Введение 4
1 Литературный обзор 6
1.1 Структура и свойства сплава ВТ6 6
1.1.1 Характеристики основных фаз в сплавах на основе Ti 8
1.1.2 Влияние физико-химических обработок поверхности сплава ВТ6
на его свойства 13
1.2 Сплавы системы Ti-Ni. Мартенситные превращения в области
гомогенности TiNi 15
1.3 Сплавы на основе Та 17
1.3.1 Структура фаз a-Ta и 0-Ta. Двойные системы Ti-Ta 17
1.3.2 Тройные сплавы Ti-Ni-Та 18
1.4 Постановка задачи 20
2 Материалы и методы исследования 21
2.1 Образцы для исследований 21
2.1.1 Составы исходных образцов для исследования 21
2.1.2 Условия и режимы синтеза поверхностных сплавов Ti-Ni-Ta на
TiNi подложке 21
2.1.3 Условия и режимы синтеза поверхностных сплавов Ti-Ni-Ta на
ВТ6-подложке 22
2.2 Методы рентгеноструктурного анализа 24
2.2.1 Условия и геометрии рентгеновских съемок на дифрактометре
ДРОН8 24
2.2.2 Количественный и качественный фазовый анализ 25
2.2.3 Методы оценки размеров областей когерентного рассеяния и
напряжений 2-го рода 25
2.2.4 Методы оценки деформаций и остаточных напряжений 1-го
рода 27
2.2.5 Оценка толщины анализируемого слоя в зависимости от
геометрии рентгеновских съемок 28
2.3 Методы просвечивающей электронной микроскопии 30
3 Результаты исследования и обсуждение 32
3.1 Анализ структурно-фазового состояния образцов TiNi после синтеза
поверхностных сплавов на основе Ti-Ni-Ta 32
3.2 Исследования структурно-фазового состояния образцов ВТ6 после
синтеза поверхностных сплавов на основе Ti-Ni-Ta 40
Заключение 46
Список литературы 47
Известно, что титан и сплавы на его основе превосходят многие современные конструкционные материалы по своим физико-механическим характеристикам и удобству в использовании. Сплавы, основным компонентом которых является титан, обладают высокой температурой плавления, низким электрическим сопротивлением, повышенной прочностью, сопоставимой со многими легированными сталями, а также другими улучшенными свойствами. Кроме того, титан является легким материалом - его плотность составляет лишь 56 % плотности стали; он обладает хорошей биоинертностью, практически не вызывает аллергических реакций в организме и легко поддается обработке. Перечисленные свойства показывают, что титан является универсальным конструкционным материалом, поэтому он применяется в высокотехнологичных областях промышленности, в частности, в авиации, ракетостроении, судостроении, медицине и т.д. Сплавы на основе титана, нашли также широкое применение в медицине, например, сплавы TiNi, которые обладают наиболее близким к костной ткани комплексом механических свойств [1 - 3].
Производство деталей для авиационной промышленности, сложных медицинских устройств и имплантов требует высокой коррозионной стойкости и высококачественной целостности поверхности с оптимальными возможностями обработки при более низких производственных затратах. Для увеличения коррозионных свойств используют ионно-и электронно-пучковые методы осаждения покрытий. В работах [4, 5] был показан способ
поверхностной модификации TiNi сплавов путем аддитивного тонкопленочного электронно-пучкового (АТП-ЭП) синтеза на их поверхностях тонких (~0,2 - 1 мкм) многокомпонентных поверхностных сплавов (ПС) [6]. Отличительной особенностью, получаемых таким образом поверхностных сплавов является отсутствие резкой границы раздела с подложкой, что может быть хорошей альтернативой функциональным тонкопленочным покрытиям. С точки зрения практических приложений, очень интересными и перспективными, являются покрытия и ПС, которые позволяют улучшать коррозионные свойства материалов, повышать их рентгеноконтрастность, например, формирование модифицированных поверхностных слоев на основе тантала [7]. В то же время, различие структуры и состава поверхностного сплава и материала подложки могут вызывать появление остаточных напряжений в области модификации [8]. Наличие высоких остаточных напряжений в поверхностном слое материала приводит к понижению трещиностойкости и, соответственно, к преждевременному выходу из строя устройства во время эксплуатации [9]. Поэтому задачи, связанные с оценкой уровня остаточных напряжений и характера их распределения, а также поиск способов их снижения являются необходимыми при использовании электронно-ионно-пучковых обработок. Для анализа изменения структурно-фазового состояния и уровня остаточных напряжений в смежных слоях ПС и подложки используют методы рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии.
Таким образом, целью данной работы является анализ изменения структурно-фазового состояния и уровня остаточных упругих напряжений в подложке TiNi и Ti-Al-V после синтеза поверхностных сплавов на основе Ti- Ni-Ta.
1. Установлено, что в результате электронно-пучковой обработки и жидкофазного перемешивания системы [пленка Ti60Ta40, 100 нм / подложка TiNi] на поверхности TiNi формируется поверхностный сплав на основе Ti-Ni-Ta, который имеет сложное многослойное строение. Наружный слой толщиной ~100 нм является кристаллическим, имеет однофазный состав из кристаллов фазы a-Ta. Под этим слоем сформировался подслой с аморфной структурой толщиной ~750 нм.
2. В ходе исследования [Ti-Ni-Ta]nC/BT6 было показано, что в результате синтеза поверхностного сплава на основе Ti-Ni-Ta под синтезированным слоем в материале подложки из ВТ6 сформировался подслой, который характеризуется мартенситной фазой а". Обнаружено, что толщина синтезированного поверхностного сплава составляет 850 нм.
3. Выявлено, что в образцах [Ti-Ni-Ta]nC/TiNi наблюдается высокий уровень сжимающих в направлении, перпендикулярном к поверхности облучения, остаточных напряжений 1 рода с У « - 440 МПа, который сосредоточен в приповерхностном слое TiNi-подложки.
4. Анализ упруго-напряженного состояния образцов [Ti-Ni-Ta]nC/BT6 показал, что после формирования на ВТ6-подложке поверхностного сплава наблюдается высокий уровень сжимающих остаточных напряжений, достигающий значений с1 « -409 МПа.
