Автореферат диссертации на соискание ученой
степени доктора технических наук. Работа выполнена в NanoCarbon
Research Institute Limited и Национальном исследова-тельском
Томском политехническом университете. Специальность: 01 04 07 –
Физика конденсированного состояния Томск, 2011, 20с.
Цель диссертации состоит в разработке
научно-методических основ, научно-техническом обосновании
практического использования пучково-плазменных технологий в решении
ряда критических задач улучшения эксплуатационных свойств
медицинского инструментария и изделий промышленности.
Научная новизна работы и основные положения, выносимые на защиту:
Установлено, что содержание фазы со связью sp3 в алмазоподобных пленках, полученных импульсным дуговым распылением твердого графита, составляет 70%; алмазоподобные пленки, осажденные при низкой температуре подложки (температура 70 °C), имеют значительно более высокие значения твердости, чем твердость пленок, полученных химическим осаждением из паровой фазы при более высоких температурах подложки (300°C).
Покрытия CNX, получаемые плазмохимическим способом при дуговом испарении графита с концентрацией азота в соединении 0 ≤ X ≤ 0,5, содержат смесь двух типов аморфных частиц: алмазоподобных и частиц CN0.5 со связями sp2.
При ионной имплантации азота в сталь SKD11 твердость возрастает в большей степени, чем при имплантации аргона с уменьшением коэффициента трения соответственно в 3 раза и в 2 раза.
На подложке SKD11 с предварительно нанесенной пленкой нитрида бора при ионной имплантации формируется фаза кубического нитрида бора с размером частиц около 30 нм, соотношение фаз кубического и гексагонального нитрида бора при этом - 83:17.
При обработке сплава SKD11 плазмой формируемой в азоте глубина диффузии азота достигает 100 мкм с образованием соединения Fe4N, что приводит к увеличению твердости с 870 кГ/мм2 до 1750 кГ/мм2.
Ионная имплантация аргона в сверхтвердые сплавы на основе карбида вольфрама более эффективна, чем имплантация азота с образованием нитридов, коэффициент трения в случае применения аргона уменьшается на 30% при слабом изменении твердости в обоих случаях.
На основе применения импульсных электронных пучков в комбинации с осаждением алмазоподобных углеродных покрытий, разработаны технологические процессы повышения эксплуатационных свойств пресс-форм и фасонных штампов из сверхтвердых сплавов за счет снижения шероховатости
Разработан и апробирован технологический процесс повышения эксплуатационных свойств экструзионных матриц из сверхтвердых сплавов с применением импульсного электронного пучка в комбинации с осаждением меди и дополнительной полировкой поверхности сверхтвердого сплава в вакуумном разряде за счет формирования взрывоэмиссионной плазмы при отрицательном потенциале обрабатываемой детали.
Впервые использована обработка импульсным электронным пучком, и определены режимы облучения, улучшающие их коррозионные свойства, биосовместимость, шероховатость поверхности изделий металлических материалов, применяемых в медицине: стентов, никелид-титановых нитей, протезов бедра и коленного сустава, зубных протезов из драгоценных металлов, фиксаторов сломанных костей из титановых сплавов.
Разработан и апробирован в промышленности метод повышения свойств бритвенных лезвий, а также заточки до радиуса закругления лезвия менее 300 Å за счет плазменного азотирования.
Доказано, что частицы нанолуковиц и наноалмазов диаметром более 90 нм могут быть синтезированы из графита с помощью импульсного электронного пучка с энергией 30 кэВ и плотностью тока более 17 кА/см2 при использовании плазмы меди в качестве катализатора. Синтезированные нанолуковицы стабильны в окружающей среде не менее двух лет.
Определено, что механизм формирования нанолуковиц основан на разрушении связей углерода, смещении атомов углерода и нагреве электронным пучком. Температура нагрева мишени при воздействии импульсного электронного пучка должна соответствовать температуре испарения графита.
Научная новизна работы и основные положения, выносимые на защиту:
Установлено, что содержание фазы со связью sp3 в алмазоподобных пленках, полученных импульсным дуговым распылением твердого графита, составляет 70%; алмазоподобные пленки, осажденные при низкой температуре подложки (температура 70 °C), имеют значительно более высокие значения твердости, чем твердость пленок, полученных химическим осаждением из паровой фазы при более высоких температурах подложки (300°C).
Покрытия CNX, получаемые плазмохимическим способом при дуговом испарении графита с концентрацией азота в соединении 0 ≤ X ≤ 0,5, содержат смесь двух типов аморфных частиц: алмазоподобных и частиц CN0.5 со связями sp2.
При ионной имплантации азота в сталь SKD11 твердость возрастает в большей степени, чем при имплантации аргона с уменьшением коэффициента трения соответственно в 3 раза и в 2 раза.
На подложке SKD11 с предварительно нанесенной пленкой нитрида бора при ионной имплантации формируется фаза кубического нитрида бора с размером частиц около 30 нм, соотношение фаз кубического и гексагонального нитрида бора при этом - 83:17.
При обработке сплава SKD11 плазмой формируемой в азоте глубина диффузии азота достигает 100 мкм с образованием соединения Fe4N, что приводит к увеличению твердости с 870 кГ/мм2 до 1750 кГ/мм2.
Ионная имплантация аргона в сверхтвердые сплавы на основе карбида вольфрама более эффективна, чем имплантация азота с образованием нитридов, коэффициент трения в случае применения аргона уменьшается на 30% при слабом изменении твердости в обоих случаях.
На основе применения импульсных электронных пучков в комбинации с осаждением алмазоподобных углеродных покрытий, разработаны технологические процессы повышения эксплуатационных свойств пресс-форм и фасонных штампов из сверхтвердых сплавов за счет снижения шероховатости
Разработан и апробирован технологический процесс повышения эксплуатационных свойств экструзионных матриц из сверхтвердых сплавов с применением импульсного электронного пучка в комбинации с осаждением меди и дополнительной полировкой поверхности сверхтвердого сплава в вакуумном разряде за счет формирования взрывоэмиссионной плазмы при отрицательном потенциале обрабатываемой детали.
Впервые использована обработка импульсным электронным пучком, и определены режимы облучения, улучшающие их коррозионные свойства, биосовместимость, шероховатость поверхности изделий металлических материалов, применяемых в медицине: стентов, никелид-титановых нитей, протезов бедра и коленного сустава, зубных протезов из драгоценных металлов, фиксаторов сломанных костей из титановых сплавов.
Разработан и апробирован в промышленности метод повышения свойств бритвенных лезвий, а также заточки до радиуса закругления лезвия менее 300 Å за счет плазменного азотирования.
Доказано, что частицы нанолуковиц и наноалмазов диаметром более 90 нм могут быть синтезированы из графита с помощью импульсного электронного пучка с энергией 30 кэВ и плотностью тока более 17 кА/см2 при использовании плазмы меди в качестве катализатора. Синтезированные нанолуковицы стабильны в окружающей среде не менее двух лет.
Определено, что механизм формирования нанолуковиц основан на разрушении связей углерода, смещении атомов углерода и нагреве электронным пучком. Температура нагрева мишени при воздействии импульсного электронного пучка должна соответствовать температуре испарения графита.