РЕФЕРАТ 3
Введение 3
1 Литературный обзор 5
1.1 Термоупругие мартенситные превращения в сплавах на основе Ti-Ni 5
1.2 Ионно-пучковая модификация поверхности металлических материалов 9
1.3. Электрохимические (коррозионные) свойства TiNi сплавов, подвергнутых облучению концентрированными потоками энергий 14
2 Материалы и методы исследований 18
2.1 Материал для исследований 18
2.2 Ионная имплантация 18
2.3 Структурные исследования 18
2.4 Исследования коррозионных свойств 20
2.4.1 Измерение потенциала разомкнутой цепи 21
2.4.2 Циклическая вольтамперометрия 22
2.4.3 Спектроскопия электрохимического импеданса 24
2.4.4 Определение скорости коррозии 25
3 Экспериментальная часть 27
3.1 Структура поверхностного слоя TiNi после имплантации ионов титана 27
3.2 Коррозионные свойства TiNi с модифицированными поверхностными слоями 28
3.3 Исследование коррозионных разрушений на поверхности TiNi сплавов до и после ионно-пучковой обработки 32
Заключение 34
Список использованной литературы 35
Важной задачей материаловедения является создание новых материалов и способов повышения их физико-механических свойств. Одним из направлений является разработка интеллектуальных материалов, в том числе с эффектом памяти формы, к которым относятся сплавы на основе никелида титана [1 - 4]. Явление эффекта памяти формы заключается в том, что образец, имеющий определенную форму в аустенитном состоянии при повышенной температуре, деформируют при более низкой температуре, инициируя прямое мартенситное превращение. Этот процесс является обратимым, поскольку при нагревании никелида титана реализуется обратное мартенситное превращение, что приводит к восстановлению исходной формы образца. Из-за того, что скорость превращения занимает доли секунды, данные материалы находят применение для создания механических сенсоров.
Уникальные свойства сплавов на основе никелида титана позволяют успешно применять их также в медицине в качестве материала для изготовления имплантатов и различных медицинских инструментов. Использование никелида титана в медицине обусловлено его способностью к сверхупругости и биологической совместимостью с тканями человеческого организма. Однако основная проблема при эксплуатации TiNi имплантатов заключается в высвобождении канцерогенных ионов никеля под воздействием агрессивной биологической среды организма. В настоящее время одним из способов решения данной проблемы является формирование барьерных покрытий на поверхности TiNi сплавов [5].
В частности, для создания обедненных по никелю поверхностных слоев применяются электронно-ионно-пучковые способы, например, метод высокодозной ионной имплантации. Ионно-пучковая обработка обладает рядом возможностей, связанных с легированием материала подложки, получением метастабильных (в том числе аморфных) фаз, не присутствующих на равновесных диаграммах состояния. Модифицированный ионными пучками поверхностный слой характеризуется другой структурой и новыми физико-химическими свойствами.
В настоящее время проводятся многочисленные исследования по поиску путей улучшения свойств никелида титана, в том числе - коррозионной стойкости и биосовместимости. Это связно с отрицательным воздействием (токсическое, аллергическое, канцерогенное) нерастворимых соединений никеля на организм человека вследствие коррозионного разрушения материала, приводящего к нарушению функционирования изделия в биосреде.
В данной работе для оценки коррозионных свойств TiNi сплавов использованы следующие электрохимические методы: циклическая вольтамперометрия,
потенциодинамическая поляризация и спектроскопия электрохимического импеданса. С их помощью решалась научная задача, связанная с оценкой скорости коррозии и выявлением процессов, протекающие на границе раздела «TiNi сплав / электролит», в образцах, различающихся способом обработки поверхности (электрополировка, ионно-пучковая обработка).
Таким образом, целью данной работы является определение структуры, фазового состава ионно-модифицированных слоев TiNi сплава и установление влияния ионной имплантации на электрохимические свойства в растворе искусственной плазмы крови.
В работе исследованы структура, фазовый состав ионно-модифицированных слоев TiNi сплава, а также оценены электрохимические свойства в растворе искусственной плазмы крови. По результатам работы были сделаны следующие выводы:
1. Ионная имплантация приводит к увеличению толщины оксидного слоя в ~ 5 раз и способствует аморфизации ~ 75 нм поверхностного слоя TiNi сплава.
2. Фазовый состав оксидной пленки в ионно-модифицированном образце представлен оксидами на основе TiO2 модификации брукит. В исходном образце формируется оксидный слой с аморфно-нанокристаллической структурой.
3. Оценка коррозионной стойкости образцов, различающихся типом поверхностной обработки (электрополировка, ионная имплантация), показала, что скорость коррозии у исходного образца существенно ниже, чем у ионно-модифицированного образца. Это выражается в снижении плотности тока коррозии в исходном сплаве в ~ 80 раз, по сравнению с TiNi сплавом после ионной имплантации. Возможной причиной снижения коррозионных свойств является формирование дефектной нанокристаллической оксидной пленки, которая может разрушаться по границам раздела между частицами оксидных фаз.
4. Высокие значения сопротивления переноса заряда (460 кОм • см2) и более толстая оксидная пленка не обеспечивают превентивную защиту от селективной коррозии TiNi сплава, модифицированного пучками ионов титана. Вследствие анодного окисления никеля происходит образование очагов язвенной и питтинговой коррозии на всей поверхности образцов.
