Анотація до роботи:

Філатова В.С. Вплив зовнішніх дій на фізико-хімічні властивості поверхні сплавів Co-Cr-Mo. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 01.04.18 – фізика і хімія поверхні. – Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, Київ, 2009.

Встановлені основні закономірності еволюції фізико-хімічного стану та властивостей поверхневих шарів медичних Сo-Сr-Mo сплавів в залежності від параметрів термічної або інтенсивної механічної обробці.

Встановлені механізм і кінетика термостимульованної поверхневої сегрегації компонентів сплаву; визначені їх коефіцієнти дифузії та енергія активації. Встановлено, що обробка імпульсним лазерним опроміненням сплавів на повітрі призводить до формування поверхневого шару з переважним вмістом оксидів та специфічного рельєфу. Обробка в середовищі аргону на поверхні утворює хвильовий рельєф; період капілярних хвиль залежить від густини опромінення.

За результатами структурних досліджень запропоновано механізм поверхневого наноструктурування в сплавах з низькою енергією дефектів пакування при обробці прискореними мікрочастками або ультразвукової ударної обробки. Встановлено специфічні особливості закономірності формування хімічних зв’язків на поверхні сплаву після різноманітних енергетичних впливів.

У дисертації з використанням комплексу структурних та спектроскопічних методів встановлені основні закономірності еволюції фізико-хімічного стану та властивостей поверхневих шарів медичних Сo-Сr-Mo сплавів в залежності від параметрів термічної або інтенсивної механічної обробці.

Основні результати роботи можуть бути сформульовані наступним чином:

1. При ізотермічній витримці в вакуумі в інтервалі температур 773-1063 К, в поверхневих шарах відбуваються концентраційні зміни (поверхнева сегрегація), зокрема, зменшується концентрація атомів Мо і збільшується концентрація атомів Cr та Co. Поверхневі сегрегації мають дифузійний характер; аналіз їх кінетичних залежностей дозволив визначити об’ємні коефіцієнти дифузії атомів Со та енергію активації в сплаві Co-Cr-Mo;

2. Лазерне опромінення Co-Cr-Mo сплавів на повітрі з випаровуванням матеріалу призводить до формування поверхневого шару з переважним вмістом оксиду Cr₂O₃ та специфічним рельєфом, що складається із зон впорядкованої пористої структури (розмір пір 100-200 нм) та сфероїдальних кристалів розміром ~1 мкм з різної кількістю граней. При цьому формуються також одиничні кристали з п’ятьма гранями, що може вказувати на формування екзотичних наноструктурних об’єктів з віссю симетрії 5-го порядку;

3. Після лазерного опромінення Co-Cr-Mo сплаву в середовищі аргону на поверхні утворюється періодичний кільцевий рельєф. При цьому період хвиль даного виду рельєфу залежить від густини потужності лазерного опромінення. Така структура має хімічний склад близький до евтектичного. В основі механізму утворення періодичного поверхневого рельєфу лежать процеси, пов’язані з застиганням на поверхні капілярних хвиль розплавленого металу;

4. Обробка поверхні сплаву прискореними мікрочастками оксиду алюмінію, що широко застосовується в стоматологічній практиці, формує поверхневий шар з шорсткістю ~ 2,5 мкм, збагачений оксидами Al₂O₃, Cr₂O₃ та SiO₂, без імплантації часток Al₂O₃. Встановлено режими даної обробки Co-Cr-Mo сплаву, при яких відбувається наноструктурування приповерхневого шару товщиною до 5 мкм. Розмір зерен монотонно зростає від 30 нм до 90 нм за глибиною;

5. При інтенсивному пластичному деформуванні ультразвуковою ударною обробкою в приповерхневому шарі Co-Cr-Mo сплаву відбувається деформаційно стимульований перехід з утворенням до 67% ГЩУ-фази. Така обробка стимулює утворення хаотичних дефектів пакування типу вилучення, що перешкоджають утворенню суцільної нанокристалічної структури в приповерхневому шарі Co-Cr-Mo сплаву, проте відбувається утворення нанорозмірних зерен мартенситної фази. Сукупність структурних перетворень при деформації УЗУО обумовлює зміцнення поверхні, зокрема підвищення мікротвердості;

6. За результатами рентгеноструктурних та мікроскопічних досліджень поверхні Co-Cr-Mo сплавів після інтенсивних механічних обробок, запропоновано структурний механізм поверхневого наноструктурування в металах з низькою енергією дефектів пакування, який відбувається в три стадії. На першому етапі формується планарна структура дислокацій та двійників. На другому етапі відбувається розділ зерен внаслідок двійникування та мартенситного перетворення. Третя стадія відповідає саме формуванню нанозерен. Формування наноструктури обумовлене трьома важливими факторами: 1) високим ступенем деформації; 2) високою швидкістю деформації (за оцінками близько 10³ - 10⁴ с^-1); 3) різноспрямованим ударним навантаженням, що повторюється;

7. Встановлено підвищення корозійної стійкості сплавів після лазерної та інтенсивної механічної обробок, обумовлене зміною морфології та фізико-хімічного стану поверхні.

Публікації автора:

1. Васильев М. А. Нанокристаллизация металлических поверхностей методами интенсивной пластической деформации (обзор) / М. А. Васильев, Г. И. Прокопенко, В. С. Филатова // Успехи физики металлов. – 2004. – Т. 5, № 2. – С. 345-399.

2. Васильєв М. О. Зміна фізико-хімічного стану поверхні стоматологічних сплавів після лазерної обробки / М. О. Васильєв, П. А. Гурин, В. С. Філатова // Науковий вісник Ужгородського університету. Серія Фізика. – 2005. – № 17. – С.87-90.

3. Послойная эволюция микроструктуры в сплаве Cu-Zn после пескоструйной обработки / Ю. Н. Петров, М. А. Васильев, Л. Н. Трохимова, В. С. Филатова // Успехи физики металлов. – 2006. – Т. 7, № 3. – С. 173-187.

4. Зміна фізико-хемічного стану поверхні стоматологічного стопу Co-Cr-Mo після піскоструминної обробки / М. О. Васильєв, А. Й. Сенкевич, В. С. Філатова, П. А. Гурин // Металлофизика и новейшие технологии. – 2006. – Т. 28, Специальный выпуск. – С. 75-81.

5. Васильев М. А. Физико-химические свойства поверхности недрагоценных сплавов, применяемых в ортопедической стоматологии (обзор). Ч. I / М. А. Васильев, В. С. Филатова, П. А. Гурин // Журнал функциональных материалов. – 2007. – Т.1, №2. – С. 42-48.

6. Васильев М. А. Физико-химические свойства поверхности недрагоценных сплавов, применяемых в ортопедической стоматологии (обзор). Ч. II / М. А. Васильев, В. С. Филатова, П. А. Гурин // Журнал функциональных материалов. – 2007. – Т.1, №3. – С. 93-97.

7. Васильев М. А. Физико-химические свойства поверхности недрагоценных сплавов, применяемых в ортопедической стоматологии (обзор). Ч. III / М. А. Васильев, В. С. Филатова, П. А. Гурин // Журнал функциональных материалов. – 2007. – Т.1, №4. – С. 146-151.

8. Васильєв М. О. Макро- та мікрорельєф поверхні стоматологічного сплаву Co-Cr-Mo після піскоструминної обробки / М. О. Васильєв, В. С. Філатова, П. А. Гурин // Металлофизика и новейшие технологии. – 2007. – Т. 29, № 6. – С. 771-779.

9. Тиньков В. А. Анализ физико-химического состояния поверхности стоматологического сплава Co-Cr-Mo методами вторично-электронной спектроскопии / В. А. Тиньков, В. С. Филатова // Металлофизика и новейшие технологии. – 2007. – Т. 29, №. 7. – С. 867-885.

10. Васильев М. А. Кинетика термоиндуцированной поверхностной сегрегации в тройной системе Co-Cr-Mo / М. А. Васильев, В. А. Тиньков, В. С. Филатова // Металлофизика и новейшие технологии. – 2008. – Т. 30, № 2. – С. 267-273.