graduate student, research assistant at the Laboratory of Materials Science of Coatings and Nanotechnologies
магистрант, лаборант-исследователь лаборатории материаловедения покрытий и нанотехнологий
PhD (Physics and Mathematics), researcher at the Laboratory of Materials Science of Coatings and Nanotechnologies
кандидат физико-математических наук, научный сотрудник лаборатории материаловедения покрытий и нанотехнологий
Doctor of Sciences (Physics and Mathematics), Professor, chief researcher at the Laboratory of Materials Science of Coatings and Nanotechnologies
доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории материаловедения покрытий и нанотехнологий
Simultaneous doping of TiNi alloy with copper and zirconium by substituting zirconium for titanium and copper for nickel while maintaining the quasi-binary (Ti35Zr15)(Ni35Cu15) composition enables the formation of two fundamentally different phase states – amorphous and crystalline – as a result of exposure of the material to low- and medium-energy ion beams. An amorphous layer synthesised from the same alloy on the surface of a medical implant made of a Ti–Ni–Cu–Zr alloy, not functional (stents, occluders), but structural (intervertebral discs, orthopedic braces), will allow protecting effectively the implant from the permanent effects of aggressive biological environments of any type (biological fluids, soft tissue, and bone). However, ion-beam modification of the Ti–Ni–Cu–Zr alloy surface can induce residual stresses that can change the properties of the original material. According to X-ray diffraction analysis, niobium ion treatment results in the formation of a layered structure with an amorphous-crystalline surface layer, a B2 matrix phase, and secondary (Ti,Zr)2(Ni,Cu) and TiZr phases. It was found that the B2 phase is a superposition of two phases, one of which, B2core, predominates in the deeper layers of the sample, while B2surf, conversely, is formed primarily in the surface layers. Analysis of the elastic stress state revealed that beneath the ion-modified surface layer, the B2surf phase is in a tensile state, while the B2core phase is in a compressed state, which indicates a complex interaction between the phases and the fact that the stresses in them can mutually compensate for each other. The obtained results are important for understanding the influence of ion implantation on the structure and properties of Ti35Ni35Cu15Zr15 alloys and optimising processing modes for medical applications.
При одновременном легировании сплава TiNi медью и цирконием путем замещения цирконием титана, а медью – никеля с сохранением квазибинарной композиции (Ti35Zr15)(Ni35Cu15) возможно формирование двух принципиально разных фазовых состояний – аморфного и кристаллического в результате воздействия на материал потоков ионов низких и средних энергий. Аморфный слой на поверхности медицинского имплантата из Ti–Ni–Cu–Zr сплава не функционального (стенты, окклюдеры), а конструкционного типа (межпозвоночные диски, ортопедические скобы), синтезированный из этого же сплава, позволит эффективно защитить имплантат от перманентного воздействия агрессивной биосреды любого типа (биологические жидкости, мягкие и костные ткани). Однако модификация поверхности сплавов Ti–Ni–Cu–Zr пучками ионов может индуцировать остаточные напряжения, способные изменить свойства исходного материала. Согласно данным рентгеноструктурного анализа, обработка ионами ниобия приводит к формированию слоевой структуры с поверхностным аморфно-кристаллическим слоем, матричной фазой B2 и вторыми фазами (Ti,Zr)2(Ni,Cu) и TiZr. Установлено, что фаза В2 представляет собой суперпозицию двух фаз, одна из которых, B2core, преобладает в глубинных слоях образца, в то время как B2surf, наоборот, сформирована преимущественно в поверхностных слоях. Анализ упруго-напряженного состояния показал, что под поверхностным ионно-модифицированным слоем фаза В2surf находится в состоянии растяжения, а фаза В2core – в состоянии сжатия, что указывает на сложный характер взаимодействия фаз и то, что напряжения в них могут взаимно компенсировать друг друга. Полученные результаты важны для понимания влияния ионной имплантации на структуру и свойства сплавов Ti35Ni35Cu15Zr15 и оптимизации режимов обработки для медицинских применений.