scale structural and mechanical characterization of the nitrided layer in martensitic steel // Tribol. Int. - 2013. - Vol. 61. - P. 109-115.

267. ГОСТ 3565-80 Металлы. Метод испытания на кручение. - Издательство стандартов, 1980. - 17 с.

268. Neiman A.A. [et al.] Structural changes in the near-surface region as a result of LEHCPEB impact near the TiNi melting threshold // AIP Conference Proceedings. - 2019. - Vol. 2167. - P. 020241(1-4).

269. Нейман А.А. [и др.] Изменение структуры поверхностного слоя при импульсном воздействии электронным пучком с плотностью энергии вблизи порога плавления TiNi // Международный симпозиум «Перспективные материалы и технологии». - Витебск : УО «ВГТУ». - 2019. - С. 586-587.

270. Kan Q. [et al.] Oliver-Pharr indentation method in determining elastic moduli of shape memory alloys - A phase transformable material // J. Mech. Phys. Solids. - 2013. - Vol. 61. - P. 20152033.

271. Семин В.О. Структура и свойства поверхностных сплавов, сформированных путём импульсного электронно-пучкового плавления систем «Ti-Ta плёнка/подложка TiNi» / В.О. Семин // Автореф. дис. к-та ф.-м. наук. - Томск, 2018. - 18 с.

272. Martienssen W. Springer handbook of condensed matter and materials data / W. Martienssen, H. Warlimont // Springer Berlin Heidelberg. - 2005. - 1124 p.

273. Kudielka H. Disiliside Systems (in German) / H. Kudielka, H. Nowotny // Monatshefte fur Chemie. - 1956. - Vol. 87. - P. 471-482.

274. Gladyshevskii E.I. Crystal structure of compounds and phase equilibria in ternary systems of two transition metals and silicon / E.I. Gladyshevskii // Sov. Powder Metall. Met. Ceram. - 1962. -Vol. 1. - P. 262-265.

275. Lu B.-C. Revisiting the glass-forming ability of Ti-Ni-Si ternary alloys / B.-C. Lu, Y.-L. Wang, J. Xu // J. Alloys Compd. - 2009. - Vol. 475. - P. 157-164.

276. Neiman A.A. Mechanical properties of the TiNi and surface alloy by formed by pulsed electron beam treatment / A.A. Neiman, R.R. Mukhamedova, V.O. Semin // Materials Research Proceedings. - 2018. - Vol. 9. - P. 58-62.

277. Meisner L.L. [et al.] X-ray diffraction study of residual elastic stress and microstructure of near-surface layers in nickel-titanium alloy irradiated with low-energy high-current electron beams // Appl. Surf. Sci. - 2013. - Vol. 280. - P. 398-404.

278. Пермякова И.Е. Аморфно-нанокристаллические композиты: получение, структура, свойства / И.Е. Пермякова, А.М. Глезер // Перспективные материалы и технологии: монография. - 2019. - Т. 1. - С. 5-21.

279. Wei Q.M. [et al.] Nucleation and growth of bubbles in He ion-implanted V/Ag multilayers // Philos. Mag. - 2011. - Vol. 91. - P. 553-573.

280. Pizzagalli L. [et al.] Influence of helium on the nucleation and growth of bubbles in silicon: a multiscale modeling study // J. Phys. D: Appl. Phys. - 2019. - Vol. 52. - P. 455106(1-18).

281. Huang L. [et al.] Surface mechanoengineering of a Zr-based bulk metallic glass via Ar-nanobubble doping to probe cell sensitivity to rigid materials // ACS Appl. Mater. Interfaces. - 2017. -Vol. 9. - P. 43429-43437.

282. Pruymboom A. [et al.] Threshold for argon bubble growth in sputtered amorphous Nb3Ge // Appl. Phys. Lett. - 1987. - Vol. 50. - P. 1645(1-3).

283. Pagh Almtoft K. [et al.] Influence of the substrate bias on the size and thermal stability of grains in magnetron-sputtered nanocrystalline Ag films // J. Mater. Res. - 2005. - Vol. 20. - P. 10711080.

284. Hatton P. [et al.] Inert gas bubble formation in magnetron sputtered thin-film CdTe solar cells // Proc. R. Soc. A. - 2020. - Vol. 476. - P. 1-20.

285. Klimenkov M. Quantitative measurement of argon inside of nano-sized bubbles in ODS steels / M. Klimenkov // J. Nucl. Mater. - 2011. - Vol. 411. - P. 160-162.

286. Yasenchuk Yu. [et al.] Biocompatibility and clinical application of porous TiNi alloys made by self-propagating high-temperature synthesis (SHS) // Materials. - 2019. - Vol. 12. - P. 2405(1-25).

287. Rubanik V.V. [et al.] Microhardness of TiN-TiNi composite produced by ion-plasma deposition // Steel Transl. - 2014. - Vol. 44. - P. 268-271.

288. Чернов Д.Б. Принципы конструкционного применения материалов с термомеханической памятью / Д.Б. Чернов. - М. : НИИСУ, 1984. - 150 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица 1 - Параметры кристаллических структур фаз, образующихся в сплавах на основе систем ТьТа [68, 70, 71] и Ть№ [69, 72]

Фаза Тип решётки Пространственная группа Т, К

Р(Та, РТ1) ОЦК 1т-3т Тплав 3296

а(Та, aTi) ГПУ Р6з/ттс Тполиморф 1155

Р(КЪ, РТ1) ОЦК 1т-3т Тплав 2742

а(ЫЪ, аТО ГПУ Р6з/ттс Тполиморф 1155

Таблица 2 - Параметры кристаллических структур фаз, образующихся в сплавах на основе систем №-Та [73-78] и №-№ [69, 79, 80]

Фаза Тип Параметр ячейки, нм Структурный Пространств. Тплав,

решётки а Ь с тип группа К

М8Та Тетрагон. 1,0754 - >0,3585 №8^ - >1580

МзТа Моноклин. 0,5126 0,4523 2,537 pPtзTa Р21/т >1820

М2Та Тетрагон. 0,3154 - 0,7905 MoSi2 14/ттт >1677

NiTа Гексагон. 0,4921 - 2,6905 Fe7W6 R-3m >1843

NiTa2 Тетрагон. 0,6216 - 0,4872 ЛЬСи 14/тст >2065

Ni6NЪ7 Гексагон. 0,5083 - 2,765 W6Fe7 R-3m >1553

NiзNЪ Орторомб. 0,511 0,425 0,454 РСщТС Рттп >1672

Таблица 3 - Параметры кристаллических структур фаз, образующихся в сплавах на основе систем Т^ [68, 81, 82] и [73, 81, 83]

Фаза Тип решётки Параметр ячейки, нм Структ. тип Пространств. группа Тплав, К

а Ь с

Орторомб. 0,363 1,379 0,361 ZrSi2 Стст >1753

а(М) Орторомб. 0,362 0,650 0,497 ^ Ртт2 >1073

Р(Лй) 0,6544 0,3638 0,4997 FeB Рпта >1843

Ti5Si4 Тетрагон. 0,6702 - 1,2174 Zr5Si4 Р41212 >2193

Ti5Siз Гексагон. 0,7461 - 0,5150 Mn5Siз Р63/тст >2403

TiзSi Тетрагон. 1,039 - 0,517 TiзPt Р42/П >1443

Р1(К1э81) Кубич. 0,3504 - - АиСщ Рт-3т >1308

P2(NiзSi) Моноклин. 0,697 0,625 0,507 GePtз тС16 >1388

p3(NiзSi) 0,704 0,626 0,508 >1443

у(Н1318112) Гексагон. 0,667 - 1,228 №3^12 Р321 >1515

0(Ni2Si) Гексагон. 0,3805 - 0,489 Ni2Si Р6322 >1579

5(Ni2Si) Орторомб. 0,706 0,499 0,372 С02^ Рпта >1528

8(NiзSi2) Орторомб. 1,2229 1,0805 0,6924 NiзSi2 - >1103

NiSi Орторомб. 0,562 0,518 0,334 МпР Рпта >1265

Кубич. 0,5406 - - CaF2 Fm-3m >1254

Таблица 4 - Параметры кристаллических структур фаз, образующихся в сплавах на основе систем Та^ [68, 72] и [69, 81]

Фаза Тип решётки Параметр ячейки, нм Структ. тип Пространств. группа Тплав, К

a b c

TaSi2 Гексагон. 0,4773 - 0,6552 CrSi2 P6222 >2313

a(Ta5Si3) Тетрагон. 0,650 - 1,184 СГ5В3 I4/mcm >2433

ß(Ta5Si3) 0,986 - 0,505 W5Si3 >2823

Ta2Si Тетрагон. 0,6157 - 0,5039 AhCu I4/mcm >2713

Ta3Si Тетрагон. 1,0193 - 0,5175 Ti3P P42/n >2613

Nb3Si Тетрагон. 1,023 - 0,519 Ti3P P42/n >2253

a(Nb5Si3) Тетрагон. 0,655 - 1,186 Cr5Si3 I4/mcm >2213

ß(Nb5Si3) 0,999 - 0,506 W5Si3 >2793

NbSi2 Гексагон. 0,4785 - 0,6576 CrSi2 P6222 >2213

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

риикросплде®

ОЫЦКЛЮ С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ

МИКРОСПЛАВ

634055. г Томск, пр АкалеммческиП, 2/3 Тел /Факс [phone] E-mail: мГ(УЙ:лжготр1а> ги hlro^/w-цц microsplav nj

Исх.№ 04-22-2701 от 10.03.2022

Справка

об использовании результатов диссертационной работы Ф.А. Дьяченко «Физико-механические свойства трех- и четырехко.чпонеитных поверхностных сплавов на основе титана, синтезированных на TíNi-подложке электронно-пучковым способом»

ООО «Мнкросплав» занимается практическим применением технологий электронно-пучковой обработки поверхности металлов и металлических изделий, ионно-плазменного нанесения покрытий, принимает участие в разработках научных основ модификации поверхностных слоев металлических материалов интенсивными импульсными электронными пучками, ведет научные исследования влияния воздействия концентрированных потоков энергии на конденсированное вещество.

В этой связи в ООО «Мнкросплав» рассмотрена возможность практического применения результатов, полученных в рамках диссертационной работы Дьяченко Филиппа Анатольевича, по повышению физико-механических свойств поверхностных слоев сплавов на основе титана конструкционного и функционального назначения, в том числе - сплавов на основе никслида титана, путем аддитивного тонкоплёночного электронно-пучкового синтеза на их поверхности легированных танталом или ниобием слоев микронной толшины.

При рассмотрении диссертационной работы Дьяченко Ф.А. установлено, что результаты этих исследований являются практически значимыми для применения на предприятии. В частности, синтезированные поверхностные слои (поверхностные сплавы) на основе [Ti-N¡-Ta] и [Ti-Ni-Nb], изученные в диссертационном исследовании, после проведения дополнительных ресурспых испытаний могут быть использованы для повышения физико-механических и биохимических свойств, усталостных характеристик и коррозионной стойкости изделий из сплавов на основе ннкелида титана медицинского и немеднцинского назначения.

Директор ООО «Микросплав»

Петров В.И.

Исх. К? 04-22-2701 от 10.03.2022

Страница 1 из1