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.

Книга посвящена теории и практическому применению новых оптических методов, основанных на пятнистой структуре (спекл-структуре) изображений, получаемых в когерентном свете. Такие методы открывают новые возможности в отношении измерения смещений, деформаций, вибраций, определения формы и качества диффузных объектов, обработки изображений. Рассчитана на широкий круг научных работников и специалистов, занимающихся проблемами когерентной оптики и применяющих лазерные методы в научных исследованиях.

Предложен алгоритм численного решения задачи неизотермической диффузии, учитывающий различие пространственных и временных масштабов процессов переноса в твердой фазе. Применимость алгоритма продемонстрирована на примере задачи остывания нанесенного покрытия, содержащего легирующие элементы. Показано, что учет зависимости теплопроводности от температуры сказывается на перераспределении элементов в диффузионной зоне. Модель имеет приложение к процессам поверхностной обработки материалов с использованием высокоэнергетических источников.

Исследована возможность нанофрагментации материала в приповерхностных слоях на начальных стадиях процесса релаксации. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом молекулярной динамики.. Показано, что на начальном этапе процесса релаксации возможно формирование разориентированных наноблоков. Фрагментированная структура формируется в области локализованной деформации вблизи концентраторов напряжений и распространяется вглубь материала. Показано, что в области локализации деформации функция радиального распределения атомной плотности имеет вид размытых пиков, соответствующих пикам идеальной гранецентрированной кристаллической (ГЦК) структуры, а в области кристаллита, где локализация деформации не наблюдается, происходит расщепление пиков ГЦК-структуры, обусловленной деформационным нарушением симметрии. Полученные результаты дают возможность утверждать, что возможным механизмом релаксации внутренних напряжений в постнагруженных твердых телах является эффект нанофрагментации материала.

Представлены результаты электронно-микроскопического исследования неравновесных структурных состояний с высокими значениями кривизны и градиентов кривизны кристаллической решетки. формирующихся в объемных наноструктурных металлических материалах, полученных методами интенсивной пластической деформации. Изложена методика их электронно-микроскопической аттестации, исследования внутренних напряжений и градиентов (моментов) этих напряжений, локализованных на субмикронном масштабном уровне. Предложена структурная модель этих состояний как состояний с высокой континуальной плотностью дефектов (дислокаций и дисклинаций) в объеме и на границах зерен.

Книга посвящена физике поверхности. Она дает необходимую вводную информацию для исследователей, которые только начинают работать в данной области. Книга содержит все наиболее важные аспекты современной науки о поверхности от экспериментальной базы и основ кристаллографии до современных аналитических методов и их использования в изучении тонких пленок и наноструктур. Для специалистов в области физики поверхности, аспирантов, студентов старших курсов инженерных и физических специальностей.

Изложены физические основы теории металлического состояния, освещаются вопросы структуры чистых металлов, твердых растворов и интерметаллических соединений, электронная и кристаллическая структура металлов и сплавов. Рассматриваются основы термодинамики, принципы построения диаграмм состояния и теория диффузии, основные вопросы теории затвердевания: гомогенное и гетерогенное зарождение, рост дендритных и ячеистых кристаллов и т. д. Для научных работников, занятых в области физики металлов, металловедов, работников заводских лабораторий, а также преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов металлургических и машиностроительных институтов.

Предложена модель диффузии легирующего элемента в поверхностном слое материала, активированного ионно-лучевым воздействием. В рамках модели процесс характеризуется временем и глубиной активации. Продемонстрировано принципиальное значение учета активации поверхностного слоя для описания формирования диффузионной зоны. Теоретически показана возможность экспериментального определения параметров модели.

Путем компьютерного моделирования проанализирована возможность изменения величины предельной деформации образцов "интерфейсных" материалов, механическое поведение которых определяется процессами локализации деформаций на границах раздела структурных элементов (блоков, зерен и т. д.), направленной модификацией поверхностных слоев. Показано, что уменьшением модуля Юнга и предела упругости границ раздела в поверхностном слое можно обиться существенного увеличения деформационной способности образцов при циклическом нагружении. Причиной этого эффекта является вовлечение большего объема материала в процессы накопления необратимых деформаций что приводит к замедлению локализации деформаций вблизи макроконцентраторов напряжений и более позднему зарождению трещин.

Проведено теоретическое исследование структурных и колебательных свойств упорядоченных адсорбционных систем Na/Cu(111) с использованием метода погруженного атома. Анализируется поверхностная релаксация и локальная плотность колебательных состояний для трех равновесных поверхностных структур: p(3x3) – 0.25, (3(1/2)x3(1/2))30o – 0.75 и (3/2x3/2) – 1.0 монослоя.

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.

Сделан обзор экспериментальных исследований влияния диффузионных потоков атомов примеси из покрытия на деформационное поведение объемных субмикрокристаллических металлических материалов, полученных воздействием интенсивной пластической деформации, при ползучести в интервале температур (0.2–0.3)Tпл (Tпл — температура плавления). Обсуждаются физические причины сдвига температурного интервала проявления эффекта ускорения ползучести субмикрокристаллических металлов, связанного с воздействием потоков атомов примеси из покрытия, в сторону более низких температур по сравнению с крупнозернистыми металлами. Анализируется роль мезоскопического механизма деформации — зернограничного проскальзывания — в реализации эффекта ускорения ползучести субмикрокристаллических металлов в условиях воздействия диффузионными потоками атомов примеси из покрытия в интервале температур T < 0.3Tпл.

Исследованы связанные системы уравнений тепло- и массопереноса для твердых сред на примере моделей металлотермических превращений и диффузии в бинарной системе. Показано, что связанные модели представляют собой системы уравнений переменного типа: тип систем определяется областью параметров модели. Сравнительный анализ моделей приводит к выводу об отсутствии подобия в общем случае процессов тепло- и массопереноса в твердых средах.

Предложен и обоснован физически параметр, характеризующий отклонение системы от состояния термодинамического равновесия. Показана связь нового параметра с основными термодинамическими переменными. Представлены уравнения для потоков массы в многокомпонентных деформируемых средах, отражающие влияние нового параметра на коэффициенты диффузии и коэффициенты переноса под действием напряжений в неравновесных условиях.

Предложена модель изотермического отжига материала с двухслойным покрытием с учетом взаимовлияния процессов диффузии и деформирования. Даны оценки концентрационных напряжений в диффузионной зоне в процессе отжига. Показано, что учет влияния напряжений на массоперенос может иметь принципиальное значение для формирования распределения концентраций.

предложена и исследована модель насыщения поверхностного слоя металлической тонкой пластины примесью из окружающей среды в условиях одноосного механического нагружения. Проанализировано влияние напряжений и деформаций на процесс диффузии. Показано, что, во-первых, вследствие деформации кристаллической решетки основы работа напряжений, возникающих в локальных объемах, приводит к изменению энергии активации дифффузии; во-вторых, напряжения влияют на перенос примеси (этот эффект аналогичен массопереносу посредством бародиффузии в жидкостях). Численно исследовано совместное влияние двух видов воздействия напряжений и деформаций на поведение системы при различных геометрических и физических параметрах модели.

Методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии проведены исследования эволюции структуры ультрамелкозернистого молибдена в условиях одновременного воздействия внешнего приложенного напряжения и зернограничных диффузионных потоков атомов никеля с поверхности. Изучена кинетика и определены значения энергии активации инициированной диффузией никеля рекристаллизации ультрамелкозернистого молибдена.

Методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии проведены сравнительные исследования эволюции структуры ультрамелкозернистого и мелкозернистого молибдена в условиях одновременного воздействия внешнего приложенного напряжения в зернограничных диффузионных потоков атомов никеля с поверхности. Изучена кинетика и определены значения энергии активации инициированной диффузией никеля рекристаллизации молибдена в обоих состояниях. Установлена качественная идентичность влияния внешнего напряжения на развитие активированной рекристаллизации в молибдене с различным состоянием границ зерен. Обсуждаются возможные причины тормозящего влияния напряжения на развитие инициированной диффузией никеля рекристаллизации молибдена.

В рамках метода редукции размерности с использованием иерархически организованной памяти разработан алгоритм расчета силы трения между фрактальной шероховатой поверхностью и эластомером с произвольными линейными реологическими свойствами. Предлагаемый метод позволяет рассчитывать силу трения между эластомером и твердой поверхностью с экспериментально измеренной топографией с учетом как широкого спектра волновых векторов реальных поверхностей (от нанометров до сантиметров), так и широкого спектра времени релаксации (от наносекунд до секунд).

Представлены вольтамперная характеристика и интенсивность изнашивания зоны контакта металлических композитов в условиях скользящего токосъема без смазки. Показано, что зона трения композитов, содержащих менее 10 % Си и более 50 % Си, имеет низкую электропроводность и катастрофический износ при плотности тока менее 125 А/см2. . Отмечено, что композиты, содержащие около 20 % Си, имеют интенсивность изнашивания, близкую к нулю при скольжении с плотностью тока до -70 А/см2.. Катастрофический износ реализуется при плотности тока около 125-200 А/см2 в зависимости от структуры и фазового состава.

Предложена модель роста покрытия. Исследовано влияние параметров модели на динамику роста покрытия. Проведена оценка напряжений в покрытии и подложке для двух различных случаев: подложки, изготовленной из титана, и подложки - из цирконий-ниобиевого сплава.

В работе проанализирована модель насыщения тонкой пластины легирующим элементом в условиях нагружения равномерно распределенной постоянной нагрузкой. Учтено появление внутренних напряжений, сопровождающих диффузию, и влияние напряжений на массоперенос. Точное решение задачи о механическом равновесии позволило свести модель к нелинейной задаче диффузии с конвективным слагаемым, отвечающим за перенос массы под действием напряжений. Обнаружено, что внешнее нагружение оказывает существенное влияние на процесс, если величина распределенной нагрузки превышает величину внутренних напряжений, которая зависит от свойств вещества и типа диффузанта. Кривые зависимостей средних деформаций в направлении действующей нагрузки от времени типичны для явлений диффузионной ползучести.

Перечислены некоторые приближения, распространенные при построении моделей диффузионных процессов. Проведен анализ источников нелинейностей физической природы в моделях сред с диффузией. Дан вывод нелинейных диффузионных коэффициентов для бинарных и трехкомпонентных систем. Представлен пример нелинейной модели перераспределении примесей в трехкомпонентной системе с учетом механических напряжений, возникающих в диффузионной зоне.

Представлены соотношения обобщенных сил, удобные при выводе выражений для потоков тепла и массы в деформируемых средах. Подробный вывод уравнений для потоков дан на примере бинарных и трехкомпонентных систем. На основе термодинамики необратимых процессов и теории Онзагера показано, что число независимых коэффициентов переноса уменьшается при учете симметрии обобщенных дифференциальных уравнений состояния. Даны формулы для всех коэффициентов переноса, связывающие их с независимо определяемыми параметрами: коэффициентами самодифффузии, коэффициентами концентрационного расширения и коэффициентами Соре. Сделаны численные оценки коэффициентов.

Исследованы закономерности абразивного изнашивания высоколегированных сталей и диффузионных покрытий. Показано влияние структуры и свойств поверхности на механизмы изнашивания и особенности разрушения материала.

Проведено исследование влияния отжигов, в том числе и в условиях диффузии примеси из внешней среды (покрытия) по границам зерен, на эволюцию структуры зернограничного ансамбля субмикрокристаллического молибдена, полученного методом интенсивной пластической деформации (ИПД). Показана зависимость распределения границ зерен по разориентировкам от величины деформации, задаваемой в процессе ИПД. Установлено, что зернограничные диффузионные потоки атомов никеля с поверхности приводят к увеличению в зернограничном ансамбле субмикрокристаллического молибдена доли границ зерен специального типа. Предполагается, что это связано с зарождением в результате воздействия зернограничных диффузионных потоков никеля новых зерен.

В модели погруженного атома проведены расчеты вибрационных мод на поверхностях Pd (100), Pd (110), Pd (111). Найдено, что в случае поверхности Pd (111) наблюдается отличное согласие рассчитанной и экспериментальной частот релеевской моды в точке К. Несколько худшее согласие с имеющимися экспериментальными данными получено для поверхностей (110) и (100).

Исследована ползучесть поликристаллического железа в широком интервале скоростей деформации при наличии зернограничных диффузионных потоков никеля. Показано, что наличие потоков приводит к появлению ступенчатой сигмоидальной зависимости скорости установившейся ползучести от приложенного напряжения с показателем скоростной чувствительности m › 0,3. Анализируется взаимосвязь режима зернограничной диффузии величины показателя m.

Исследован эффект образования дислокационных структур вблизи границ зерен поликристаллического молибдена при зернограничной диффузии никеля из внешнего источника. Обсуждается влияние режима диффузии на особенности проявления данного эффекта для границ зерен различного типа.

Исследована ползучесть тонких образцов молибдена в широком интервале скоростей деформации при воздействии зернограничными диффузионными потоками никеля из внешнего источника (покрытия). рассмотрено влияние толщины разупрочненного (за счет диффузионных потоков) слоя на характер зависимости lg σ - lg ε. Проведен анализ влияния режима зернограничной диффузии примеси на величину показателя скоростной чувствительности и зависимость скорости миграции границ зерен от внешних напряжений.

Проведен оже-спектральный анализ состояния границ зерен молибдена после отжига без нагрузки и при ползучести в условиях диффузионного контакта с никелем. Показана возможность анализа режима зернограничной диффузии и мигрирующих границах путем определения концентрации примеси в них после испытаний. анализируются причины изменения показателя скоростной чувствительности и проявления сверхпластичных свойств молибдена при ползучести в указанных условиях.

Методом микрокалориметрии определены интегральные теплоты межфазного взаимодействия жидких алифатических и ароматических углеводородов с волокнами и порошками полиакроилонитрила, полипропилена, глиной и песчаником при 293 и 303 К. Получены зависимости теплоты адсорбции углеводородов от массового соотношения сорбат:адсорбент. Теплота и продолжительность установления равновесия процесса взаимодействия углеводородов с твердыми поверхностями зависят в основном от структуры адсорбента.

Методом проекционных присоединенных волн с обобщенным градиентным приближением для обменнокорреляционного функционала (РВЕ) изучена адсорбция водорода на поверхностях (001) и (110) сплава PdFe. Определены наиболее предпочтительные позиции адсорбции водорода на двух поверхностях. Показано, что на поверхности (001) независимо от ее окончания более предпочтительна адсорбция водорода в ямочной позиции. На поверхности (110), оканчивающейся палладием, более предпочтительна адсорбция водорода в мостиковой В1-позиции, тогда как мостиковая В2-позиция становится более выгодной в случае окончания поверхности железом. Учет магнетизма приводит к уменьшению энергии адсорбции водорода на поверхностях (001) и (110) независимо от их окончания, но не изменяет тенденции в энергетике связи, полученные в немагнитном расчете. В целом магнетизм влияет на положение водорода относительно поверхностного слоя и уменьшает отрицательную релаксацию межплоскостных расстояний в случае окончания обеих поверхностей железом, а водород в свою очередь уменьшает магнитный момент ближайших к нему атомов железа. Анализируются диффузионные пути водорода с поверхности в глубь материала.

Представлены соотношения и результаты расчетов эффективной толщины осажденного слоя водяного пара и эффективной длины оптического пути, приведенной по поглощающей способности углекислого газа к приземному слою атмосферы. Расчеты выполнены для оптико-электронных систем ИК-диапазона, работающих на наклонных трассах при углах места менее 20 гр с учетом сферичности земной поверхности.

Проведен обзор работ, посвященных исследованию особенностей диффузии по границам зерен и контролируемых ею процессов в субмикроскопических и нанокристаллических материалах, полученных методами интенсивной пластической деформации. для установления параметров диффузии по границам зерен и тройным стыкам в металлах, не зависимых от результатов обработки диффузионных экспериментов на основе моделей диффузии, представлены результаты молекулярно-динамического исследования диффузии в нанокристаллическом состоянии на примере меди. Проводится сопоставление диффузии по границам зерен в субмикроскопических и нанокристаллических материалах, полученных различными методами.

Рассмотрены процессы упругой и пластической деформации металлических, оксидных и полупроводниковых пленок в процессе роста, термического отжига и механического нагружения. Показано, что при сжатии тонких пленок на податливой подложке на их поверхности формируются складки и происходит когерентная деформация подложки. В случае жесткой подложки сжимающие напряжения приводят к упругому изгибу пленки с локальным либо периодическим отслаиванием от подложки. Процесс пластической деформации тонких пленок определяется конкуренцией между изменениями их поверхностной энергии и энергии деформации. Выявлена фундаментальная роль периодического распределения напряжений и деформаций на границе раздела двух сред, лежащего в основе механизмов деградации тонких пленок при различных внешних воздействиях.

Обобщены результаты электронномикроскопического исследования высокодефектных структурных состояний в наноструктурных (НС) материалах (Cu, Ni, Ni3Al, аустенитные стали), полученных в различных условиях интенсивной пластической деформации: кручение в наковальнях Бриджмена, равноканально угловое прессование, большие деформации прокаткой при комнатной температуре. Проанализированы поля локальных внутренних напряжений в этих состояниях. Предложена модель дефектной субструктуры объема и неравновесных границ зерен НС материалов.

В работе проведено исследование закономерностей локализации деформаций на границах раздела структурных элементов в квазидвумерных блочных (плитных) средах. В качестве модельной плитной среды использовался ледовый покров озера Байкал. основное внимание уделено анализу взаимосвязи внутриплитных деформаций и межплитных перемещений. Установлнео, что активизация конвергентных смещений на межплитных границах и развитие зон поддвига в ледовом покрове связаны с ростом растягивающих внутриплитных напряжений, что соответствует основным закономерностям тектонических процессов в литосфере. На основе анализа распределения напряжений сделано заключение о том, что закономерности деформационных процессов в плитном ледовом покрове отвечают концепции тектоники литосферных плит. Полученные результаты позволили оценить характерный уровень тектонических напряжений (2-10% величины прочности материала плит), при котором происходит активизация конвергентных смещений на межплитных границах. При этом на отдельных участках плитной среды возможно достижение аномально высоких значений внутренних напряжений (до 20-30% прочности), приводящих к фрагментации структурных блоков и вовлечению образовавшихся границ раздела в деформационные процессы. Показано, что в условиях столь высоких внутренних напряжений наблюдаются заметные отклонения деформационного режима на межплитных границах от типичного, что можно рассматривать как предвестник динамических сейсмогенерирующих событий.

Методами рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии выполнено исследование особенностей субструктуры и величины локальных внутренних напряжений в нано- и нанокомпозитных покрытиях TiN, n-TiN/Cu, n-AlN/Cu вблизи поверхности их сопряжения с подложкой и на расстоянии h = 2–3 мкм. Показано, что в покрытиях n-AlN/Cu по всей толщине обнаруживается нанозеренная (d < 20–25 нм) структура, тогда как в покрытиях нитрида титана наблюдается двухуровневая зеренная структура, высокая кривизна-кручение решетки и высокий уровень локальных внутренних напряжений. Предполагается, что указанные особенности связаны с механизмом роста покрытий.??.

В настоящей работе с позиций физической мезомеханики численно исследуются процессы формирования деформационного рельефа на поверхности структурно-неоднородных материалов на примере поликристаллических материалов и материалов с покрытиями. В трехмерной постановке исследовано напряженно-деформированное состояние в объеме и на поверхности материалов в условиях одноосного растяжения. Проанализировано влияние внутренних границ раздела на процессы, происходящие на поверхности. Показана роль внутренней структуры в процессе формирования деформационного рельефа на свободной поверхности.

Проведены результаты электронно-микроскопического исследования особенностей высокодефектного структурного состояния, формирующегося в никеле (99,998%) после интенсивной пластической деформации кручением под давлением при комнатной температуре. С применением специальных методов просвечивающей электронной микроскопии качественно определены характерные параметры зеренной и дефектной структур. на основе полученных экспериментальных данных выполнена оценка величин локальных внутренних напряжений и ссответствующих им градиентов на субмикромасштабном уровне. Рассмотрены возможные механизмы, обеспечивающие формирование субмикрокристаллического структурного состояния.