Представлены общие соотношения, необходимые для описания поведения материалов, содержащих внутренние поверхности раздела. Сформулированы условия независимого описания явлений диффузии. Для частных вариантов самодиффузии и диффузии в бинарной системе выведены формулы для эффективных коэффициентов диффузии, связывающие привычные коэффициенты диффузии с энергетическими параметрами границ раздела. Предложены соотношения между коэффициентами диффузии в объеме и по границам зерен и коэффициентами переноса в обобщенной модели.

Рассмотрены вопросы модификации нефтяных битумов полимерными материалами. Модификаторами могут быть полимеры, содержащие кристаллическую фазу. На основе адсорбционной модели взаимодействия полимера с дисперсной фазой битума получено соотношение для определения нижней концентрации структурообразования полимера в полимербитумной композиции. Показано, что суммарное максимальное содержание в композиции полимера и дисперсной фазы битума не должно превышать 25 %.

Рассмотрена возможность описания неоднородных тел в рамках формализма калибровочных теорий, представляющего универсальный метод современной физики. Показано, что на основе лагранжиана неоднородного упругого тела данный метод позволяет получить динамические уравнения Эйлера-Лагранжа, которые могут быть использованы для построения различных динамических моделей деформирования неоднородного твердого тела с дефектами. Следуя известной в механике сплошных сред классификации. проанализированы классы неоднородных материалов, которые могут быть описаны на основе динамических уравнений калибровочной модели.

Методами теории функционала электронной плотности исследованы электронная структура и магнитные свойства возможных типов контактов на границе раздела (001) между сплавами Гейслера составов XYZ и X2YZ (NiMnSb и Co2MnSi) и полупроводниками III-V групп (InP и GaAs). Показано, что в обоих случаях максимальная спиновая поляризация достигается на контактах Ni/P(As) или Co/As. Исследовано влияние структурных дефектов на поверхности и границах раздела на спиновую поляризацию на уровне Ферми. Проведен анализ природы состояний на границе раздела сплав Гейслера-полупроводник и электронных факторов, способствующих потере или сохранению полуметаллического поведения на рассмотренных контактах. Расчеты локальных магнитных моментов показали, что магнитные свойства контактных атомов не изменяются значительно на границах раздела вследствие частичной компенсации их координации за счет атомов полупроводника. Увеличение степени спиновой поляризации может быть достигнуто за счет легирования на подрешетке Х-элемента.

На основе исследований авторов и анализа литературных данных экспериментально обнаружен и теоретически обоснован мезоскопический эффект «шахматного» распределения нормальных и касательных напряжений на интерфейсе разнородных сред в полях внешних воздействий. Данный мезоэффект возникает при сопряжении самых различных сред независимо от их агрегатного состояния (твердое тело — жидкость — газ) и обусловливает развитие нелинейных волновых процессов массопереноса различного типа. Делается заключение о важной роли обнаруженного эффекта в многочисленных явлениях природы, различных областях науки и техники.

Впервые проведено исследование бинарной смеси пылевых частиц в плазме, находящихся во внешнем электростатическом гармоническом удерживающем поле, а также в поле композиции гравитационной, термофоретической и электростатической сил. Межчастичное взаимодействие описывалось потенциалом Юкавы. Изучено пространственное распределение бинарной смеси частиц в зависимости от концентрационного состава. Показано, что частицы образуют оболочечную структуру, в которой каждая оболочка содержит только свой сорт частиц, при этом частицы меньшего размера формируют внешние оболочки по отношению к частицам большего размера. Установлено, что с увеличением различия частиц по размеру происходит их пространственное разделение вплоть до образования двух отдельных сферических плазменно-пылевых систем. Ключевые слова: пылевая плазма, бинарный кулоновский шар, молекулярная динамика.

Исследован процесс формирования незамкнутых наноразмерных структур из двухслойных алюминиево-медных пленок. Моделирование проводилось на основе метода молекулярной динамики. Межатомные взаимодействия описывались потенциалами, полученными в рамках метода погруженного атома. Изучено поведение незамкнутых наноструктур при тепловом воздействии. Показана возможность преобразования моделируемыми наноструктурами тепловой энергии в энергию механического движения. Рассчитана зависимость частоты колебаний незамкнутой наноструктуры от ее размера и изменения массы колеблющихся краев.

Обзор посвящен проблеме производства в России высококачественных моторных топлив с помощью процессов безводородной каталитической переработки прямогонных бензиновых фракций на высококремнеземных цеолитах. Дан сравнительный анализ классического риформинга и рассматриваемых нетрадиционных технологий и катализаторов.

Использование тонкодисперсного гидратированного оксида алюминия позволяет извлекать галогены из природных вод и удалять галогенсодержащие загрязнения из растворов. Показано, что процессами адсорбции галогенид-ионов на Al2O3 можно управлять при изменении pH среды, модифицировании поверхности адсорбента, наложении физических воздействий.

Изучены закономерности хроматографического разделения смеси серосодержащих модельных соединений и высокосернистой дистиллятной фракции на силикагелях, модифицированных хлоридом никеля (1-7 %), тетрахлоридом олова или титана (2 %), хлоридом палладия (5 %), с использованием в качестве элюентов м-гексана, бензола и хлороформа. Установлено, что распределение серосодержащих соединений по хроматографическим фракциям зависит от их строения, природы модифицирующего агента и его концентрации на силикагеле.

Изучен процесс экстракции сернистых соединений из дистилляторных фракций нефтей растворами хлоридов металлов в координирующих органических растворителях. Рассмотрена зависимость групповой селективности экстракционной системы от природы компонентов и их количественных соотношений.

Предложен механизм ингибирования полимеризации виниловых мономеров тяжелыми нефтяными остатками (масла, смолы, асфальтены) в присутствии кислорода воздуха. Определены константы скорости взаимодействия ингибиторов с макрорадикалами стирола. Вычислены стехиометрические коэффициенты ингибирования, зависящие от концентрации. Даны рекомендации по составу рецептуры стабилизаторов, предлагаемых для углеводородных систем на основе отходов переработки нефти.

Изучен углеводородный состав тяжелой, высокосмолистой, высокопарафинистой, малосернистой нефти месторождения Камышлджа (Западный Туркменистан). Показано, что около трети масляных компонентов нефти составляют н-алканы и другие соединения, содержащие в молекулах длинные неразветвленные алифатические фрагменты (моно-метилалканы, алкилмоно- и алкилбицикланы, алкилбензолы). Суммарные групповые концентрации нафтенов в нефти снижаются более чем в 15 раз, а концентрации моноаренов - на два порядка с увеличением числа колец в их молекулах от 0 до 5. Среди углеводородов, не образующих клатратов с карбамидом, идентифицированы соединения, содержащие до пяти циклов в молекулах. Из нафтеноароматических углеводородов, как правило, преобладают соединения с четырьмя-пятью циклами в молекулах. Ряды алканов, моно-, би- и трицикланов, а также алкилбензолов в нефти простираются в широких интервалах от С11 - С14 до С47 - C48. Ряды остальных идентифицированных в нефти углеводородов ограничены не более, чем 13 низкомолекулярными членами.

Изучен структурно-групповой состав кетонов нефтей Западной Сибири. Установлена взаимосвязь состава и структуры кетонов и типа углеводородов в нефтях. Показано, что в нефтях метанонафтенового типа преобладают кетоны алифатического строения, в то время, как в нефтях нафтенового типа - кетоны с циклановыми и ароматическими заместителями.

Изучено распределение полициклоароматических углеводородов (ПАУ) в донных отложениях южной котловины озера Байкал. Показано, что перилены приурочены к диатомовым отложениям шельфа озера и имеют диагенетическое происхождение из биогенных источников; происхождение других ПАУ, имеющих периконденсированные, не содержащие заместителей структуры, предположительно связано с гидротермальными нефтепроявлениями.

По разработанной методике динамической адсорбции изучено взаимодействие нефтяных кислот и фенолов с песчаными и глинистыми породами. Показано, что состав пород оказывает влияние как на значения предельных адсорбций, так и на тип изотерм, имеющих наиболее сложный характер для процесса адсорбции изучаемых компонентов на глине. Установлено, что природа растворителя оказывает существенное влияние на процесс адсорбции на глине и не влияет в случае песчаника. Дана оценка вклада полярных групп в величины предельной адсорбции кислот и фенолов.

Показано, что отдельные компоненты нефти, их более узкие по групповому, функциональному составу и молекулярно-массовому распределению фракции, а также некоторые синтетические соединения, моделирующие структурные фрагменты нефтяных компонентов, существенно изменяют спектральные характеристики никель- и ванадил-этиопорфирина – моделей нефтяных металлопорфиринов. Наибольшие искажения аналитического сигнала никель- и ванадилэтиопорфиринов наблюдаются в ближней УФ-области спектра поглощения. Среди изученных веществ максимальный спектральный эффект наблюдался в присутствии концентратов высокомолекулярных нефтяных азотистых оснований, карбазола, фенантрена, антрацена. Интенсивность аналитического сигнала в этом случае падает практически до нуля. Отмечается зависимость эффекта искажения аналитического сигнала от количества добавки и времени контакта. Полученные результаты свидетельствуют о возможности проявления при количественном анализе нефтяных металлопорфиринов не только аддитивных, но и мультипликативных помех.

Исследованы качественные и количественные изменения массы и углеводородного состава нефтяных систем при биодеградации в условиях модельных лабораторных экспериментов. Биодеградация образцов нефтей Советского и Стрежевского месторождений (Западная Сибирь) и месторождения Белый Тигр (Вьетнам) осуществлялась природными ассоциациями микроорганизмов, выделенными из пластовых вод и образцов почв, загрязненных нефтью. Анализ изменений углеводородного состава проведен методом хромато-масс-спектрометрии (ГХ/МС). Установлено, что в процессах биодеградации нефти происходит одновременное разрушение всех частей нефтяной системы - как насыщенных углеводородов, так и высокомолекулярных ее фрагментов - смол и асфальтенов.

Изложены результаты теоретического исследования возможных типов пространственно неоднородных распределений носителей деформации. В качестве кинетических переменных выступают выделенные в деформируемой среде параметры порядка. Показано, что в одномерном случае картина деформации имеет вид полос локализованной деформации и описывается решениями в виде бегущих и неподвижных автосолитонов. В двумерном случае решения в виде полос могут стать неустойчивыми. Деформационная картина имеет вид пятен (очагов локализованной деформации). Рассмотрены возможные типы пространственного распределения пятен.

Предложена методика оценки параметров упругих волн при моделировании контактного взаимодействия твердых тел. Анализ спектров Фурье зависимостей от времени таких величин, как компоненты скорости, давление и интенсивность напряжений позволил выявить частоты, характерные как для численной модели и геометрии задачи, так и непосредственно для процессов, протекающих в области контакта при трении.

В работе представлены результаты численного моделирования ударного нагружения конструкции из анизотропного алюминиевого сплава Д16Т. Приведенная математическая модель применима для описания упругопластического деформирования анизотропных сред по теории процессов малой кривизны согласно классификации А.А. Ильюшина.

Приведены поля смещений перед вершиной трещины мод I и II и пространственные распределения главного сдвига, построенные с использованием уравнений линейной механики разрушения, а также измеренные экспериментально. Показано, что деформационная структура реальной трещины может быть представлена в виде совокупности мод I и II, каждая из которых может быть полной или неполной. Неполная мода I характеризуется развитием деформации лишь слева или справа перед фронтом трещины. Поле векторов смещений неполной моды II имеет незамкнутый вихревой характер, ограничено некоторым сектором, а длина векторов в радиальном направлении аппроксимируется нормальным распределением.

Предложена математическая модель импульсной электронно-лучевой обработки гетерогенного материала с позиции механики гетерогенных сред. Каждая фаза (частицы и матрица) характеризуется своей концентрацией диффундирующего углерода и температурой. Учитываются процессы переноса тепла и массы в частицах и матрице и обменные процессы между фазами. Проиллюстрировано влияние внешнего теплового потока на поля температуры и концентрации диффундирующего углерода.

Представлена топография поверхности трения модельных композитов на основе сталей ШХ15 и Г13 после скольжения при плотности тока свыше 100А/см3, определены износостойкость и вольт-амперная характеристика, скользящего электроконтакта модельный композит - сталь 45.

Проведены расчеты температурных профилей и градиента температур, возникающих в поверхностном слое металлокерамического сплава (50%(об.) TiC - 50%(об.) сплава Ni - 20% Cr) при электронно-импульсном облучении его поверхности с различными плотностью энергии в электронном пучке, длительностью, количеством и частотой импульсов облучения.

Представлен обзор работ авторов по моделированию физико-химических превращений в ванне расплава, сопровождающих формирование фазовой и химической структуры покрытия в процессе электронно-лучевой наплавки. Выделены типы подмоделей, анализ которых позволяет установить качественные закономерности, присущие системам различных типов. Указано на аналогию критических явлений, наблюдаемых в моделях отдельных стадий сложных технологических процессов (электронно-лучевая наплавка с модифицирующими частицами и электронно-лучевая наплавка с использованием синтеза в конденсированной фазе), и критических явлений, известных из тепловой теории горения.

Обобщены результаты экспериментальных исследований о предельных минимальных размерах зерен в наноструктурных металлических материалах, полученных методом кручения под давлением на наковальнях Бриджмена. Показано, что важным фактором способности материала к измельчению зеренной и субзеренной структуры в процессе интенсивной пластической деформации является подвижность элементарных носителей деформации (дислокаций и точечных дефектов), контролирующая пути их пробега в полях напряжений, характерные масштабы переориентирующихся микрообъемов, а следовательно, и размеры субмикро- и нанозерен и субзерен.

Потенциальные возможности наноразмерного вещества (1нм=10-9м) вызвали всплеск интереса к вероятным областям его применения. Выяснилось, например, что введение таких частиц в состав макроматериала резко улучшает его характеристики. Традиционно процессы их получения и компактирования разделены в пространстве и времени. Но, как оказалось. эти стадии можно объединить.

Исследованы закономерности макролокализации пластической деформации на параболической стадии деформационного упрочнения сплава циркалой-2, используемого в ядерной энергетике. Обнаружена неустойчивость пластического течения, определяемая колебательным периодическим изменением пространственно-временной картины распределения локальных удлинений, наблюдаемой методом спекл-интерферометрии. Полученные результаты обсуждаются в рамках синергетического подхода, основанного на представлении эволюции пластического течения на завершающей стадии как неустойчивого предельного цикла.

Изучено явление макролокализации деформации для широкого круга материалов (стали, сплавы, чистые металлы, керамика) с различной кристаллической структурой. С помощью акустического комплекса были получены координаты источников сигналов акустической эмиссии. Методом эволюционного распределения полей координат показано, что на всех стадиях пластической деформации наблюдается периодичность координат источников сигналов акустической эмиссии. Измерены скорости перемещения полос макролокализации для некоторых видов сталей. Предложенный метод позволяет экспериментально исследовать кинетику процессов локализации непосредственно в процессе деформации.

В работе развивается эволюционный подход к описанию деформационного отклика на нагружение твердых тел и сред, основанный на идеях нелинейной динамики. Под деформационным откликом понимаются процессы деструкции прочных сред в полях действующих сил, т.е. процессы неупругой деформации и одновременного развития разрушения. Показывается, что в основе математической теории эволюции твердых тел и сред лежат уравнения механики деформируемого твердого тела как фундаментальные уравнения математической физики, отражающие самые общие природные законы сохранения массы, импульса, моментов импульса и энергии. Все многообразие физических механизмов неупругой (пластической) деформации и процессов дилатансии, т.е. развития несплошностей разных масштабов и физической природы (вакансий, пор, микро- и мезоповреждений и т.д.), на этом феноменологическом уровне описания интегрально отражается путем задания нелинейных функций отклика среды на нагружение эволюционными определяющими уравнениями первой и второй группы. Таким образом, эти уравнения конструируются на основе ведущих физических механизмов изучаемого масштаба. Показано, что, изменяя только соотношение между положительными и отрицательными обратными связями (при прочих равных условиях), среда реагирует на нагружение от типичного пластического течения до хрупкого разрушения. Предложена также процедура введения в модель реального времени процесса, что позволяет решать как задачи ударно-волнового нагружения, так и задачи геодинамики и плитной тектоники с характерными временами в миллионы лет.

В работе анализируются последовательности дефектов различной природы, возникающие в процессе деформации. Традиционно дефект рассматривается только как источник внутренних напряжений, поэтому процесс деформирования описывается фазовой кривой в пространстве двух измерений напряжение – деформация. Необходимо учесть, что дефект как локальная неоднородность обладает собственной энергией. Учет собственной энергии дефектов приводит к увеличению размерности фазового пространства, поскольку необходимо вводить параметры, характеризующие возникающие в процессе деформации дефектные структуры. Анализ потенциальной энергии деформируемой системы позволяет прояснить причину возникновения дефектов различной природы и ввести понятие деформационных уровней в фазовом пространстве. В этом случае в фазовом пространстве можно выделить деформационные уровни, вдоль которых при эволюции природа и количество параметров деформируемой системы не изменяются. Таким образом, переход деформируемой системы с одного деформационного уровня на другой связан с их качественными и количественными изменениями. В рамках развиваемых представлений процесс деформирования от упругости до разрушения описывается кривой в фазовом пространстве, размерность которого определится, помимо параметров напряжение – деформация, еще и параметрами возникающих в ходе деформации дефектных структур. Стандартная кривая напряжение – деформация является проекцией пространственной кривой фазового пространства на плоскость напряжение – деформация.

В ИФПМ СО РАН разработана технология электронно-лучевой наплавки композиционных порошковых материалов на детали металлургического производства. Технология позволяет формировать градиентные покрытия различного функционального назначения с использованием твердых тугоплавких соединений (карбиды, нитриды, бориды). Получаемые покрытия обладают высокими значениями твердости, износостойкости и имеют литую структуру. Многолетний опыт развития электронно-лучевой наплавки в ИФПМ СО РАН позволил разработать и внедрить на Западно-Сибирском металлургическом комбинате (г. Новокузнецк) уникальную многоцелевую установку электронно-лучевой наплавки «ЛУНа-10» для упрочнения деталей металлургического оборудования.

В работе приведены результаты исследования структуры и трибологических свойств композиционных покрытий «диборид титана – металлическая связка», полученных методами электронно-лучевой наплавки, газопламенным напылением и напылением с последующим оплавлением электронным лучом. Показано, что покрытия, полученные электронно-лучевой наплавкой, обладают более высокими значениями износостойкости при абразивном изнашивании и износе в парах трения.

Определены вольт-амперная характеристика и линейная интенсивность изнашивания модельных спеченных композитов на основе стали в условиях сухого скользящего электрического контакта со стальным контртелом. Установлено, что композит на основе переработанной подшипниковой стали имеет высокие электропроводность и износостойкость при плотности тока выше 200 А/см2. Рассмотрено предположение, что этот эффект является следствием ультрадисперсной структуры этой стали, позволяющей формировать вторичные структуры с высокой пластичностью.

Выполнена ковка с переменой оси осаживания циркониевого сплава Г110 со ступенчатым понижением температуры прессования от 500 до 200 °С. В процессе ковки фиксировалось приращение деформации на единицу нагрузки, а также проводились электронно-микроскопические исследования структуры сплава на различных этапах ковки с переменой оси осаживания. Описаны особенности структуры и определено распределение субзерен по размерам в сильнодеформированном сплаве Г110 после суммарной его деформации до 450 %.

Для очистки от воды и механических примесей отработавших моторных масел в качестве фильтрующих материалов использованы полимерные волокна из вторичных термопластов (полипропилен, полиэтилентерефталат) и базальтовое волокно. Показано, что наиболее технологично в применении и эффективно базальтовое волокно. Модификация этого волокна глиной и карбамидом способствует улучшению его эксплуатационных характеристик.