Влияние ионно- и электронно-пучковых воздействий на химический состав, морфологию и адгезионную прочность покрытий из молибдена или тантала на поверхности никелида титана

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1 Физические принципы формирования и модификации тонких
поверхностных слоев на поверхности сплавов с эффектами памяти
формы с использованием ионных и электронных пучков и
плазменных струй
1.1 Основные сведения о диаграмме состояний системы 'П-Ыц мартенситных превращениях и эффектах неупругости в сплавах на основе никелида титана
1.2 Физические и химические основы повышения биосовместимости и коррозионной стойкости никелида титана путем поверхностного легирования с использованием импульсных ионных пучков
1.3 Механизмы и закономерности формирования покрытий на поверхности твердого тела при использовании метода магнетронного осаждения
1.4 Механизмы и закономерности формирования модифицированных слоев на поверхности твердого тела при воздействии ионными пучками средних энергий
1.5 Механизмы и закономерности формирования модифицированных слоев на поверхности твердого тела при воздействии импульсными электронными пучками низких энергий
Постановка задачи
2 Материалы и методы обработок и исследований
2.1 Составы сплавов, мишеней для магнетронного осаждения и режимы ионно- и электронно-пучковых обработок
2.2 Изучение морфологии поверхности образцов методами компьютерной оптической микроскопии, растровой электронной микроскопии и оптической профилометрии
2
5
11
1 !
14
23
28
36 I
41
43
43
48
2.3 Определение элементного состава и распределения химических элементов в системе «покрытие/подложка» с использованием электронной Оже-спектроскопии и рентгеноспектрального микроанализа
2.4 Определение адгезионных свойств системы «покрытие/подложка» методом царапания (scratch-test)
3 Влияние ИОНІЮ- и электронно-пучковых воздействий на химический состав покрытий из молибдена и тантала на поверхности никелида титана
3.1 Закономерности распределения химических элементов в субмикронных покрытиях из молибдена и тантала переменной толщины, переходных слоях и материале-основе из никелида титана и влияние на них импульсных пучков ионов средних энергий
3.2 Закономерности изменения химического состава в покрытиях из тантала, переходных слоях и прилежащих к ним поверхностных слоях материала-основы из никелида титана после импульсных воздействий на них низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками
3.3 Закономерности изменения химического состава в покрытиях из молибдена, переходных слоях и прилежащих к ним поверхностных слоях материала-основы из никелида титана после импульсных воздействий на них низкоэнергетическими сильноточными электронными пучками
4 Влияние ионно- и электронно-пучковых воздействий на морфологию покрытий из молибдена и тантала на поверхности никелида титана
4.1 Особенности морфологии исходной поверхности образцов из никелида титана
4.2 Морфология поверхности субмикронных покрытий из молибдена и
тантала, осажденных магнетронным методом на подложку из никелида титана
4.3 Закономерности изменения морфологии и шероховатости поверхности покрытий из молибдена и тантала при использовании ионно-пучковых воздействий средних энергий
4.4 Закономерности изменения морфологии и шероховатости поверхности композиций «покрытия из молибдена или тантала/ основа из никелида титана» при использовании низкоэнергстических электронно-пучковых воздействий
5 Адгезионная прочность металлических покрытий на поверхности
никелида титана и элионные способы ее повышения
5.1 Влияние химического состава покрытий, переходных слоев и их толщины на адгезионные свойства композиций «покрытия из молибдена или тантала/ основа из никелида титана»
5.2 Влияние ионной и электронно-пучковой модификации на адгезионные свойства композиций «покрытия из молибдена или тантала/ основа из никелида титана»
Выводы
Список использованной литературы
114
126
152
152
173
191
197
4
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации
Никелид титана и сплавы на его основе хорошо известны как представители класса материалов с мартенситными превращениями, проявляющих эффекты сверхэластичиости и памяти формы [1, 2], нашедшие широкое практическое применение, в том числе в медицине. Условия их эксплуатации часто связаны с длительным воздействием окружающей среды. Известно [3], что в случаях, когда требуется защитить материал от агрессивной внешней среды и при этом сохранить его функциональные свойства, весьма эффективным оказывается использование нано- и субмикрокристаллических покрытий различного химического состава. Часто к таким покрытиям предъявляют заранее определенные требования. Например, если предполагается использование покрытий в медицине, то они должны обладать высокой коррозионной стойкостью и биологической совместимостью по отношению к живым тканям.
Несмотря на многочисленные результаты, свидетельствующие о высокой коррозионной стойкости никелида титана, этот материал по-прежнему остается источником весьма токсичного элемента - никеля, что ограничиваег его применение как материала для медицинских имплантатов. Поэтому задача создания барьерных слоев или покрытий на поверхности никелида титана является актуальной. Кроме указанной защитной функции, вследствие того, что рельеф на поверхности никелида титана может существенно изменяться в результате структурных мартеиситных превращений, при формировании покрытий для такого материала необходимо, чтобы барьерные слои удовлетворяли следующим важным условиям: не приводили к существенному уменьшению эффекта памяти формы или сверхэластичности, обладали высокими параметрами адгезии, коррозионной стойкости и биосовместимости. В связи с этим, также актуальными являются систематические исследования закономерностей и особенностей формирования субмикро- и наноструктурных покрытий и поверхностных слоев методами элиониых технологий в сплавах на основе никелида титана.
Цель работы:
Исследование влияние ионно- и электронно-пучковых воздействий на химический состав, морфологию поверхности и адгезионную прочность покрытий из молибдена или тантала на поверхности никелида титана.
Для достижения поставленной цели были сформулированы задачи:
1. Исследовать закономерности изменения химического состава тонких (толщиной ~200 нм) покрытий из молибдена или тантала, переходных слоев и соприкасающихся с ними слоев материала-основы из никелида титана, а также в результате воздействия на них среднеэнергетическими пучками ионов углерода, кремния и молибдена.
2. Исследовать закономерности формирования легированных молибденом или танталом слоев на основе никелида титана путем импульсного воздействия на композиции «покрытие из молибдена или тантала/ основа из никелида титана» низкоэнергетическими электронными пучками.
3. Выявить закономерности влияния ионно- и электро!ню-пучковых воздействий на морфологию поверхности и параметры шероховатости покрытий из молибдена или тантала, осажденных магнетронным методом на подложку из никелида титана.
4. Изучить закономерности формирования фрагментированных нано- и субмикросгруктур на поверхности покрытий в результате элекпронно-пучковых воздействий на композиции «покрытие из молибдена или тантала/ основа из никелида титана».
5. Исследовать влияние ионно- и электронно-пучковых воздействий на адгезионные свойства композиций «покрытие из молибдена или тантала/ основа из никелида титана», полученных методом магнетронного осаждения.
Основные положениЯу выносимые на защиту
1. Закономерности формирования многослойных композиций методом магнетронного осаждения молибдена или тантала на поверхность никелида
б
титана и воздействия на них импульсными пучками ионов углерода, кремния и молибдена средних энергий или электронов низких энергий.
2. Закономерности фрагментации структуры поверхности покрытия из молибдена или тантала на нано- и субмикрометровом масштабных уровнях, заключающиеся в том, что на начальной стадии исходная структура поверхности материала покрытия фрагментируется на более высоком -субмикрометровом - масштабном уровне, при этом на границах раздела фрагментов появляются первичные локальные области фрагментированной наноразмериой структуры, увеличение площади распространения которых зависит от параметров энергетических воздействий.
Условия и режимы энергетических обработок с использованием импульсных пучков ионов или электронов, обеспечивающих образование и распространение по всей поверхности субмикронных и нанометровых фрагментированных структур.
3. Результаты исследования влияния химического состава и толщины переходных слоев, а также сдвиговой неустойчивости основной фазы В2 материала-основы на адгезионные свойства покрытий из молибдена или тантала на поверхности никелида титана.
Механизмы повышения, с использованием дополнительных воздействий ионными пучками, адгезионной прочности покрытий на подложках со сдвигонеустойчивой матрицей, связанные с двумя основными факторами:
- изменением свойств переходных слоев и границ раздела между ними, покрытием и основой;
- упрочнением тонких наружных слоев материала-основы до подавления в них мартенситного превращения.
Научная новизна
1. Обнаружено, что при обработке поверхности образцов с покрытиями из молибдена или тантала ионными пучками средних энергий происходит фрагментация структуры материала покрытия на поверхности с
формированием квазипериодического развитого рельефа поверхности, что приводит к понижению класса ее шероховатости. Величина шероховатости поверхности, которая определяется комплексом параметров, зависит не только от сорта внедряемых ионов, но и от дозы облучения.
2. Установлено, что в образцах с покрытиями из молибдена или тантала при условии, когда толщина покрытий оказывается соизмеримой с длиной пробега иона внедрения, воздействие пучками ионов С+,.8Г, Мо+ приводит к изменению химического состава и толщины промежуточных слоев не только в зоне прямого воздействия ионным пучком, но и значительно глубже этой зоны.
3 Показано^, что сильноточные электронные пучки низких энергий с плотностью энергии в пучке 15-30 Дж/см“ могут быть использованы не только для создания «поверхностных» сплавов путем импульсного. переплава с перемешиванием покрытия и материала-основы, но и для модификации покрытий и промежуточных слоев, толщина которых изменяется в пределах 200-500 нм. Определены режимы электронно-пучковойг обработки, при которых под облученной поверхностью образца формируются многослойные композиции с наружным слоем из^ осаждаемого металла и размытыми границами раздела между нижележащими слоями. ' •
4.. Выявлены закономерности фрагментации структуры на поверхности покрытия под воздействием электронных пучков низких энергий. Обнаружено, что фрагментация структуры материала покрытия на поверхности в результате таких воздействий осуществляется на двух масштабных уровнях- - с образованием субмикронных и нанометровых фрагментированных структур. Зарождение фрагментированной наноразмерной структуры начинается в областях покрытия, расположенных над границами зерен материала-основы, и затем распространяется вдоль поверхности зерен к центрам этих зерен. Соотношение областей на поверхности с разными масштабными уровнями фрагментации в большей степени зависит от плотности энергии в электронном
пучке, чем от других параметров - числа и длительности импульсов.
: 8
Научная и практическая значимость работы
Результаты детальных исследований закономерностей формирования легированных барьерных слоев в сплаве на основе никелида титана с металлическими однокомпонентными покрытиями являются
экспериментальной основой для формирования новых представлений о физических свойствах многослойных систем на поверхности материалов с памятью формы.
Развитая в работе методика прецизионного определения ширины царапины в методе склерометрии (скратч - тестирования) - может быть использована для точной оценки адгезионной прочности тонких (толщиной менее 200 нм) металлических покрытий материалов.
Комплексные исследования, основные результаты которых представлены в диссертационной работе, проводились в рамках госбюджетных проектов
3.6.2.1. (2007-2009), № Ш.20.2.1. (2010-2012); комплексных интеграционных проектов СО РАН №91 (2006-2008), №2.3 (2006-2008), №> 12.7 (2006-2008), №57 (2009-2011); проекта РФФИ 06-02-08003 (2006-2007); государственных контрактов № 02.523.11.3007 (2007-2009) и № 16.740.11.0140 (2010-2012).
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа объемом 220 страниц состоит из введения, пяти разделов, выводов и списка цитируемой литературы, включающего 212 наименований. Работа содержит 81 рисунок и 22 таблицы.
В первом разделе диссертации описаны физические принципы формирования и модификации тонких поверхностных слоев на поверхности сплавов с эффектами памяти формы с использованием ионных и электронных пучков и плазменных струй. Приведены основные сведения о диаграмме состояний системы ГП-Ы1 и таблица, содержащая перечень фаз, которые могут сформироваться при взаимодействии системы 'П-ЬП с ионами 0+, С\ Мо~, Та+ и
9
8і+, мартенситных превращениях и эффектах неупругости в сплавах на основе никелида титана.
Во втором разделе диссертации поставлены задачи, обоснован выбор исследуемого материала, методов и режимов нанесения и модификации покрытий, детально описаны методики экспериментальных исследований.
В третьем разделе диссертации изучено влияние ионно- и электронно-пучковых воздействий на химический состав покрытий из молибдена и тантала на поверхности никелида титана, в том числе исследованы закономерности распределения химических элементов в субмикронных покрытиях из молибдена и тантала переменной толщины, переходных слоях и материале-основе из никелида титана.
В четвертом разделе диссертации представлены результаты экспериментальных исследований влияния ионно- и электронно-пучковых воздействий на морфологию покрытий из молибдена и тантала на поверхности никелида титана. Показана фрагментация с образованием наноструктуры на поверхности покрытия вследствие электронно-пучкового воздействия.
В пятом разделе диссертации представлены результаты экспериментальных исследований адгезионной прочности металлических покрытий на поверхности никелида титана и элионных способов ее повышения. Показано, что после магнетронного осаждения покрытия из молибдена обладают более высокой адгезионной прочностью на поверхности ТіМі и практически не разрушаются в диапазоне выбранных для эксперимента нагрузок, по сравнению с покрытиями из тантала.
ю
1 Физические принципы формирования и модификации гонких поверхностных слоев на поверхности сплавов с эффектами памяти формы с использованием ионных и электронных пучков и плазменных струй
1.1 Основные сведения о диаграмме состояний системы Т1-№, мартенситных превращениях и эффектах неупругости в сплавах на основе
никелида титана
Интерметалл иды - это особый- класс материалов, которые сохраняют упорядоченную структуру вплоть до температуры плавления. Дальний порядок обеспечивает более сильную межатомную связь. В целом, интермсталлиды, наряду с определенной пластичностью, сохраняют свою структуру и прочность при высоких температурах, обладают хорошими антикоррозионными и антифрикционными свойствами, в чем значительно превосходят обычные металлы.
Среди интерметаллических соединений особое место занимают сплавы на основе никелида титана. Такое положение вызвано наличием у этих сплавов необычных механических свойств, связанных с проявлением эффектов памяти формы и сверхэластичности [1-14]. Кроме того, эти сплавы имеют относительно высокую пластичность и сопротивление коррозии.
Хотя эффект памяти формы был обнаружен в сплаве Т1Т41 вблизи эквиатомного состава, дальнейшие исследования показали, что представляют интерес сплавы с отклонением от стехиометрического состава и легированные одним или. несколькими элементами периодической системы. Эти сплавы называют сплавами на основе никелида титана.
В качестве материалов для .медицинских имплантатов со свойствами эффекта памяти формы и сверхэластичности обычно предлагаются сплавы на основе никелида титана двойных составов. В зарубежной литературе для сплавов этой группы встречается общее название МШпо! по названию
11
лаборатории (Nickel Titanium Naval Ordnance Laboratory), a сам сплав TiNi впервые был открыт в 1959 году Уильямом Дж. Бюхлером и Фредериком Э. Вангом [2, 3] сотрудниками данной лаборатории.
Одна из диаграмм [13-15] состояния системы Ті-Ni представлена на рис.
1.1.1. За пределами области гомогенности сплав состоит из фаз TiNi+Ti2Ni и TiNi+TiNij. Фаза Ti?Ni имеет гранецентрированную кубическую решетку с параметром а-11,3А, а гексагональная плотноупакованная фаза TiNi3 имеет параметры a=5,10Â и с=8,30 А.
Эффекты памяти формы и свсрхэластичности в сплавах на основе никелида титана реализуются благодаря термоупругим мартенсити ым превращениям, протекающим в этих сплавах [1, 4, 7]. Под мартенситными превращениями понимают согласованный бездиффузионный кооперативный переход атомов из исходной фазы в конечную. Это возможно только при когерентной или частично когерентной границе между кристаллическими фазами.
В сплавах на основе никелида титана возможно осуществление различных последовательностей мартенситных превращений. В литературе [1, 5, 5, 8, 10-12, 16] сложились следующие обозначения исходной фазы и продуктов мартенситного превращения в сплавах на основе TiNi:
1. В2 - исходная высокотемпературная фаза никелида титана, упорядоченная по типу CsCl. Параметр решетки при стехиометрическом составе а=3,02 А.
2. R - ромбоэдрическая с параметрами а^9,03 А и а=89,3°.
3. В19 - ромбическая, подобная структуре AuCd. Параметры решетки заметно зависят от состава, но, известно, что один из них близок к параметру <7, а два других к исходной В2 структуры.
4. В19' - структура фазы отличается от В19 однородной деформацией, снижающей симметрию до моноклинной с параметрами, близкими к
значениям: а=2,86 А, Ь=4,12 А, с-4,62 А и /3=96,8°.
12
Температура
Весовой процент никеля
Рисунок 1.1.1 - Диаграмма состояния системы Ті-ЬП [15]
13
5. В19" - структура фазы отличается от В19 однородной деформацией, снижающей симметрию до триклинной.
Известно [13, 16-19], что при изменении соотношения долей титана и никеля в сплавах на основе ТіІчП температура начала мартенситного превращения Мн меняется от Т=+70 °С при содержании никеля 49,8 ат.% и менее Т=-40 °С при увеличении содержания никеля до 51 ат.% и более. При этом последовательность превращений меняется от
В2—>В2+В19'—>В19'—>В19" к В2-»В2+В19'->11+В19'->В19\ Указанные последовательности мартенситных превращений (МГІ) в сплавах на основе ТіМі обеспечивают проявление эффектов памяти формы, например.
Механическое поведение сплавов на основе Ті]\ті однозначно зависит от температуры, фазового состава и температур МП. Рисунок 1.1.2 иллюстрирует диаграмму изменения эффекта памяти формы (ЭФП), сверхэластичности, ферроэластичности и пластической деформации в координатах напряжение (а) - температура (Т). В зависимости от того, в каком температурном интервале находится сплав, возможны различные варианты деформационного поведения.
Никелид титана показывает механическое поведение подобное тканям живого организма, что делает его привлекательным для применения в медицинских целях.
1.2 Физические и химические основы повышении биосовместимости и
коррозионной стойкости никелида титана путем поверхностного легирования с использованием импульсных ионных пучков.
Способность внутренней микроструктуры сплавов на основе ТіМі к формоизменению вследствие мартенситных фазовых превращений, как известно, определяет не только их объемные физико-механические свойства [1, 4-7], но и свойства поверхности [20-25]. В свою очередь, состояние
14
Рисунок 1.1.2 - Схематическая зависимость критических напряжений мартенситного сдвига от температуры и области существования эффектов памяти формы, ферроэластичности (1) и сверхэластичности в сплавах на основе Т1№. Мн и Мк - температуры начала и конца прямого мартенситного
т0?
превращения, пип - минимальная температура, при которой проявляется сверхэластичность, Мц — температура, ниже которой возможно появление
мартенсита напряжения [16]
15
поверхностных слоев оказывает существенное влияние на микро- и макропластические характеристики материалов, параметры эффекта памяти формы и демпфирующие свойства этих сплавов. Поэтому установление закономерностей и особенностей изменения структурно-фазового состояния, микроструктуры поверхности и приповерхностных слоев в результате модификации поверхности сплавов на основе никелида титана и влияния этих изменений на физико-механические и физико-химические свойства поверхности и объема этих сплавов является актуальной задачей. При этом, крайне важной остается задача сохранения функциональных свойств этих сплавов в объеме. Выход весьма токсичного элемента - никеля, в организм человека, является потенциальной проблемой имплантированных устройств из Т1Н1, а эго стимулирует исследования относительно поверхностных модификаций и покрытий для создания барьерных слоев, препятствующих выходу ионов никеля в среду живого организма.
В настоящее время, разработано большое число технологий нанесения покрытий на различные изделия, начиная от предметов повседневного потребления, на которые в основном наносят декоративные покрытия, и, заканчивая, функциональными пленочными изделиями и изделиями, на которые наносят специальные покрытия, обладающие разнообразными свойствами: жаростойкостью, износостойкостью, теплостойкостью, тепло- и электроизоляционными свойствами и т. д. [26-59].
Под термином «покрытие», как правило, понимают слой (или слои)
материала различной толщины (от долей микрометров до миллиметров),
наносимый на поверхность конструкционного материала с целью улучшения
эксплуатационных свойств и ресурса изделия [4]. Между материалами
покрытия и основы существует определенное физико-химическое
взаимодействие, улучшающее сцепление покрытия (адгезию) с основой. Пленка
также представляет собой слой (или слои) различной толщины (от долей
микрометров до миллиметров), получаемый на поверхности подложки как в
16
виде самостоятельного материала - изделия, выполняющего определенные функции (функциональный материал), так и в виде структурного элемента многослойного композита. В этом случае между пленкой и подложкой, между слоями многослойных пленок отсутствует физико-химическое взаимодействие в процессе эксплуатации созданного пленочного изделия [28].
В зависимости от требований, которые предъявляются к эксплуатационным характеристикам изделий, различают три вида покрытий
[26]: 1) защитные, применяемые для защиты деталей от коррозии в разных средах (атмосфере, биологических, агрессивных и т.д.); 2) защитно-
декоративные, для декоративной отделки изделий с одновременной защитой их от коррозии; 3) специальные или функциональные, для придания поверхности изделий специальных свойств (электропроводности, твердости, износостойкости, антифрикционных, магнитных свойств и др.).
Также покрытия (пленки) можно классифицировать в соответствии с их способом нанесения [28]: механико-диффузионные; термические;
электрохимические; плазменные, включая газоплазменную наплавку, вакуумно-электродуговые, ионно-плазменные и плазмодинамические методы и электровзрывное напыление; радиационно-пучковые, включающие осаждение-на подложку атомов, полученных лазерным, ионным, магнетронным и катодным распылением (испарением) ионов, полученных в вакуумно-электродуговых и ионно-плазменных ускорителях, и кластеров атомов, полученных в плазмодинамических ускорителях.
Одно из наиболее перспективных и бурно развивающихся направлений
современного материаловедения является инженерия поверхности, которая
(как сказано в работе [45]), как отдельное научно-техническое направление,
включает в себя: 1) комплекс оборудования и методов, обеспечивающих
эффективное воздействие на поверхность материала с целью придания ей
необходимых свойств; 2) комплекс оборудования и методов, обеспечивающих
нанесение многофункциональных покрытий: плазменных, ионно-плазменных,
17
электронно-лучевых, ионно-лучевых, лазерных, гальванических, химических, химико-термических и газофазных; 3) различные методы диагностики и прогнозирования как собственно модифицированного поверхностного слоя, так и объемных характеристик материала по состоянию его поверхности.
Большая научно-техническая перспектива инженерии поверхности связана с тем, что при относительно невысоких технологических затратах эти методы позволяют улучшать физические и повышать эксплуатационные характеристики материала в несколько раз. Важность и актуальность практического использования покрытий наглядно иллюстрируется хотя бы тем фактом [45], что в настоящее время за рубежом более 40% всего режущего и обрабатывающего инструмента выпускается с упрочняющими покрытиями.
Также, одной из актуальных задач при создании защитных (барьерных) покрытий - является разработка новых наноструктурных материалов и покрытий, обладающих комплексом важных характеристик [35]. В [45] к наноструктурным объектам предложено относить объекты с размером зерен менее 100 нм. Основные различия в поведении наноструктурных и обычных материалов связаны с тем, что в первом случае значительную роль играют поверхностные явления вследствие значительного увеличения объемной доли границ раздела за счет уменьшения величины зерна. Это приводит к новым физическим явлениям и уникальным характеристикам, присущим наномасштабу. Таким образом, специфические свойства наноструктурных покрытий во многом обусловлены особенностью их структуры: высокая объемная доля границ раздела; осуществление деформации по типу зерпограничиого проскальзывания; присутствие межкристаллитных аморфных прослоек; изменение взаимной растворимости компонентов в фазах выделения. Все эти особенности позволяют достичь рекордных значений физических, химических, механических и трибологических свойств материала при переходе к наноструктурному состоянию.
Необходимым является и исследование влияния модификации на
объемные свойства поверхности и/или наличия на ней покрытий,
18
отличающихся химическим составом, толщиной и методом их формирования, а также изучение свойств самих покрытий. В тех случаях, когда требуется одновременно обеспечить сохранение функциональных свойств сплавов на основе 'ПТ'П - сверхэластичности и памяти формы, а также повышение коррозионной стойкости и биосовместимости, в ряде работ [22, 60-77] показано, что выполнение такой задачи оказывается возможно без изменения химического состава в объеме сплава, что важно для сохранения температурных интервалов мартенситного превращения и, следовательно, к смещению температур формовосстановления. Эффективной в этом случае является модификация поверхностных свойств материала, обеспечиваемая изменением химического состава, атомной кристаллической структуры основных фаз сплава, микро- и наноструктуры в тонком поверхностном слое материала при воздействии на него потоками ионов или электронов.
Среди задач, связанных с модификацией поверхности никелида титана и его сплавов, особое место занимает задача создания на поверхности никелида титана барьерных слоев в виде тонких нано и субмикрокристаллических покрытий, которые, одновременно препятствовали бы выходу ионов металлов в биосреду, не приводили-к уменьшению эффектов сверхэластичности и памяти формы, и обладали бы высокими параметрами адгезии, коррозионной стойкости, биосовместимости.
Поэтому, следует, что используя развитые подходы, можно модифицировать поверхность никелида титана на различные глубины от нм до мкм, а модифицирование поверхностей сплавов на основе Т1Ы'| может вызвать обеднение № и обогащение Т\ на поверхности образца. Сегрегация в любой форме в поверхностных подслоях *П№, вызванная поверхностной обработкой или модификацией, должна быть устранена. Чтобы гарантировать нетоксичное поведение имплантата в организме человека.
Имеются данные [62, 78-82], которые свидетельствуют о том, что существуют
элементы, которые приводят к очень хорошей биосовместимости и коррозионной
19
стойкости (например: С, 81, Мо, Та). Выбор таких элементов в данной работе обусловлен тем что: 1) Молибден в организме человека входит в состав ферментов (всего 7 ферментов) и является единственным из тяжелых металлов из элементов пятого периода, который можно отнести к «металлам жизни». Его используют для легирования сталей, как компонент жаропрочных и антикоррозионных сплавов; 2) Тантал обладает исключительной химической стойкостью, пластичностью, рентгеноконтрастностыо, высокой биологической совместимостью, прочностью, коррозионной стойкостью, тугоплавкостью; 3) Кремний обнаружен в организме человека во всех органах и тканях, что свидетельствует о его высокой биосовместимости; 4) Углерод (как и кремний) обладает высокой биосовместимостью с организмом человека, он образует полимерные цепи и прочно соединяется с водородом, кислородом, азотом и другими элементами. Столь существенная физиологическая роль углерода определяется тем, что этот элемент входит в состав всех органических соединений и принимает участие практически во всех биохимических процессах в организме человека.
Поскольку эти элементы вступают в химическое взаимодействие с подложкой из никелида титана, следовательно, необходимо учитывать возможное образование фаз (таблица 1.2.1) при таком взаимодействии. Таким образом, таблица 1.2.1 показывает, какие сложные структурно-фазовые состояния могут формироваться в результате элионных воздействий на поверхности никелида титана.
Таблица 1.2.1 - Воз можные фазы и их параметры решетки
Система Фаза Температура образования Параметры решетки Литера гура
Ti.NI ТМ - В2 Кубическая, а=3,02 Л [8, 12, 16, 83, 85]
ТО« - Л Ромбоэдрическая, а-Ь-с«9,03 А, а-89.3 °
им-виг Моноклинная, а=2,86 А, Ь=4,12 Л, с=4,62 А, 0-96,8 0
Ть№ - Е9Э Кубическая, 1/2а—5,65 А
Гексагональная, а=5,1 А, с=8,3 Л
тьм-о Т|4М20 Г.Ц.К. [50, 53]
20