Дисертації (ФМТО)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Нові надходження
Документ Відкритий доступ Вплив дефектів наплавлення на втомну міцність титанового сплаву ВТ22 з відновленою поверхнею(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Горпенко, Артем Олександрович; Доній, Олександр МиколайовичГорпенко А.О. Вплив дефектів наплавлення на втомну міцність титанового сплаву ВТ22 з відновленою поверхнею – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 – Матеріалознавство. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ – 2025. Дисертаційна робота присвячена експериментальному та теоретичному дослідженню впливу фізико-технологічних параметрів відновлювального наплавлення із застосуванням присадних дротів ВТ22св і СП15св на параметри мікроструктури, фазовий склад та механічні властивості титанового сплаву ВТ22. У роботі досліджено зразки сплаву ВТ22, що пройшли повний цикл технологічної обробки, включаючи відновлювальне наплавлення із застосуванням зовнішнього магнітного поля для зменшення дефектності і покращення структури, захист зони розплаву аргоном для запобігання окисленню, локальну термічну обробку для забезпечення однорідності мікроструктури, а також втомні випробування для оцінки стійкості до циклічних навантажень. Проведений аналіз дозволив визначити взаємозв’язок між параметрами наплавлення, термічною обробкою та мікроструктурними і механічними характеристиками зон наплавлення титанового сплаву ВТ22. Дисертаційна робота складається з п’яти розділів, у яких викладено та обґрунтовано основні результати проведеного дослідження. У вступі дисертації подано загальну характеристику дослідження, зокрема, обґрунтовано актуальність теми і визначено зв’язок роботи з науковими програмами. Описано мету та завдання дослідження, а також визначено об’єкт і предмет роботи. Розкрито наукову новизну отриманих результатів, їх практичне значення, а також особистий внесок здобувача. Наведено інформацію щодо апробації результатів дослідження, опублікованих праць, а також структури та загального обсягу дисертаційної роботи. У першому розділі проведено критичний аналіз основних властивостей титану та його сплавів, зокрема їхньої мікроструктури та фазового складу, технологій легування і термічної обробки, а також впливу цих чинників на механічні властивості. Детально розглянуто сплав ВТ22, його особливості, а також методи відновлювального наплавлення. Проаналізовано вплив типу присадних дротів, таких як СП15св і ВТ22св, на мікроструктуру, залишкові напруження та механічні властивості титанових сплавів. Описано типи дефектів, які утворюються під час зварювання і наплавлення, та їхній вплив на втомну міцність і поведінку титанових сплавів за циклічних навантажень. Висвітлено класифікацію титанових сплавів за структурою та фазовим складом, а також особливості термічної обробки цих матеріалів. Розглянуто перспективи застосування наплавлення для відновлення деталей із титанових сплавів, зокрема, – сплаву ВТ22, та методи зменшення розмірів дефектів у зоні наплавлення для підвищення довговічності деталей. На основі проведеного огляду сформульовано мету та завдання дослідження, спрямовані на вивчення ефективності технології відновлювального наплавлення, впливу локальної термічної обробки на структуру, фазовий склад, а також механічні та втомні властивості сплаву ВТ22. У другому розділі описано матеріали та методи дослідження, використані для виконання роботи. Основний матеріал досліджень – сплав ВТ22, який підлягав стандартній термічній обробці за режимом: 1 етап - нагрівання до 850°С, витримка 1 год, охолодження з піччю до 750°C, витримка 2 год, охолодження на повітрі; 2 етап - нагрівання до 620°С, витримка 4 год, охолодження на повітрі, а також присадні дроти СП15св і ВТ22св. Для кожного матеріалу наведено дані щодо його хімічного складу, вмісту газів і механічних властивостей. Проведено відновлювальне наплавлення двох серій зразків типу «лопатка» із використанням присадних дротів у середовищі аргону із прикладанням зовнішнього магнітного поля. Режими наплавлення оптимізовано для мінімізації глибини проплавлення та зони термічного впливу. Після відновлювального наплавлення та локальної термічної обробки, яка полягала у швидкому нагріванні зони наплавлення до температури 900 °C, після чого проводилося охолодження на повітрі, додатково здійснювали старіння за температури 600 °C із витримкою протягом 15 хвилин, після чого також проводили охолодження на повітрі. Такий режим локальної термічної обробки сприяв зниженню залишкових напружень, стабілізації мікроструктури та формуванню двофазного стану (α+β). Після виконання наплавлення із застосуванням двох видів присадних дротів (СП15св, ВТ22св) та проведення локальної термічної обробки було виготовлено дві серії зразків типу «лопатка». У центральній зоні кожного зразка виконано отвір діаметром Ø6 мм із забезпеченням шорсткості поверхні на рівні Ra = 0,8 мкм. Втомні випробування зразків проводили на гідравлічній машині УИМ-25 до повного руйнування за умов циклічних навантажень із нульовим циклом (R = 0). Частота навантаження становила 3 Гц, а максимальні прикладені навантаження складали: Pmax розтяг ≈ 90 кН та Pmax стиск ≈ 60 кН. Під час аналізу результатів випробувань зразків двох серій було виявлено значну розбіжність у напрацюваннях до руйнування, незважаючи на однакові параметри наплавлення та локальної термічної обробки. Для з'ясування причин такої розбіжності було проведено детальні дослідження. Особливу увагу приділено аналізу мікроструктури зон наплавлення, зон термічного впливу, а також характеру і просторового розподілу дефектів, які могли впливати на розвиток тріщин і, відповідно, на кінцеву втомну міцність зразків. Для аналізу отриманих результатів зразки було розподіллено на дві групи відповідно до їх напрацювання до руйнування. До першої групи включено зразки з напрацюваннями менше 10 000 циклів, тоді як друга група охоплювала зразки з напрацюваннями понад 15 000 циклів. Після завершення випробувань зразки досліджували із використанням комплексу сучасних методів матеріалознавства. Макро- та мікрофрактографічний аналіз проведено з використанням оптичної (Stemi 580, SteREO DiscoveryV20) та растрової електронної мікроскопії (TESCAN Vega-3LM) мікроскопії для визначення механізмів руйнування матеріалу. Мікроструктуру досліджували на мікрошліфах у поперечному та поздовжньому напрямках по відношенню до напрямку наплавлення, що дозволило оцінити розподіл фазових компонентів і структурних особливостей у зоні наплавлення, зоні термічного впливу та основному металі. Хімічний склад аналізували методом рентгеноспектрального мікроаналізу (Oxford X-Max-50) у зоні наплавлення, в зоні термічного впливу та основному металі для оцінки розподілу легуючих елементів. Мікротвердість матеріалу визначали методом індентування за Віккерсом (QNESS 60A+ EVO) для виявлення локальних змін механічних властивостей у різних зонах. Шорсткість поверхні отворів оцінювали за допомогою приладу Surftest SJ400. Вимірювання проводили на глибину 1 мм від центру отвору, що дозволило визначити якість обробки поверхні У третьому розділі представлено результати дослідження впливу технологічних параметрів відновлювального наплавлення та локальної термічної обробки (ЛТО) на мікроструктуру, механічні властивості та втомну довговічність титанового сплаву ВТ22. Особливу увагу приділено аналізу зони наплавлення та зони термічного впливу (ЗТВ), а також їхньої ролі у формуванні дефектів та ініціації втомних тріщин. Встановлено, що поєднання наплавлення присадним дротом СП15св у середовищі аргону та подальша локальна термічна обробка сприяють формуванню рівномірної мікроструктури наплавленого шару, стабільної ЗТВ та мінімізації кількості дефектів. У зразках, які продемонстрували найкращі втомні характеристики, спостерігався рівномірний розподіл фаз, плавний перехід між зонами, стабільні значення мікротвердості в ЗТВ (408–418 HV) та відсутність значних поверхневих дефектів, що могли б спричиняти локальні концентрації напружень. Виявлено, що у зразках, які мали локальні неоднорідності в ЗТВ у вигляді зон із відмінною травимістю, спостерігалася знижена мікротвердість (325–335 HV) та підвищений вміст β-фази, що сприяло локальним концентраціям напружень і прискореному зародженню втомних тріщин. Наявність дефектів, таких як пори діаметром до 0,1 мм, глибокі риски (до 25 мкм) і забоїни на поверхні, сприяла розвитку втомного руйнування, що призводило до зниження довговічності матеріалу. Встановлено, що у деяких зразках, незважаючи на наявність зони з відмінною травимістю, спостерігалися відносно високі значення мікротвердості (340 HV), що свідчить про часткове перетворення β-фази на рівноважний α+β стан. Відсутність значних поверхневих дефектів у цих зразках дозволила зменшити концентрацію напружень, що позитивно вплинуло на їхню втомну міцність порівняно із зразками з вираженими структурними неоднорідностями. Отримані результати підтверджують ключову роль контролю параметрів локальної термічної обробки у формуванні однорідного фазового складу, усуненні зон із відмінною травимістю та запобіганні утворенню поверхневих дефектів. Це підтверджує необхідність оптимізації технологічних параметрів наплавлення та термічної обробки для забезпечення стабільних експлуатаційних характеристик відновлених деталей. У четвертому розділі розглянуто вплив параметрів відновлювального наплавлення присадним дротом ВТ22св та локальної термічної обробки на структурну однорідність, мікротвердість та втомну міцність титанового сплаву ВТ22. Встановлено, що мікроструктурні неоднорідності в зоні термічного впливу та пори у приповерхневому шарі наплавлення є ключовими факторами, що визначають довговічність матеріалу. Дослідження пористості показало, що пори діаметром 80–120 мкм, локалізовані на глибині 100 мкм від поверхні отвору, є концентраторами напружень та сприяють ініціації втомних тріщин. Це зумовлено локальним підвищенням напружень на границях пор, що прискорює процес зародження та розвитку тріщин у зоні наплавлення. Аналіз фазових перетворень у наплавленому шарі підтвердив, що присутність витягнутих β-зерен та частковий розпад мартенситної α'-фази на α+β структуру впливають на стабільність мікротвердості та механічні характеристики матеріалу. Оптимальне поєднання фазового складу сприяє рівномірному розподілу напружень, що підвищує втомну міцність. Виявлено, що варіації мікротвердості в зоні термічного впливу (330–368 HV) та наплавленому шарі (371 HV) значно впливають на довговічність матеріалу. Випробувальні зразки зі стабільною структурою та рівномірним фазовим складом демонстрували підвищену довговічність. Результати досліджень підкреслюють необхідність точного контролю параметрів наплавлення та ЛТО для забезпечення мінімальної пористості, рівномірного фазового складу та стабільної мікротвердості. Отримані висновки можуть бути використані для вдосконалення технологічних процесів відновлення деталей, що працюють в умовах високих циклічних навантажень. У п’ятому розділі проведено комплексний аналіз впливу дефектів наплавлення та локальної термічної обробки на втомну міцність титанового сплаву ВТ22 після відновлювального наплавлення присадними дротами СП15св та ВТ22св. Особливу увагу приділено визначенню механізмів зародження та розвитку втомних тріщин у зонах наплавлення, термічного впливу та сплавлення, а також встановленню ключових факторів, що визначають довговічність матеріалу. Поверхневі дефекти у зоні термічного впливу та отворах наплавлених зразків із СП15СВ спричиняли локальні концентрації напружень, які ініціювали зародження тріщин. Встановлено, що ділянки з відмінною травимістю характеризувалися зниженою мікротвердістю (323–335 HV), що сприяло прискореному розвитку тріщин. Водночас у структурах із вищою стабільністю мікротвердість досягала 419–428 HV, що зумовлювало розвиток тріщин за втомним механізмом. Пори у наплавленому шарі зразків із ВТ22св (80–120 мкм, розташовані на глибині ~100 мкм від поверхні отвору) слугували концентраторами напружень та осередками зародження втомних тріщин. Інші вироби зі сплаву ВТ22 мали значні оксидні включення у зоні сплавлення, що виникли через недостатній газовий захист, додатково знижувала довговічність матеріалу. Доведено, що відсутність зон із відмінною травимістю або їх мінімізація суттєво підвищує втомну міцність відновленого матеріалу. Найвищі показники довговічності продемонстрував метал зі стабільною фазовою структурою та рівномірною мікротвердістю, що дозволило уникнути локальних концентрацій напружень та відтермінувати ініціацію тріщин. Максимальні напрацювання до руйнування мали вироби з наплавленням СП15св та становили 24 796 циклів, а для ВТ22св – 28 388 циклів. Розроблено метод виявлення зон із відмінною травимістю без застосування хімічного травлення – шляхом аналізу оптичної взаємодії поверхні під час шліфування. Виявлено, що такі зони можуть бути ідентифіковані за змінами відбивної здатності матеріалу під час механічного оброблення, що дозволяє своєчасно виявляти потенційно слабкі ділянки та здійснювати корекцію технологічних параметрів відновлення деталей.Документ Відкритий доступ Структурний стан та механічні властивості високоентропійних сплавів і боридів на основі 3d-перехідних металів з додаванням Al, Mo, W(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2025) Науменко, Максим Павлович; Карпець, Мирослав ВасильовичНауменко М.П. Структурний стан та механічні властивості високоентропійних сплавів і боридів на основі 3d-перехідних металів з додаванням Al, Mo, W – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 – Матеріалознавство. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ – 2025. Дисертаційна робота присвячена дослідженю структурного та фазового стану, механічних властивостей сплавів FeCoNiAlVMo, FeCoNiCrMoW, FeCoNiCrMnW, FeCoNiAlCrMnх(х=0,5;1), FeCoNiAlVMoB, FeCoNiCrMoWB, FeCoNiCrMnWB у вихідному стані та після окиснення, а також середньоентропійних диборидів на основі порошків HfB2, TiB2, ZrB2, NbB2,TaB2. Дисертаційна робота складається з чотирьох розділів, у яких викладено та обґрунтовано основні результати проведеного дослідження. У вступі дисертації представлено загальну характеристику дослідження: обґрунтовано його актуальність та визначено зв’язок із науковими напрямами. Сформульовано мету й основні завдання, окреслено об’єкт і предмет дослідження. Описано наукову новизну отриманих результатів, їхню практичну значущість, а також особистий внесок автора. Подано відомості про апробацію результатів, опубліковані наукові праці, а також структуру та загальний обсяг дисертації. У першому розділі проведено аналіз літературних джерел, присвячених основним характеристикам і властивостям багатокомпонентних систем із складом наближеним до еквімолярного, відомих як високоентропійні сплави (ВЕС). Описано основні методи їхнього синтезу та емпіричні параметри, що використовуються для прогнозування й утворення таких сплавів. ВЕСи являють собою системи, що містять 5 і більше компонентів із вмістом кожного близьким до еквімолярного. Проте, перші дослідження таких систем виявили їх відносно просту кристалічну структуру – переважно ОЦК або ГЦК. Це відрізняє їх від традиційних сплавів, де основу становить один чи два компоненти, а інші додаються як легуючі елементи у невеликих кількостях. Така унікальна композиція ВЕСів забезпечує специфічні властивості цих матеріалів. Формування особливого складу можливе лише за певних умов і комбінацій компонентів. Розглянуто структурні особливості ВЕС і проведено їх порівняння з кристалічними та аморфними металічними сплавами. Дослідження показують, що досягнення "ідеального" твердого розчину є майже неможливим, оскільки отримані структури часто демонструють неоднорідності, іноді навіть на макрорівні. Водночас у ближньому впорядкуванні формуються специфічні конфігурації, які не відповідають ідеальному твердому розчину, хоча це питання залишається недостатньо вивченим. У розділі також розглянуто основні критерії, що визначають формування структури ВЕСів – твердофазного розчину. На основі одержаних даних сформульовано мету та завдання даного дослідження. У другому розділі наведено інформацію про вихідні матеріали, методику отримання сплавів та методи дослідження, застосовані у дисертаційній роботі. Усі сплави, розглянуті в дослідженні, були виготовлені методом аргоннодугової плавки в печі МІФІ-9-3 у середовищі аргону. Вихідними матеріалами слугували метали високої чистоти (≈99,9%). Процес охолодження розплаву після плавлення відбувався зі швидкістю приблизно 80–300 К/с. Контроль хімічного складу здійснювали шляхом аналізу втрати маси під час плавки та рентгенофлуоресцентного аналізу за допомогою приладу «EXPERT 3L». Рентгеноструктурні дослідження проводили з використанням рентгенівських дифрактометрів ДРОН УМ-1 та Ultima IV у монохроматичному Cu-Kα випромінюванні (λ = 0,15418 нм) із фокусуванням за методом Брегга-Брентано. В якості монохроматора застосовували графітовий монокристал, встановлений на дифрагованому пучку. Обробку отриманих даних виконували за допомогою програми PowderCell 2.4 для повнопрофільного аналізу рентгенівських спектрів, враховуючи текстурні особливості фаз сплавів відповідно до моделі March-Dollase. Фізико-механічні характеристики матеріалу визначали методом мікроіндентування за допомогою установки «Мікрон-гамма» при навантаженні до 2,0 Н алмазною пірамідкою Берковича (кут заточки – 65º). Процес навантаження та розвантаження тривав 30 секунд у автоматичному режимі з фіксацією діаграми навантаження, витримки та розвантаження в координатах F-h. Вимірювання індентованої мікротвердості (HIT), приведеного модуля Юнга (Er), коефіцієнтів пружності (εes) і повзучості (σes) виконували по стандарту ISO 14577-1:2002(Е). Мікроструктурні дослідження здійснювали методами растрової електронної мікроскопії із використанням Superprobe-733, РЕМ-106І та TESCAN VEGA 3. У третьому розділі представлено результати дослідження сплавів високоентропійних матеріалів після аргонно-дугового переплаву. Проведений аналіз валентної електронної концентрації (VEC) для різних складів ВЕС, який дозволяє передбачити їхню кристалічну структуру. Загалом, для VEC > 7,5 ел/ат характерним є формування гранецентрованої кубічної (ГЦК) структури, що забезпечує високу пластичність та стабільність твердої фази. Класичним прикладом є еквіатомний сплав Кантора FeCoNiMnCr (VEC = 8 ел/ат), в якому формується однофазний твердий розчин з ГЦК-структурою. У сплавах зі значеннями VEC у діапазоні 6,8–7,5 ел/ат можлива поява суміші фаз (ГЦК + ОЦК), що спостерігається, наприклад, у FeCoNiCrMoWB (VEC = 6,9). За VEC < 6,8 переважає об’ємноцентрована кубічна (ОЦК) фаза, що характерно для сплаву FeCoNiAlMnCrB (VEC = 6,7 ел/ат). Легування сплаву Кантора алюмінієм зменшує VEC до 7,2 ел/ат і у сплаві FeCoNiAlMnCr фіксується однофазний твердий розчин з ОЦК структурою, упорядкованою за типом B2. Легування W однофазного ГЦК сплаву Кантора FeCoNiCrMn, приводить до зміни фазового складу із формуванням суміші твердих розчинів на основі ГЦК та ОЦК граток, а також виділення інтерметаліду типу μ-фази (Fe7W6). Додавання бору сприяє відхиленню від правила визначення складу за VEC і відбувається утворення трьох боридних фаз – FeW2B2 та WB з тетрагональною і орторомбічною структурами та (Cr,Fe)23B6 з кубічною граткою і структурою типу Cr23С6. При додатковому введенні у сплав бору відбувається значне подрібнення дендритів, що свідчить про його модифікуючу дію. При охолодженні сплаву FeCoNiCrMnWB первинно кристалізується більш високотемпературна фаза з високим вмістом вольфраму – в даному випадку це борид WB (світлі дендрити), у вигляді облямівки формується FeW2B2 і останнім у міждендритному просторі кристалізується борид (Cr,Fe)23B6. При заміні марганцю на молібден, у сплаві FeCoNiCrMoW спостерігається значне збільшення долі ОЦК з 16 до 45 % ваг, а μ-фази з 23 до 40 % ваг. При подальшому введенні до сплаву бору, у порівнянні із FeCoNiCrMn, спостерігається збільшення кількості боридних фаз з трьох до п'яти, які мають різний тип кристалічної структури – (MoW)B, MeB2, Fe2B, Ni3B та Ni21Mo2B6. З метою порівняння впливу ентропійного фактора на одержання боридів іншими методами, проведено дослідження структури та фазового складу високоентропійних боридів, отриманих за температури 2000 оС методом гарячого пресування (ГП) вихідних порошків диборидів. Однофазні дибориди (TiB2, ZrB2, HfB2, NbB2, TaB2) використовували для отримання різних твердих розчинів. Консолідацію середньоентропійних твердих розчинів (Ti, Zr, Hf)B2, (Zr, Hf, Nb)B2, (Zr, Hf, Ta)B2 , (Zr, Hf, Nb, Ta)B2 проводили гарячим пресуванням (ГП) в атмосфері CO/CO2. Відповідно до даних дифрактометрії, отримані матеріали (Zr,Hf,Ta)B2 та (Zr,Hf,Nb)B2 є багатофазними. Додаткова фаза має близький період ґратки до чистого HfB2 (a= 0.3141 нм ; c=0.3470 нм). Виміряний період ґратки твердого розчину у даних системах мав відмінне значення від теоретичного значення. В даному випадку основними параметрами, які впливають на формування твердого розчину є енергія формування та швидкість кристалізації різних фаз. Для ZrB2 та HfB2 енергія формування має подібне значення ~ 320 кДж/моль, а енергія формування для NbB2 чи ТаB2 складає 260 кДж/моль, і 210 кДж/моль, відповідно. Така суттєва різниця в енергіях формування зумовлює різну швидкість утворення твердого розчину під час гарячого пресування та кристалізації і перешкоджає реалізації однофазного твердого розчину. В той же час, у сплаві (Zr, Hf, Nb, Ta)B2, де кількість металевих компонентів збільшено до 4, зареєстровано практично однофазний твердий розчин зі структурою типу MeB2. Таким чином, збільшення конфігураційної ентропії сплаву сприяє формуванню однофазного твердого розчину на основі диборидів металів. У четвертому розділі наведено результати дослідження фазового та структурного стану високоентропійних матеріалів після окиснення. Під час тривалого високотемпературного окиснення при 900°С протягом 50 годин на поверхні сплавів AlCrMn0,5FeCoNi та AlCrMnFeCoNi формуються суцільні багатофазні оксидні плівки, які містять оксиди Mn3O4, FeMnO3, шпінель NiMn2O4 та Al2O3. При цьому в матриці сплавів відбувається cпінодальний розпад впорядкованої ОЦК (B2) структури на суміш двох твердих розчинів, що мають ОЦК і ГЦК кристалічні структури та μ-фазу з тетрагональною граткою. У сплаві AlCrMnFeCoNi домінуючою фазою є ОЦК (51 % ваг), а у сплаві AlCrMn0,5FeCoNi – ГЦК твердий розчин (44 % ваг.). Вміст μ-фази залежить від концентрації марганцю і становить 29 % ваг в еквіатомному сплаві та 18 % ваг у сплаві AlCrMn0,5FeCoNi. Під час окиснення сплаву Кантора FeCoNiMnCr при 1000°С протягом 1 години на його поверхні спостерігається формування тонкої плівки із двох оксидів за участю марганцю Mn3O4 та MnFeO3. При введенні до сплаву Кантора вольфраму (FeCoNiMnCrW), на його поверхні після окиснення в аналогічних умовах, спостерігається нерівномірне формування оксидного шару, оскільки до складу сплаву входять елементи з більш високою стійкістю, такі як Ni, Со та Cr, а також елементи з низькою стійкістю – такі як, Mn та W. Окиснення вольфраму відбувається з утворенням оксиду WO3, який при високих температурах (понад 1000°С) має здатність до випаровування. Під час окиснення на поверхні сплаву FeCoNiMnCrWB формується пориста окалина, в структурі якої спостерігаються утворення кількох типів оксидів – світлих дрібно зернистих голкоподібних та дещо оплавлених зерен різного розміру. Оплавлені зерна кристалів оксиду свідчить про часткове спікання окалини. Утворення високоентропійного оксиду із структурою Mn(MеО4) свідчить про те, що до його складу входить більшість компонентів сплаву, при цьому відбувається значне збільшення всіх трьох параметрів гратки у порівнянні із оксидом Mn(WO4), формування якого встановлено в окалині сплаву без бору FeCoNiMnCrW. Це може бути пов'язано як зі збільшенням в ньому кількості вольфраму, так і можливого втілення атомів бору в гратку де вони займають міжвузельні позиції. Під час окиснення сплаву FeCoNiCrMoW при 1000°С протягом 1 години відбувається формування суцільної, рихлої багатофазної окалини, яка частково осипається з поверхні зразка і в якій місцями спостерігається утворення тріщин та пор. Х-променевим аналізом встановлено, що окалина містить 4 типи оксидів – ізоструктурні CoWO4 та CoMoO4, які мають моноклінну кристалічну структуру, а також Cr2WO6 з тетрагональною і CrWO4 з ромбічною граткою. На поверхні сплаву FeCoNiCrMoWB під час окиснення при 1000°С протягом 3 годин формується товста пориста окалина (до 1400 мкм), яка частково осипається з поверхні зразка. Вона має складну багатофазну будову – в її структурі спостерігаються великі видовжені округлі кристали (за формою близькі до цилідричної), з яких відбувається ріст дрібних голчастих оксидів. Між великими кристалами місцями помітно оплавлені ділянки окалини, що може бути пов’язано з утворенням оксиду МоО3, який має низьку температуру плавлення (795°С). Проте на дифракційній картині окалини сплаву FeCoNiCrMoWB чітко спостерігаються дифракційні піки, які відповідають оксиду NiMoO₄ та оксиборату типу (Co₁.₅Me₀.₅)(BO₃)O, а присутності МоО3 не виявлено. Утворення молібдату NiMoO₄ позитивно впливає на зниження швидкості окиснення, оскільки він володіє захисними властивостями. При окисненні сплавів FeCoNiAlVMo та FeCoNiAlVMoB спостерігається різниця у формуванні фазового складу, що пояснюється як різницею у тривалості процесу, так і у фазовому складі сплавів. Так, на поверхні сплаву FeCoNiAlVMo формується окалина на основі молібдату NiMoO4 та оксиду V3O5, а на сплаві FeCoNiAlVMoB окрім NiMoO4 та V3O5 спостерігається присутність низькоплавкого оксиду V2O5, який приводить до його окиснення.Документ Відкритий доступ Прискорене масоперенесення за рахунок рухомих дислокацій при імпульсному навантаженні(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Солдатенко, Оксана Михайлівна; Філатов, Олександр ВалентиновичСолдатенко О.М. Прискорене масоперенесення за рахунок рухомих дислокацій при імпульсному навантаженні. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 – Матеріалознавство. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена вивченню атомних механізмів дефектоутворення в металевих наночастинках з гранецентрованою кубічною ґраткою, атомному механізму прискореного масоперенесення при імпульсному навантаженні в металах з об’ємоцентрованою кубічною ґраткою та механізмам атомної міграції на границі розділу двох матеріалів з різною кубічною ґраткою. Дисертація складається з п’яти розділів, присвячених аналізу літературних джерел щодо властивостей однокомпонентних металевих наночастинох, способів їх дослідження, а також їхнього практичного застосування, впливу температури та деформації на процеси масопереносу в металах і методів покращення властивостей матеріалів шляхом деформаційної та хімічної модифікації поверхні (Розділ 1), опису методів і параметрів досліджень (Розділ 2), механізмам дефектоутворення і масоперенесення в металах з кубічною ґраткою під впливом імпульсного навантаження (Розділ 3), міграції атомів та структурним змінам на границі розділу металів з різною кубічною ґраткою (Розділ 4) і деформаційно-дифузійним процесам в алюмінієвому сплаві Д16 при механічному легуванні його поверхні методом ультразвукової ударної обробки (Розділ 5). В останньому розділі на макроскопічному рівні показуються наслідки деформаційно-дифузійних процесів, що протікають в металах на атомному рівні на прикладі результатів ультразвукової ударної обробки бойком із Армко-заліза широко застосовуваного в аерокосмічні галузі алюмінієвого сплаву Д16 (2024). Дослідження механізмів дефектоутворення в ГЦК кристалах проводилось на основі молекулярно-динамічного моделювання наночастинок срібла різної будови, які на сьогодні знаходять застосування в сенсорних панелях, електродах для сонячних панелей, та ін. і можуть бути використані при створенні мікро- та наноелектромеханічних систем. За основу було взято наночастинки по типу нанострижня і нанотрубки, для яких досліджувались їхня температурна стабільність, механічні та теплові властивості. Проведено дослідження стабільності срібних нанотрубок різної будови: з графеноподібною будовою атомів у площині стінки нанотрубки (структурно нестабільна за кімнатної температури), нанотрубка отримана шляхом скручування тонкої плівки з ГЦК структурою (обмежено стабільна, оскільки сильно деформується в процесі релаксації, що призводить до неконтрольованої зміни діаметру нанотрубки та спотворень її геометричної форми)і нанотрубка, отримана шляхом видалення внутрішнього об’єму атомів із суцільного циліндра з ГЦК будовою. Останній варіант побудови срібної нанотрубки проявляє структурну стабільність за умови, що вісь нанотрубки співпадає з напрямком [110] ГЦК ґратки, її зовнішній діаметр становить 4,1 нм, а внутрішній – 2,3 нм. Така наночастинка структурно стабільна до температури 450 К та обмежено стабільна до температури 550 К, при якій вільні кінці нанотрубки закриваються, зберігаючи порожнину всередині наноструктури. Срібні нанострижні діаметром > 3,6 нм структурно стабільні до 950 К, а нанострижні діаметром 1,2 – 3,6 нм – до 450 К. також за умови, що вісь наночастинки співпадає з напрямком [110] ГЦК ґратки. Дослідження впливу деформації на структуру срібних наночастинок показало, що деформаційні процеси в срібних нанотрубках і нанострижнях з ГЦК будовою супроводжуються появою і рухом часткових дислокацій Шоклі. Розраховані на основі моделювання модулі Юнга для нанотрубки і нанострижня становлять 111 ГПа та 101 ГПа відповідно, що на 25-30 % перевищує модуль Юнга для макроскопічного срібла, а межа втрати стійкості для обох наночастинок становить 4,9 ГПа. Припускається, що такі високі показники механічних властивотей срібних наночастинок, у порівнянні з макроскопічним сріблом можуть бути наслідком виникнення на поверхні наночастинок стискаючих напружень, які протидіють деформації розтягу. До того ж, на відміну від макроскопічних зразків, де процеси деформації супроводжуються рухом уже наявних дислокацій, для утворення дисокацій в наночастинках потрібні значно більші напруження. Дослідження теплових властивостей структурно стабільної срібної нанотрубки та срібних нанострижнів різного діаметру (1,2 – 30 нм) показали, що коефіцієнт лінійного теплового розширення наночастинок малого діаметру (до 10,8 нм) зменшується зі зростанням температури, що пояснюється як вплив поверхні, яка відіграє ключову роль у властивостях нанорозмірних об’єктів. Встановлено можливість існування срібного нанострижня, який проявляє незмінний коефіцієнт лінійного теплового розширення в інтервалі температур 150 – 450 К. За результатами дослідження запропоновано спосіб отримання прецизійного матеріалу на основі срібних нанострижнів, діаметром 10-12 нм з орієнтацією осі, яка співпадає з напрямком [110] ГЦК ґратки. Для з’ясування атомних механізмів аномального масоперенесення було змодельовано кристал чистого ОЦК заліза з наявними в ньому крайовими дислокаціями та власним міжвузловим атомом, який піддавали деформації зі швидкостями 108 – 109 с-1 . Встановлено, що механізм аномального масоперенесення полягає у взаємодії рухомих крайових дислокації з міжвузловими атомами, а саме в тому що поля напружень рухомих крайових дислокацій взаємодіють з полями напружень навколо міжвузлових атомів, що приводить до руху міжвузлового атома в бік ядра дислокації, і в подальшому така дислокація продовжує свій рух з наявним міжвузловим атомом у її ядрі. Це є основним механізмом протікання дифузійних процесів у металах при низьких температурах, наприклад, при температурі рідкого азоту – 77 К. Для дослідження атомно-транспортних процесів в умовах імпульсного навантаження на межі роділу матеріалів з різним типом кубічної ґратки було змодельовано зразок, який складався з шару ГЦК алюмінію та ОЦК заліза, які прилягали один до одного і утворювали границю розділу. Результати дослідження показали, що на межі розділу двох матеріалів з різним типом кубічної ґратки процеси масоперенесення при імпульсному впливі протікають за рахунок утворення поблизу межі розділу дислокацій та міжвузлових атомів. При русі дислокацій МА наближаються до ядра рухомих дислокацій і далі МА дифундують по дислокаційним лініям. Таким чином, якщо лінія дислокації перпендикулярна до границі розділу, то МА з одного матеріалу по ядру дислокації рухатимуться в бік границі розділу, де потраплятимуть в область впливу ядра дислокації іншого матеріалу і продовжуватимуть свій рух по дислокаційній лінії в об’єм іншого матеріалу. За рахунок цього поблизу границі розділу утворюється перехідна зона з плавною зміною концентрації елементів. Розрахунок коефіцієнтів взаємної дифузії Al та Fe поблизу границі розділу показав високі коефіцієнти на початку деформаційного впливу та їх падіння з тривалістю деформації. Це пов’язано з активізацією механізмів дефектоутворення та аномального масоперенесення на початку прикладення напружень, як описано в розділі 1, а в подальшому зі скупченням в процесі деформації надмірної кількості дислокацій поблизу границі розділу, внаслідок чого ускладнюється їх рух, і атомно-транспортні процеси протікають не так інтенсивно. Взаємна кристалографічна орієнтація двох матеріалів з різною кубічною ґраткою також впливає на дифузійні та деформаційні процеси на границі розділу. Якщо площини найлегшого ковзання дислокацій перпендикулярні до границі, то подрібнення структури матеріалів при малій тривалості деформаційного впливу в моделюванні не спостерігається, на відміну від такої взаємної орієнтації кристалів, при якій площини найлегшого ковзання паралельні границі розділу. Дифузійні процеси на границі розділу найбільш інтенсивно протікають, якщо лінії наявних або утворених в матеріалі дислокацій перпендикулярні границі розділу. На основі отриманих результатів рекомендується підбирати такі режими деформаційного впливу на матеріал, при яких в матеріалі забезпечуватиметься протікання дифузійних процесів без підвищення температури, але при цьому не виникатиме подрібнення структури. Отримані в молекулярно динамічних дослідженнях результати щодо взаємної міграції атомів на границі розділу матеріалів з різним типом кубічної ґратки та утворення перехідної зони з плавною зміною концентрації елементів порівнювались з результатами енергодисперсійної рентгенівської спектроскопії поперечного перерізу зразків сплаву Д16 після ультразвукової залізним бойком. Результати дослідження показали, щов процесі легування алюмінієвого сплаву бойком із Армко-заліза на поверхні утворюється легований шар, а в області зразка, що прилягає до легованого шару, формується дифузійна зона, яка становить 3.1 мкм при 90 с обробки та 4.6 мкм при 180 с обробки. Розраховані при цьому коефіцієнти взаємної дифузії Al та Fe зменшуються зі збільшенням тривалості обробки, що може свідчити про зростання кількості дислокацій поблизу границі розділу легованого шару і основи сплаву Д16, внаслідок чого їх рухливість погіршується і атомно-транспортні процеси на границі розділу сповільнюються.Документ Відкритий доступ Механічні та корозійні властивості композиційних покриттів, синтезованих ультразвуковою ударною обробкою сплавів на основі Ti, Cu, Al(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Могилко, Владислав Віталійович; Волошко, Світлана МихайлівнаМогилко В.В. Механічні та корозійні властивості композиційних покриттів, синтезованих ультразвуковою ударною обробкою сплавів на основі Ti, Cu, Al. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 – Матеріалознавство (13 – Механічна інженерія). – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Київ, 2023. Дисертація присвячується вирішенню актуальної науково-технічної задачі – покращенню механічних та корозійних властивостей поверхні сплавів на основі кольорових металів (Ti, Cu і Al) шляхом ультразвукового ударного синтезу високоміцних композиційних покриттів. Дисертаційна робота складається із 5 розділів, які стосуються: літературних даних щодо впливу методів інтенсивної деформації та модифікації поверхні на структурно-фазові перетворення і зміну властивостей кольорових сплавів (Розділ 1); опису об’єктів і методів дослідження (Розділ 2); впливу ультразвукової ударної обробки (УЗУО) з дрібнодисперсними порошками a-Si3N4, b-Si3N4, SiC та Al2O3 та термічної обробки (ТО) на структуру, фазовий склад і властивості поверхні титанового сплаву ВТ6 (Розділ 3) та латуні ЛС 59-1 (Розділ 4); змін структурнофазового стану та властивостей поверхні алюмінійового сплаву АМГ6 після електроіскрового легування (ЕІЛ) титаном з подальшою УЗУО (Розділ 5). УЗУО з порошками проведено на повітрі за квазі-гідростатичною схемою ударного навантаження задля суттєвого підвищення механічної енергії та формування деформаційних композитів шляхом механічного легування подрібненими армувальними частинками поверхневих шарів сплавів; в цьому випадку додатково застосовано високотемпературний відпал на повітрі для інтенсифікації окисних процесів та ущільнення синтезованих покриттів. Використано також підхід, який передбачає ЕІЛ титаном на повітрі задля синтезу оксидних та інтерметалідних сполук з подальшою УЗУО за контактно-зсувною схемою ударного навантаження, з метою низькотемпературного механічного наноструктурування сформованого покриття. При цьому дотримувались наступні режими обробки: - для УЗУО: частота ультразвукового генератора – 21 кГц, потужність – 0,6 кВт, тривалість обробки – 30–300 с, швидкість обертання ударної головки – 10 об/с, амплітуда коливань торця концентратору напружень – 15 мкм–25 мкм, кількість ударників – 1 або 7; - для ЕІЛ: тривалість, енергія та частота проходження електричних імпульсів близько 200 мкс, 1 Дж та 50 3 Гц, відповідно; - для ТО: повітряне середовище, температура відпалу – 550 та 650 25°С, тривалість – 5 годин, а за умов циклічного відпалу – 50 годин. Застосовано комплекс експериментальних методів дослідження структури та фазового складу синтезованих покриттів (рентгенофазовий аналіз, електронна мікроскопія), хімічного розподілу компонентів (мікро-рентгеноспектральний аналіз), механічних та корозійних властивостей (випробування на зношування, склерометрія, мікро- і наноіндентування, гравіметрія, потенціостатичний метод). Використання високоміцних дисперсних порошків Si3N4, Al2O3 та SiС під час ультразвукової ударної обробки сплавів ВТ6 та ЛС59-1 дозволило синтезувати композиційні покриття із підвищеною до 4–5 разів мікро- та інструментальною твердістю і корозійною стійкістю, товщина яких визначається механічними властивостями вихідного сплаву та тріщиностійкістю порошку. Синтезовані таким чином покриття мають градієнтну структуру: ущільнений шар подрібненого порошку; композиційний шар (матричний сплав армований частинками порошку); область деформаційного зміцнення з модифікованим фазовим складом. Ультразвукова ударна обробка з порошком b-Si3N4 гальмує високотемпературне окиснення поверхні сплаву ВТ6: втрата маси після 50 годин циклічного відпалу на повітрі за температури 650 °С зменшується вдвічі, порівняно із вихідним станом, завдяки механічному легуванню подрібненими частинками порошку до глибини 16 мкм, прискореному масопереносу та частковому спіканню компонентів синтезованого покриття. Такий результат обумовлюється тим, що bSi3N4 та Ti мають однаковий тип кристалічної ґратки з близькими параметрами (для Ti – a = 0,2951 нм, для b-Si3N4 – с = 0,2909 нм). Дана модифікація нітриду кремнію характеризується також досить високою стійкістю до теплових ударів, що забезпечує низький рівень термічних напружень під час циклічного відпалу. Комбінована дія ультразвукової ударної обробки поверхні сплаву ВТ6 з порошком Al2O3 та відпалу за температури 650 °C дозволила сформувати захисне композиційне покриття із покращеними властивостями порівняно із вихідним станом: збільшеною у 4 рази інструментальною твердістю (до 12,8 ГПа); зменшеним в 2,5 рази коефіцієнтом тертя та зменшеними в 20 разів втратами на зношування; покращеним у 1,5 рази та в 6,5 разів опором окисненню за підвищених температур і в середовищі 3,5% NaCl, відповідно. Градієнтна структура синтезованого покриття представлена у даному випадку щільною плівкою Al2O3/TiO2 на поверхні, композиційним шаром, що зміцнений частинками Al2O3, та областю деформаційного зміцнення. Швидкість окиснення вихідного та модифікованого УЗУО зразків ВТ6 описується параболічним законом з енергією активації 256 кДж/моль та 264 кДж/моль, відповідно. Довжина дифузійного шляху атомів кисню зменшується на порядок величини порівняно із вихідним сплавом (42 мкм проти 400 мкм, відповідно). На початкових стадіях окиснення можна виділити низку факторів, які впливають на його швидкість, серед яких – наявність міжфазних границь, що утворюються внаслідок механічного легування приповерхневих шарів сплаву ВТ6 численною кількістю наддрібних частинок Al2O3, а також великої кількості новоутворених меж зерен внаслідок пластичної деформації матричних компонентів сплаву під час УЗУО. УЗУО-синтез покриття з порошком Al2O3 дозволив збільшити твердість поверхні двофазної латуні ЛС59-1 до 5,3 ГПа, при цьому ефект зміцнення досягає 4 разів, порівняно із вихідним станом. Використання порошку SiC покращило ефект зміцнення до 5 разів, значення мікротвердості складають 5,65 ГПа та 6,7 ГПа для фракцій 28 мкм–40 мкм та 160 мкм–200 мкм, відповідно. Для випадку застосування порошку SiC більшої фракції зростає опір до окисного руйнування з утворенням фази ZnO (за даними рентгенофазових досліджень відсотковий вміст останньої зменшується з 23% до 10%). Зростання мікротвердості поверхні латуні ЛС59-1 після УЗУО з порошком SiC обумовлене комбінованим впливом процесів армування високоміцними карбідними частинками, диспергування зеренної структури матричних складових (до 70 нм та 50 нм для a-та b-фаз, відповідно) та фазовим перетворенням b-a (із зменшенням втричі кількості b-фази); загальна товщина деформованого шару складає 500 мкм. Електроіскрове легування титаном сплаву АМг6 з подальшою ультразвуковою ударною обробкою забезпечило, порівняно із вихідним станом, зростання мікротвердості приповерхневих шарів до 3 разів та захисної ефективності від корозії (у сольовому розчині 3,5% NaCl) на 26% завдяки твердорозчинному (Ti-Al) та дисперсійному (інтерметалідні та оксидні фази Ti і Al) зміцненню, а також формуванню бімодальної структури з ультрадисперсними зернами. Інтенсивність зміцнення після ЕІЛ-УЗУО та УЗУО складає 33,2 МПа/мкм та 13,6 МПа/мкм, відповідно, тобто збільшується майже втричі. Причому саме деформаційний вплив УЗУО обумовлює утворення областей фрагментованої мікроструктури у поверхневих шарах сплаву АМг6, де кожен фрагмент характеризується високим значенням середньої густини дислокацій. Середня товщина модифікованого/синтезованого шару зі значним вмістом титану та кисню станoвить близько 11 мкм, а загальна глибина інтенсивного проникнення останнього досягає 32 мкм. Встановлені в роботі закономірності формування термічно- та механічноіндукованих градієнтних структурно-фазових станів у приповерхневих шарах промислових сплавів ВТ6, ЛС59-1, АМг6 під дією інтенсивної пластичної деформації відкривають перспективи створення інноваційних технологій інженерії металевої поверхні. Усі результати, що виносяться на захист є новими.Документ Відкритий доступ Вплив комплексної йонної та термічної обробки на структурно-фазові перетворення у функціональних плівкових композиціях із нанорозмірними шарами Ni, Cu, Cr, V(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2023) Круглов, Іван Олександрович; Волошко, Світлана МихайлівнаКруглов І.О. Вплив комплексної йонної та термічної обробки на структурно-фазові перетворення у функціональних плівкових композиціях із нанорозмірними шарами Ni, Cu, Cr, V. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 132 – Матеріалознавство (13 – Механічна інженерія). – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Київ, 2023. Дисертаційна робота присвячена вирішенню актуальної науковотехнічної задачі – підвищенню термічної стабільності, адгезійної міцності, зносо- та корозійної стійкості і, відповідно – ефективності, функціональних нанорозмірних плівкових елементів на основі Cu для мікро- та наноелектроніки, фотовольтаїки, мікроприладобудування завдяки застосуванню комплексних низькоенергетичних впливів. Дисертаційна робота складається з трьох розділів, які присвячені аналізу літературних джерел щодо впливу різноманітних факторів на формування структури, фазового складу та властивостей нанорозмірних плівкових матеріалів (Розділ 1), опису об’єктів та методів дослідження (Розділ 2) та закономірностям змін структури та фазового складу плівкових систем із нанорозмірними шарами Ni, Cu, Cr, V за умов комплексного впливу низькоенергетичного опромінення йонами Ar+ та термічної обробки (Розділ 3). Для розв’язання поставлених задач досліджено плівкові композиції Ni(25 нм)/Cu(25 нм)/Cr(25 нм)/Si(100), Ni(25 нм)/Cu(25 нм)/V(25 нм)/Si(100), Cr(25 нм)/Ni(25 нм)/Cu(25нм)/Si(100), Cu(25 нм)/Cr(25 нм)/Si(100), які отримано методами магнетронного та резистивного осадження металевих шарів на монокристали кремнію. Такий вибір об’єктів дослідження дозволив, зокрема, визначити вплив варіювання матеріалу адгезійного шару (Ni/Cu/Cr/Si(100), Ni/Cu/V/Si(100)) та зміни конфігурації наношарів (Ni/Cu/Cr/Si(100), Cr/Cu/Ni/Si(100)) на структурно-фазові перетворення під час термічної обробки за відносно низьких температур (до 0,3 Тпл) у різних газових середовищах – вакуумі (Р = 10-3 Па), у тому числі за умов відпалу in-situ, та інертному середовищі (РAr = 200 Па). Попередню йонно-променеву/плазмову обробку проведено за умов варіювання низькоенергетичних параметрів. Якщо йоннопроменева обробка проводиться за енергії 400–2000 еВ із дозою 1,4-1016– 1,1-1017 йон/см2 (густина струму 4 мкA/cм2 ), то структурно-фазові перетворення у плівкових системах Ni/Cu/Cr(V)/Si(100), Cr/Cu/Ni/Si(100) з товщиною шарів 25 нм відсутні; єдиним виключенням є зменшення геометричних розмірів кристалітів у зовнішньому шарі Ni (з - 13 нм до - 8 нм за даними синхротронного аналізу). Оптимальним режимом йоннопроменевої обробки цих систем є наступний – енергія 800 еВ, доза 5,6-1017 йон/см2 , густина струму 4 мкA/cм2 , оскільки саме за такого режиму забезпечується максимальна пасивація матеріалів усіх шарів, відновлення оксидних прошарків на внутрішніх межах розділу, зменшення кількості домішкових атомів кисню та вуглецю; збільшення концентрації Cu у провідному шарі на 10 ат.%, зростання товщини провідного шару з високою концентрацією Cu більше ніж на 20%. Для опису виявлених йонно-стимульованих фізико-хімічних взаємодій на внутрішніх та зовнішніх межах розділу досліджених композицій на основі системи Cu-Ni запропоновано модельні уявлення, які грунтуються на ефекті «дальнодіючого впливу» низькоенергетичних йонів Ar; враховано, що проєктивний пробіг йонів у плівках внаслідок підвищеної дефектності структури може значно перевищувати значення, розраховані за теорією Зігмунда для масивних матеріалів. Дифузійне фазоутворення в системі Cu-Ni в температурному інтервалі 300–450 C, у тому числі і за умов додаткового йонного опромінення, відбувається з формуванням безперервного ряду твердих розчинів заміщення, концентрація Ni в яких залежить від конфігурації шарів і за однакових умов відпалу є більшою в системі Cr/Cu/Ni/Si(100) порівняно з системою Ni/Cu/Cr/Si(100); при цьому дифузійна взаємодія атомів Cu та Ni здійснюється за різними механізмами: для Ni домінуючим є об’ємний механізм дифузії, а для атомів Cu – зернограничний механізм. Процеси оксидоутворення на зовнішній поверхні та формування градієнту концентрації дефектів внаслідок прояву ефекту Кіркендала стимулюють дифузію атомів матеріалу адгезійного шару крізь приповерхневі і визначають інтенсивність насичення плівкового матеріалу домішками з оточуючої атмосфери під час як термічної, так і комплексної обробки. Відпал у вакуумі системи Ni/Cu/Cr/Si(100) порівняно із відпалом в середовищі аргону за однакових термічних умов обумовлює гальмування дифузії атомів Ni до шару Cu за об’ємним механізмом і відповідне зменшення концентрації Ni у твердому розчині Cu-Ni до - 4 разів; запобігає дифузії атомів Cr до зовнішньої поверхні та підвищенню дефектності кристалічної структури і концентрації домішок. Покращити термічну стабільність дозволяє також заміна матеріалу адгезійного шару на підкладці з Cr на V (система Ni/Cu/V/Si(100)). Однак найбільш ефективним засобом підвищення термічної стабільності досліджених плівкових композицій за умов відпалу в інтервалі температур 300–550 С в різних газових середовищах (вакуум, аргон) є попередня йоннопроменева/плазмова обробка. Позитивний вплив такої комплексної обробки проявляється у гальмуванні дифузії атомів матеріалів нижнього адгезійного шару (Cr, V) та верхнього шару Ni до проміжного шару Cu; зменшенні атомної концентрації Ni в твердому розчині на основі Cu до - 2 разів та домішкових атомів кисню та вуглецю у шарі Cu; відновленні оксидних прошарків на внутрішніх межах розділу; стабілізації нанокристалічної структури внаслідок гальмування процесів рекристалізації; уповільненні процесів оксидоутворення в шарі Cr. За допомогою низькоенергетичної йонно-променевої обробки (енергія 400 еВ, 800 еВ; доза опромінення 5,6-1016 йон/см2 , густина йонного струму 4 мкA/cм2 ) вдається досягти підвищення корозійної стійкості нанорозмірної системи Ni/Cu/Cr/Si(100) у електролітичному середовищі водного розчину NaCl (3,5 мас.%) – на початкових етапах випробувань потенціал корозії має значно вищі значення порівняно із вихідним станом плівкового зразка та масивного полікристалічного Ni. Використання таких режимів обробки дозволяє ефективно впливати на адсорбційну здатність металевих нанорозмірних шарів у кисневому та вологому середовищах: концентрація та довжина дифузійного шляху домішкових атомів кисню і вуглецю в системі Ni/Cu/Cr/Si(100) після довготривалої дії водяної пари (Р = 1,5 атм) кімнатної температури зменшується до -4 разів і наближується до вихідного стану. Позитивний вплив комплексної йонно-променевої (енергія 800 еВ; доза опромінення 5,6-1016 йон/см2 , густина струму 4 мкA/cм2 ) та термічної обробки (температура 450 С, тривалість 900 с, вакуум 10-3 Па) на мікротрибологічні характеристики плівкової системи Ni/Cu/Cr/Si(100) проявляється у найменшому значенні максимальної тангенціальної сили тертя (18 мН), відсутності продуктів зносу та бічних тріщин порівняно із вихідним станом та іншими видами обробки; за оцінками сила адгезії після комплексного впливу зростає у - 5,8 разів, а після інших обробок – не більше ніж у - 1,5 рази порівняно із вихідним станом. За допомогою оригінальної методики трибологічних випробувань “pinon-disk” (мікрокругове тертя індентором Роквелла) на прикладі нанорозмірної системи Cr/Cu/Ni/Si(100) доведено, що поєднанням низькоенергетичного йоннопроменевого впливу з термічною обробкою можна значно покращити такі мікротрибологічні характеристики, як коефіцієнт тертя, критичне навантаження руйнування, об’єм зношеного матеріалу, зносостійкість. Усі результати, що виносяться на захист є новими.