РЕФЕРАТ 3
Обзорная часть 7
1.1 Кристаллографические и термодинамические характеристики NiTi 7
1.2 Термоупругие мартенситные превращения. Сверхэластичность и эффект
памяти формы 7
1.3 Ионная имплантация как метод модификации поверхности NiTi 12
1.4 Взаимодействие имплантируемых ионов с веществом 13
1.5 Структура поверхностных слоёв NiTi после ионной имплантации 16
1.6 Применение никелида титана 19
2 Материал, методы поверхностной обработки и исследований 21
2.1 Материал исследования и методы поверхностной обработки 21
2.2 Послойный анализ градиентной структуры поверхностных слоёв
материала методом просвечивающей электронной микроскопии 21
2.3 Исследования распределения элементов по глубине материала методом
Оже-электронной спектроскопии 25
2.4 Энерго-дисперсионный анализ (рентгеновский микроанализ) 26
3 Результаты и их обсуждение 28
3.1 Концентрационные профили распределения элементов в поверхностном
слое NiTi после ионной имплантации Ta 28
3.2 Послойное исследование структуры поверхностных и приповерхностных
слоёв NiTi методом просвечивающей электронной микроскопии 30
3.2.1 Атомно-кристаллическая структура поверхностного
оксидного слоя 31
3.2.2 Структура аморфного ионно-модифицированного слоя 34
3.2.3 Формирование ионно-модифицированного слоя на поверхности
частиц Ti2Ni 37
3.2.4 Структура приповерхностного слоя 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 41
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Никелид титана, обладающий эффектом памяти формы и сверхэластичностью, является материалом, широко используемым в медицине. Актуальной остается задача создания на поверхности NiTi протективных слоев, которые обладают улучшенными эксплуатационными свойствами и минимизируют высвобождение токсичного для организма Ni. Одним из способов модификации поверхности NiTi является ионная имплантация, позволяющая создавать ионно-легированные слои с высокой биосовместимомью, коррозионной и усталостной стойкостью, другими важными свойствами. Наибольшее внимание уделяется изучению поверхностных слоев NiTi с точки зрения их функциональных свойств. В то же время ограничено число работ, в которых рассмотрены вопросы механизмов формирования сложной градиентной структуры ионно-модифицированных слоев. Основной трудностью, возникающей перед исследователями, безусловно, является многофакторность и взаимозависимость явлений, одновременно происходящих в поверхности материала в процессе воздействия ионами.
Целью данной работы явилось изучение на микро- и наноуровнях структуры поверхностных слоев NiTi после модификации пучками ионов тантала. Тантал является тугоплавким элементом с низким коэффициентом диффузии и малой растворимостью в титане и его сплавах, отличается хорошей биосовместимостью и высокой рентгеноконтрастностью. Создание покрытий с танталом позволяет решить проблему визуализации изделий из никелида титана и повысить комплекс физико-механических свойств сплава.
В ходе выполнения работы решались следующие конкретные задачи:
1. Ознакомление с литературой по вопросу: никелид титана и его свойства, ионная имплантация как метод модификации поверхности NiTi.
2. Освоение метода приготовления тонких фольг (метода ионного травления) для просвечивающей электронной микроскопии для исследований структуры поверхностных слоев образца в геометрии поперечного сечения (cross-section).
3. Исследование элементного и фазового составов в поверхностных и приповерхностных слоях образцов после ионной имплантации с помощью Оже - электронной спектроскопии и электронно-дисперсионного анализа.
4. Исследование методами просвечивающей электронной микроскопии микроструктуры по глубине модифицированного слоя в образцах сплава на основе никелида титана после воздействия потоком ионов Ta.
5. Выявление роли дозы облучения ионными пучками Та в формировании структуры и состава модифицированных слоев NiTi.
1 Показано, что на поверхности имплантированого материала формируется оксидный слой, содержащий преимущественно оксиды титана TiO2. С повышением дозы облучения толщина оксидного слоя увеличивается и происходит изменения его структуры с образованием подслоя, обогащенного Ta.
2 Установлено, что неоднородное распределение элементов по глубине поверхностного слоя TiNi после ионной имплантации Ta, независимо от режима, сопровождается формированием ряда подслоёв с различной структурой. Можно выделить два основных слоя - оксидный слой (нанокомпозитная керамика) и аморфный ионно-модифицированный слой.
3 В аморфном слое локализован имплантируемый элемент - Ta. Максимальная концентрация Ta и глубина его проникновения зависит от режима имплантации (с повышением дозы максимум имплантируемого элемента смещается вглубь образца).
4 Данные энерго-дисперсионного анализа и Оже-электронной спектроскопии свидетельствуют о значительной потере Ni в оксидном слое, что является важнейшим фактором при использовании TiNi в медицине в качестве имплантатов.
5 Эффект дальнодействия (дилатации), наблюдаемый на глубине 2 - 5 мкм проявляется в генерации дислокаций, дислокационных петель, дислокационных скоплений.
6 В приповерхностном слое были обнаружены 2 типа пластин R-
мартенсита. Первый тип пластин находится на глубине 5 - 10 мкм от
поверхности и находился в материале до ионной имплантации. Второй тип располагается вдоль поверхности, на расстоянии около 0,3 мкм. Предположительно, данный тип пластин образовался после ионной имплантации.
