Обнаружен новый механизм деформации в наноструктурированных поверхностных слоях деформируемого твердого тела и тонких пленках — развитие локализованного пластического течения в виде двойных спиралей. Сформулированы условия развития нового механизма деформации мезомасштабного уровня. Показано, что подобный механизм деформации может развиваться только в многоуровневой среде, имеет волновую природу и хорошо согласуется с полевой теорией неупругой деформации.

В работе рассмотрены закономерности деформации и разрушения на мезоуровне материалов с покрытиями при различных схемах нагружения, полученные с применением оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC. Показано, что зарождение в покрытии (поверхностном упрочненном слое) трещин и фрагментированной мезоструктуры в объеме материала подложки происходит около базового концентратора напряжений у головки образца и развивается вдоль образца как нелинейный волновой процесс. Его характер существенно зависит от геометрии границы раздела «покрытие (упрочненный поверхностный слой) – подложка». Сформулирован качественный критерий усталостного предразрушения при знакопеременном циклическом изгибе. Показано, что при циклическом нагружении композиции с более твердым покрытием определяющую роль играют возникновение зон концентрации напряжений и локализация деформации на границе раздела «покрытие – основа». Сформулированы рекомендации по оптимизации режимов формирования покрытий.

В работе исследуются условия возникновения и особенности проявления согласованного движения большого количества атомов вблизи свободной поверхности нагруженного кристалла. Отмечаются особенности инициации согласованного коллективного движения частиц как элемента самоорганизации при зарождении и развитии пластической деформации. Описываются результаты моделирования трехмерного кристаллита меди со свободными границами, подвергнутого одноосному сжатию, и исследуются процессы, протекающие в таком кристаллите как на активной стадии нагружения, так и на начальном этапе процесса релаксации. Показано, что развитие пластической деформации проявляется в виде распространения полос локализации атомных смещений от свободной поверхности вглубь материала. В работе отмечается, что аккомодационные процессы в материале в условиях высокоскоростного нагружения являются инерционными и продолжают активно протекать после снятия внешнего воздействия. Кроме того, показано, что в нагруженном материале могут возникать динамические периодически формирующиеся согласованные коллективные смещения атомов вихреобразного характера, выступающие в роли своеобразных сбросов напряжений в упругой области. Проанализированы результаты моделирования нелинейного поведения материалов, содержащих систему микропор в условиях высокоскоростного нагружения. Обнаружено, что при определенной ориентации микропор внутри кристаллита может реализоваться согласованное «вихреподобное» движение ансамбля атомов. Показано, что внутренние поверхности, наряду с внешними, являются концентраторами зарождения полос локализации атомных смещений.

На основе системного подхода обосновывается концепция физической мезомеханики, согласно которой поверхностный слой в деформируемом твердом теле является самостоятельной подсистемой. С ростом степени деформации в нем развиваются автономные процессы, оказывающие определяющее влияние на стадийность локализации пластического течения и разрушение образца в целом. Ключевую роль в мезомеханике поверхностного слоя играют его «эффективная» толщина и интерфейс с объемом кристалла, на котором распределение напряженно-деформированного состояния имеет вид «шахматной доски».

Работа посвящена теоретическому анализу механизмов множественного растрескивания упрочненных поверхностных слоев при растяжении плоских образцов сталей 65Х13 и 12Х1МФ с двухсторонним поверхностным упрочнением. Рассмотрено влияние распространения зигзагообразной макрополосы локализованного сдвига в объеме деформируемого образца на развитие поверхностных трещин. Даны энергетические оценки условия образования и распространения в объеме образца макрополосы локализованного сдвига.

Проведена серия численных экспериментов, нацеленных на выявление закономерностей формирования возмущений на внутренних границах раздела и поверхностях твердого тела при внешней приложенной механической нагрузке. Применен разработанный авторами стохастический алгоритм, использующий как базовые понятия классической теории упругости на макромасштабном уровне, так и результаты, полученные в рамках вероятностных подходов для более низких масштабных уровней. Обнаружено, что деформационный профиль поверхностного слоя нагруженного твердого тела имеет многоуровневую самоподобную структуру, где форма поверхности фронта возмущений на более высоком масштабном уровне подобна форме фронтов возмущений от концентраторов напряжений на более низких масштабных уровнях. Распределение напряжений и деформаций на интерфейсе «поверхностный слой – подложка» имеет «шахматный» характер.

Сформулирована и исследована математическая модель роста покрытия при магнетронном напылении. В оценке средних механических напряжений учитывается вклад как термической, так и диффузионно-химической природы. Показано. что кинетика реакции на поверхности играет не меньшую роль в эволюции напряжений, чем соотношение механических свойств растущего покрытия и подложки.

На основе анализа собственных результатов и литературных данных показано, что образование твидовой структуры, наблюдаемой на поверхности кристаллов алюминия при циклическом растяжении, происходит в условиях нестабильности Гринфельда при напряжениях выше предела текучести. Экспериментально измеренный период твидовой структуры и высота шаровидных выступов удовлетворительно согласуются с теоретическими оценками на основе модели Гринфельда в линейном приближении. Изменение формы профиля поперечных сечений твидовой структуры с ростом числа циклов нагружения качественно согласуется с результатами численного моделирования эволюции нестабильности Гринфельда в нелинейном приближении. Принимается во внимание, что при циклическом растяжении кристаллов алюминия в приповерхностных слоях под окисной пленкой формируется высокодефектная сдвигонеустойчивая область, которая может рассматриваться как дефектная фаза, находящаяся в равновесии с кристаллической фазой алюминия. В этой дефектной области в условиях периодической модуляции плотности упругой энергии возникает градиент химического потенциала, в поле которого происходит перераспределение материала и образование твидовой структуры, что обеспечивает дополнительный и альтернативный дислокационному скольжению канал снижения упругой энергии нагруженного кристалла. Обсуждаются особенности структуры кристаллов алюминия, обеспечивающие возникновение нестабильности Гринфельда при циклическом растяжении, и возможные механизмы массопереноса в приповерхностных слоях. Сделан вывод, что нестабильность Гринфельда является прямым свидетельством особой роли поверхностного слоя как самостоятельного структурного уровня пластической деформации и разрушения материалов, которая обосновывается в рамках подхода физической мезомеханики.

Экспериментально исследовано влияние импульсного электронного облучения на микроструктуру поверхности и стойкость в режиме резания металла инструментальной металлокерамики на основе карбида титана с никель-хромовой связкой.

Разработана методика аттестации шероховатости поверхности твердых тел, основанная на вычислении фрактальной размерности изображений, получаемых с помощью сканирующей зондовой микроскопии. Путем тестирования на модельных самоаффинных броуновских поверхностях определены условия корректного измерения фрактальной размерности. Разработанный алгоритм применен для численного описания шероховатости поверхности тонких пленок SiO2, нанесенных при различных температурах. Показано, что в отличие от перепада высоты и среднеквадратичной шероховатости, фрактальная размерность демонстрирует хорошую корреляцию с морфологией поверхности тонких пленок оксида кремния.

Приведены данные о коррозионной стойкости металлических и неметаллических конструкционных материалов в водных растворах неорганических кислот (азотной, серной, фосфорной, соляной, фтористоводородной, кремнефтористоводородной). Даны физико-химические характеристики кислот и их водных растворов. Для инженерно-технических работников различных отраслей промышленности, занимающихся проблемами защиты металлов и сплавов от коррозии.

В работе описана методика выявления на оптических изображениях элементов деформационного рельефа, формирующегося в результате локализованного развития деформации в области вершины усталостной трещины, с использованием аппарата анализа изображений. Предложена численная характеристика, основанная на вычислении отношения площади элементов деформационного рельефа к площади фона, как интегральный параметр оценки степени деформированности поверхности.

Приведены данные по выполнению всех операций технологических процессов получения покрытий: методика приготовления растворов и электролитов, их составы, режимы обработки в них, корректирования и эксплуатации, основные неполадки, возможные при процессах нанесения покрытий, их причины и способы устранения. Описаны классификация, свойства и область применения гальванических покрытий на диэлектриках. Для ИТР, мастеров и квалифицированных рабочих гальванических цехов.

В рамках теории функционала электронной плотности поведено исследование адсорбции Cl на реконструированной поверхности InAs(001)-(4х2), обогащенной In. Мы определили равновесные положения атомов на поверхности полупроводника и длин связей индиевых димеров. Также нами были рассчитаны энергии связей адатома Cl с подложкой и разности зарядовых плотностей для различных положений адсорбата.

В работе с помощью современных методов профилометрического анализа, оптической металлографии и просвечивающей электронной микроскопии показаны морфологические и структурные превращения, происходящие в поверхностном слое малоуглеродистой стали при точении и последующих операциях шлифования и ультразвуковой финишной обработки (УФО). Показано. что при соблюдении оптимальных режимов УФО технологическая наследственность, создаваемая точением, устраняется. Поверхностный слой стали имеет однородную модифицированную структуру.

В совместной работе крупнейших американских материаловедов отражены последние достижения в области изучения физико-химических свойств и методов обработки поверхности с целью улучшения эксплуатационных характеристик материалов. Большое внимание уделено способам защиты материалов от коррозии. Для специалистов в области материаловедения.

На основе численных расчетов анализируются особенности поля напряжений, создаваемых краем полосы пластического сдвига вблизи поверхности. В качестве модели полосы сдвига выбиралось плоское дислокационное скопление конечной длины. Показано, что при подходе края полосы к поверхности интенсивность напряжений в его окрестности заметно возрастает за счет эффектов сил "изображения". Обсуждена специфика распространения полос локализованного сдвига в материалах с покрытием.

Показано, что при усреднении по полупространствам упругие поля напряжений и деформаций, создаваемые плоскими скоплениями дислокаций, приобретают своеобразную топологическую особенность вида у/[y], т. е. терпят скачок при переходе через плоскость скопления. Эти средние поля оказываются эквивалентными полям дислокаций наиболее общего вида - дислокаций Сомилианы. В терминах средних полей описание деформационных границ в кристаллах, в частности границ кручения, оказывается особенно удобным. В таком описании граница кручения, например, есть поверхность, на которой среднее поле поворотов претерпевает топологический скачок.

Первое издание справочника по нанотехнологиям. выпущенное крупнейшим немецким издательством "Шпрингер" в 2004 году, заявило о себе как об основном источнике информации в области научных знаний о нанотехнологиях. Справочник объединяет сведения по технология, механике. материаловедению и надежности. Второе издание увеличилось с 6 до 8 частей, с 38 до 58 глав. Первая часть - введение в наноструктуры и технологии изготовления микро- и наноструктур. включая используемые при этом методы и материалы. Вторая часть справочника посвящена МЭМС/НЭМС и БиоМЭМС/БиоНЭМС приборам. Различные типы сканирующей зондовой микроскопии рассмотрены в третьей части. Четвертая часть посвящена обору нанотрибологии и наномеханики. Обзор смазок на пленках молекулярной толщины представлен в пятой части справочника. Шестая часть знакомит читателя с некоторыми применениями нанотехнологий в промышленном масштабе. седьмая сфокусирована на надежности микроприборов. И, наконец, последняя посвящена технологической конвергенции, которую несут с собой нанотехнологии, в ней также рассмотрены социальные, этические и политические последствия нанотехнолоий. Предметный указатель приведен в конце третьего тома. Книга подготовлена опытным редактором и написана командой из 150 известных международных экспертов. Она адресована инженерам-механикам и инженерам-электрикам. специалистам по материаловедению, медикам и химикам, которые работают в области нано-, или в областях, так или иначе связанных с этой новой важнейшей технологией.

Изучена реакция изомеризации тиомочевины в роданид аммония в водных концентрированных растворах при температурах от 100 до 150 оС с использованием УФ спектроскопии и спектроскопии ЯМР, фотоколориметрического и кондуктометрического методов. Рассчитаны константы скорости реакции изомеризации, энергия активации процесса, степень изомеризации.

Представлено теоретическое обоснование исследования адсорбции 3d-металлов, в ряду от Ti до Cu на поверхности a-Al2O3(0001). Рассмотрено влияние адсорбатов на атомную и электронную структуру поверхности оксида алюминия. Рассчитаны значения энергии адсорбции и определены равновесные положения адатомов на поверхности. Проведен сравнительный анализ свойств и механизмов взаимодействия 3d-металлов с атомами подложки.

Методом электронного спинового резонанса исследовали детали природы осадков и накипей, образующихся при хранении и нагревании воды в бытовых и лабораторных приборах, и осадков, полученных в результате очистки воды методом замораживания. Показано, что накипи и осадки имеют спиновую природу, а сама вода, обладая зарядовыми свойствами, спиновыми свойствами не обладает.

Проведено изучение вод из разных населенных пунктов Томской области:г. Томск, г. Новосибирск, г. Владивосток, вод природных (родниковых), а также минеральных вод, поступающих в продажу - методом фотонной корреляционной спектроскопии (ФКС) в процессе нагревания. Для всех образцов наблюдается увеличение размеров частиц дисперсной фазы с ростом температуры. Аналогичная тенденция прослеживается и в модельных системах на основе солей СаSO4. Высказано предположение, что в качестве дисперсной фазы выступают частицы "солей жесткости".

Изучены реологические и поверхностные свойства полимерных композиций на основе водных растворов поливинилового спирта, карбоксиметилцеллюлозы или полиакриламида с наполнителями на базе возобновляемого природного сырья.

Исследовано влияние низкотемпературных отжигов на структуру и свойства порошка ZrO2-Y2O3, полученного методом обратного химического осаждения. Показано, что увеличение температуры отжига приводит к уменьшению среднего размера частиц, изначально представляющих собой пористые агломераты с большой удельной поверхностью, до монолитных полидоменных частиц, размеры которых соизмеримы с размерами кристаллитов. Рост зерна в системе ZrO2-Y2O3 при отжиге определяется поверхностной диффузией.

Для рекультивации нефтешламов разработан состав моющей композиции на основе биоразлагаемых поверхностно-активных веществ и щелочной буферной системы. Специально подобранное соотношение компонентов является оптимальным в результате синергического эффекта их взаимодействия. Отмытые нефтешламы и грунты не требуют дополнительной очистки и могут быть переработаны в строительные материалы или использованы для подсыпки кустовых площадок и дорог. Заграязненный водный раствор после отмыва нефтешлама подвергается микробиологической очистке коммерческим биопрепаратом. Биодеструкции насыщенных углеводородов в отработанном растворе составляет более 90 %. После биодеструкции, вода применяется в рецикле для отмыва новой порции нефтешлама и других хозяйственных нужд.

Предложен метод определения удельной поверхности полимерных адсорбентов, основанный на измерении их равновесной адсорбционной емкости в процессе поглощения углеводородов из газовой фазы. Применимость метода для определения удельной поверхности полимерных адсорбентов изучена в сравнении с методами расчета удельной поверхности этих адсорбентов на основе интегральной теплоты адсорбции углеводородов из жидкой фазы и изотерм низкотемпературной адсорбции азота на их поверхности. Величины удельной поверхности, определенные по емкости адсорбентов и по изотерме адсорбции азота на их поверхности. Величины удельной поверхности, определенные по емкости адсорбентов и по изотерме адсорбции азота, наиболее согласуются между собой. Обсуждена причина различий значений удельной поверхности, полученных тремя независимыми методами.

Представлены вольт-амперные характеристики зоны скольжения металлических композитов на стальной основе в режиме токосъема. Трение реализовано при плотности тока более 100 Ам/см2 для случаев отсутствия и наличия в зоне трения расплава Pb-Sn. Предложена элементарная модель контакта шероховатой поверхности, позволяющая оценить площадь, занимаемую расплавом, в зависимости от плотности тока. Показано, что введение расплава легкоплавких металлов является эффективным способом уменьшения электросопротивления зоны трения скользящего электроконтакта.

Методом атомно-силовой микроскопии исследовано изменение морфологии поверхности гальванических покрытий AuNi при трибологических испытаниях в условиях сухого трения. Показано, что фрактальный анализ позволяет численно охарактеризовать эволюцию рельефа поверхности трения покрытий на различных стадиях испытаний.

Изучено влияние хлорида натрия и технического углерода (сажи) на механические и теплофизические свойства криогелей и пенокриогелей, полученных из гомогенных и гетерогенных (вспененных) растворов поливинилового спирта.

Разработан вариант модели ретроградных явлений, удовлетворительно согласующийся с поведением нефтяных и водных систем и не противоречащий квантово-химическим законам организации коллоидных структур, гетеролитическим и гомолитическим явлениям диссоциации в растворах. Предложена модель, в рамках которой могли бы равиваться события, связанные с ретроградными явлениями при высоких температурах и давлениях, согласующиеся с квантово-химической картиной физических явлений в процессе растворения. Показано, что в рамках обменного (спинового) притяжения и зарядового отткалкивания молекул при организации растворов, седиментов и коллоидных структур может быть удовлетворительно объяснена природа ретроградных явлений. Представленые модель и результаты экспериментов дадут новый импульс в решении одной из фундаментальных проблем современности - происхождения нефти и других видов ископаемого сырья - в сторону более пристального рассмотрения альтернативной мантийной гипотезы по отношенгию к традиционной осадочной.

Исследована взаимосвязь электрических характеристик и интенсивности изнашивания зоны трения металлических композитов без смазки при контактной плотности тока более 100 А/см2, получено начальное представление о микроструктуре поверхностного слоя и распределения химических элементов в нем.

В работе с позиций молекулярно-динамического подхода рассматривается контактное взаимодействие кристаллических тел в условиях сдвиговой деформации. Для задания межатомного взаимодействия использован потенциал, рассчитанный в рамках метода погруженного атома. Изучены особенности развития структурных изменений, протекающих в контактной области при варьировании материалов контактирующей пары. На основе полученных результатов сделана оценка эффективного коэффициента диффузии, характеризующего процесс случайной миграции положения зоны контакта в направлении, перпендикулярном приложенной сдвиговой деформации. Результаты расчетов находятся в хорошем согласии сданными, полученными в рамках микроскопической модели контакта, рассчитанной с помощью метода подвижных клеточных автоматов.

Исследованы особенности ионной многоэлементной имплантации в импульсном режиме с использованием композиционных катодов состава TiC+Al и TiC+Si. на основе изучения элементного состава модифицированной поверхности мишеней из молибдена, стали 45 и меди выявлены общие закономерности в распределении профилей различных имплантированных элементов. Показано, что одновременное внедрение различных элементов обеспечивает более эффективное высокодозовое легирование материалов по сравнению с одноэлементной имплантацией.

Представлены статьи, посвященные изучению структуры и свойства конструкционных и специальных сталей, а также сплавов титана. Рассмотрены вопросы упрочнения и разрушения сталей и сплавов, влияние на их свойства химического состава, фазовых превращений, термической и термомеханической обработок. Сборник предназначен для научных работников и инженеров-металлофизиков и термистов, а также студентов и аспирантов, специализирующихся в области термической обработки и физики металлов.

С использованием межатомных потенциалов взаимодействия, полученных в приближении погруженного атома, проведено исследование релаксации поверхностей с низкими и высокими индексами Миллера ГЦК-металлов Al и Pb. Рассчитана величина изменения межплоскостных расстояний и установлена ее взаимосвязь с плотностью упаковки и ориентацией поверхности. Вычислен вклад энергии релаксации в поверхностную энергию.

Осуществлено модельное введение небольшого количества расплава Pb-Sn в контактное пространство между скользящими металлическими поверхностями. получены вольт-амперные характеристики контакта металлических материалов при проявлении и отсутствии расплава Pb-Sn между контактирующими поверхностями. Показано увеличение электропроводности скользящего контакта при появлении расплава в зоне трения. Предложен элементарный метод расчета электропроводности непосредственного контакта в присутствии расплава и площади, занимаемой расплавом.. найдено, что зависимость этих характеристик от плотности тока имеет максимум. Показано, что уменьшение сопротивления стягивания контакта композит-сталь более эффективно увеличивает электропроводность непосредственного контакта в присутствии расплава, чем увеличение площади, занимаемой расплавом.

Методами растровой электронной и атомно-силовой микроскопии исследованы закономерности изменений морфологии поверхности алюминиево-магниевых сплавов АМг2 и 1570 в процессе воздушно-термического оксидирования. Показано, что релаксация сжимающих напряжений в растущей оксидной пленке происходит путем развития двух конкурирующих процессов: гофрирования оксидной пленки и искривления поверхности алюминиевой подложки вследствие роста зерен. Продемонстрировано влияние температуры и длительности оксидирования, а также напряженно-деформированного состояния образца на характер гофрирования оксидных пленок.