Предложена двумерная модель синтеза покрытия в условиях электронно-лучевой обработки. Представлены результаты численного исследования модели, иллюстрирующие роль технологических параметров в режимах превращения. Показано, что степень превращения и состав покрытия существенно зависят от режима обработки.

Вашему вниманию предлагаются материалы Симпозиума Eurastrencolk-2004, посвященного памяти академика В. П. Ларионова, великого сына якутского народа, первого академика Российской академии наук из народа саха, который стоял у истоков организации ИФТПС СО РАН и научных исследований, направленных на повышение работоспособности техники и металлоконструкций в условиях холодного климата. В трудах симпозиума представлены материалы по проблемам прочности материалов и машин в условиях низких климатических температур, вопросы, касающиеся исследований вязко-хрупкого перехода, физико-химии и механики процессов разрушения материалов в экстремальных условиях. Особое место уделено решению проблем, связанных с разработкой теоретических основ создания новых материалов - металлов, сплавов и покрытий с высокими хладостойкими и износостойкими свойствами, композиционных и наноматериалов, полимерных материалов, материалов с уникальными свойствами. Рассмотрены задачи теплофизики и тепло-массопереноса в элементах конструкций, подвергшихся комбинированному воздействию низких температур и силового нагружения. Труды симпозиума будут полезны для широкого круга научных и инженерно-технических работников, аспирантов и специалистов, интересующихся вопросами энергетики, транспорта энергоресурсов и материаловедения в регионах холодного климата.

Приведены результаты комплексных экспериментальных исследований и численного моделирования процессов пластической деформации материалов с покрытиями или поверхностным упрочнением на мезо- и макромасштабном уровнях. Показано влияние процессов, развивающихся на границе раздела покрытие - подложка, на развитие пластической деформации всей композиции. На основании полученных данных даются рекомендации по созданию поверхностно-упрочненных материалов, обладающих высокими эксплуатационными свойствами.

В трудах рассматриваются вопросы, связанные с решением проблем прочности материалов и машин в условиях низких климатических температур, вязко-хрупкого перехода, физикохимии и механики процессов разрушения, повышением качества металлоизделий с использованием нанотехнологий. Значительное место уделено решению проблем, связанных с разработкой теоретических основ создания новых материалов - металлов и сплавов с высокими хладостойкими и износостойкими свойствами, композиционных и полимерных материалов, сталей нового поколения, в том числе для энергетики Севера. Обсуждены проблемы транспортно-энергетической инфраструктуры азиатской части России, ресурсного потенциала РС(Я) и стратегические приоритеты в формировании энергетических центов Востока России, концепция обеспечения экологической безопасности нефтегазового комплекса и трубопроводного транспорта на основе ГИС-технологий и интегрированной системы моделирования и прогнозирования возникновения чрезвычайных ситуаций на территории Северо-Востока России. Сборник предназначен для широкого круга научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами прочности металлоконструкций, безопасности промышленных объектов, разработкой новых материалов и обеспечением надежности энергетических систем и комплексов.

В работе исследуются процессы деформации и разрушения материалов с покрытиями различной толщины. Краевая задача механики решается численно методом конечных разностей в постановке плоской деформации. Для описания механического отклика стальной подложки и боридного покрытия используются модели упругопластической среды с изотропным упрочнением и упруго-хрупкого разрушения соответственно. Геометрия границы раздела «покрытие - подложка» соответствует экспериментально наблюдаемой и учитывается в расчетах явно. Проведены серии численных экспериментов при варьировании толщины покрытия. Показано, что в пределах тонкого поверхностного слоя (около 80 мкм) концентрация напряжений вблизи границы раздела «покрытие - подложка» увеличивается при уменьшении толщины покрытия, т.е. по мере приближения данной границы к свободной поверхности образца. Установлено, что данный эффект проявляется уже на упругой стадии и усиливается по мере развития пластической деформации в подложке.

Исследованы структура и свойства покрытий, полученных электронно-лучевой наплавкой порошковой смеси частиц СВС-композита TiB2-Fe и металлической связки из высокохромистого чугуна. изучено влияние состава исходных компонентов в направляемой шихте на механизм фазообразования и структурообразования.

В настоящий тематический сборник включены статьи по проблемам наплавки, напыления, припекания защитных порошковых покрытий, спекания металлических порошков, прочности и теплофизики порошковых покрытий. Включены вопросы модельных представлений и экономики применительно к порошковым покрытиям, а также вопросы геометрии их поверхностей. Материалы сборника могут быть полезными для инженеров и научных работников в области сварочных процессов, процессов нанесения защитных износостойких покрытий, аспирантов и студентов технических вузов, физических и механико-математических специальностей университетов и педвузов.

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.

Рассмотрены процессы формирования газотермических покрытий и их моделирование для различных технологий, стадий напыления и последующей обработки нанесенных материалов. С учетом критериев работоспособности структуры покрытий и современных представлений о возможностях ее модифицирования должное внимание уделено моделированию формирования высокопрочных аморфных фаз при взаимодействии частицы расплава с твердой поверхностью при плазменном напылении. Для специалистов предприятий практическую ценность имеет информация о примерах оптимизации технологий нанесения функциональных защитных покрытий. Указанные сведения могут быть приняты за основу при разработке технологических процессов на предприятиях, занимающихся восстановлением и упрочнением деталей, которые выходят из строя вследствие изнашивания, коррозии, теплового разрушения. Предназначена для научных, инженерно-технических работников в области моделирования процессов и разработки технологии нанесения защитных покрытий, будет полезна аспирантам, студентам.

Методом уравнений движения рассмотрены диссоциация молекулы газа и образование новой химической связи на поверхности переходного металла при адсорбции. Показано, что оба процесса реализуются из смешанного состояния, возникающего при взаимодействии адсорбат-поверхность. Диссоциация происходит вследствие резонансного увеличения колебательной моды молекулы. При этом барьер диссоциации определяется энергией гибридизации и частотой перехода между электронами молекулы и d-электронами металла в смешанном состоянии. Установлены условия резонанса, при которых образуются новые структуры на поверхности.

В работе обсуждаются возможности использования методов теории оптимального управления в области термической обработки материалов и их поверхностей. Для анализа физико-математических моделей технологических процессов, учитывающих разнообразные физико-химические процессы и потому являющихся многопараметрическими, предлагается подход, основанный на сочетании анализа размерностей и теории управления для динамических систем с распределенными параметрами. В качестве примера проанализирована модель термической обработки плоского слоя материала с использованием ТВЧ-нагрева.

Проведено исследование процессов пластической деформации на мезо- и макромасштабном уровнях при трении и изнашивании конструкционной стали с композиционным упрочняющим покрытием. Показано, что характер пластической деформации на мезомасштабном уровне в композициях с покрытиями характеризуется рядом существенных особенностей, связанных с возникновением иерархии концентраторов напряжений на двух границах раздела: "контртело-покрытие" и "покрытие-основа". Анализ изображений поверхности трения с помощью оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC позволил установить, что под действием поперечных составляющих сдвигов, развивающихся в результате релаксации мезоконцентраторов напряжений на границе раздела "контртело-покрытие", создается периодическое чередование зон растяжения и сжатия. Это обусловливает поперечное перераспредление твердых частиц в тонком поверхностном слое и возникновение в нем "строчечной" структуры.

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.

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.

Настоящий сборник издается в связи с 25-летием Института химии и химической технологии Сибирского отделения Российской Академии наук. Представлены статьи ведущих ученых Института, отражающие его достижения за последние 5 лет в области химико-металлургических процессов, химии цветных, редких и благородных металлов, химии и каталитической переработки природного органического сырья (древесной биомассы, угля, природного газа), проблем материаловедения и создания новых материалов для различных областей техники, медицины, фармакологии и др. Для научных сотрудников, преподавателей вузов, аспирантов, студентов.

В монографии изложены основы теории неоднородности. Сообразно конкретным примерам описания равновесий сорбции ионов металлов на поверхности активных углей показаны возможности применения методов "интегрального исчисления адсорбции" в исследовании физико-химических свойств неоднородных сорбентов. Книга предназначена для научных сотрудников, студентов и аспирантов химических специальностей высших учебных заведений, интересующихся вопросами теории сорбционных явлений.

Представлена модель, описывающая начальные стадии формирования барьерного слоя при высоковольтной импульсной поляризации при формировании оксидно-керамических покрытий, в которой скорость процесса определяется скоростью доставки кислородсодержащих ионов к поверхности. Получено согласие расчетных вольтамперных зависимостей с экспериментальными кривыми.

С помощью метода подвижных клеточных автоматов была развита многоуровневая модель структурно-неоднородных покрытий. Она основана на последовательном выполнении следующих этапов: моделирование однородных образцов со свойствами составляющих компонентов покрытия; определение представительного объема неоднородного покрытия с явным заданием его структуры; неявный учет свойств неоднородностей малого масштаба в полномасштабной модели. развитая модель была применена для изучения разрушения структурированных покрытий, полученных электронно-лучевой наплавкой на стальной подложке, при различных видах механического нагружения.

Рассмотрено влияние металла-комплексообразователя в молекуле тетрафенилпорфина на его каталитическую активность в реакции окисления алкилароматических углеводородов молекулярным кислородом. Найдена зависимость каталитической активности металлопорфиринов (ТФП Сo, Cu, Zn, Mn, In) от их потенциалов окисления и распределения электронной плотности в молекуле. Показано влияние электронодонорного соединения имидазола на скорость реакции окисления.

В монографии впервые обобщены результаты исследований по распределению наноразмерных частиц в двухфазных системах. Приводятся достаточно подробные описания методик экспериментальных исследований. Это позволит в будущем исследователям этих процессов корректнее проводить эксперименты и получать достоверные данные. Теоретические модели и результаты расчетов, приведенные в монографии, фиксируют возможные подходы к описанию процессов распределения наночастиц в двухфазных системах. Эти исследования станут «центром кристаллизации» и будут развиваться далее за счет формулировки более точных теоретических моделей и подходов. Изучение поведения наноразмерных частиц в двухфазных системах позволит сформулировать новые теоретические подходы к описанию перехода систем частиц от молекулярных к надмолекулярным размерам и дать новые подходы для формулирования принципа перехода количества в качество в теории растворов и фазовых переходов. Для химиков-технологов откроются новые особенности технологических процессов как в нанотехнологиях, так и в традиционных технологиях, но с учетом наноразмерных частиц в составе реакционных смесей и фаз. В монографии представлен новый метод разделения -термодистилляция. Показаны его возможности в ряде практических задач. Монография будет полезна для специалистов разного профиля, работающих в области физической химии и химической технологии, в том числе над реализацией нанотехнологий в различных областях науки и техники, а также студентам вузов при изучении курса «Нанотехнологий», «Нанотехнологий в наноэлектронике и оптике», «Микро- и наноэлектроника».

Рассматривается комплекс проблем, возникающих в природных объектах и водных средах под действием постоянных и низкочастотных магнитных полей. Обсуждается воздействие как естественных геомагнитных полей, так и искусственных на процессы переноса в водных электролитах, как в объеме, так и на поверхности раздела фаз. Значительное внимание уделено электромагнитной экологии. Описаны геофизические, биофизические явления, процессы моделирования различных природных явлений.Рассмотрена физика явлений на макро- и микроуровне. В основу книги положены собственные исследования автора и соавторов. Книга является продолжением предыдущих четырех монографий. Приведена информация об ученых, внесших личный вклад в различные проблемы, затрагиваемые в книге.Представляет интерес для специалистов в следующих областях: гидродинамика (в основном магнитогидродинамика и электрогидродинамика), геофизика, физика атмосферы, гравитационные и магнитные аномалии, биофизика, электрохимия (катодное осаждение металла и анодное растворение), влияние космических процессов на биосферу.Для широкого круга читателей различного уровня: специалистов, студентов, бакалавров, магистров, аспирантов различных специальностей, а также для школьных преподавателей физики в школах и колледжах.

Предложена математическая модель электронно-лучевой закалки углеродистых сталей при облучении в пучке релятивистских электронов с учетом изменения условий кристаллизации в результате попадания в расплав инертных частиц. Модель основана на аналогии с теорией двухфазной зоны. Задача решается численно.

Сборник посвящен вопросам физикохимии адгезии, смачиваемости, капиллярным свойствам металлических и неметаллических расплавов, процессам растекания жидких фаз по твердым, контактного взаимодействия, пропитки, капиллярной коалесценции частиц. Приведены результаты исследований и технологических разработок в области адгезионно-активных припоев и металлизационных сплавов, пайки неметаллических материалов, нанесения покрытий. Рассчитан на специалистов, занимающихся вопросами межфазных явлений при высоких температурах и практическим применением их в области пайки материалов.

Сборник посвящен вопросам физикохимии адгезии, смачиваемости, капиллярным свойствам металлических и неметаллических расплавов, межфазным явлениям на границе твердых и жидких фаз при высоких температурах, процессам смачивания, растекания жидких фаз по твердым, взаимного растворения и контактного взаимодействия. Освещены вопросы пайки и металлизации материалов, приведены результаты исследований и технологических разработок в области адгезионноактивных припоев и металлизационных сплавов, пайки неметаллических материалов, нанесения покрытий. Для специалистов, занимающихся вопросами межфазных явлений при высоких температурах и практическим применением их в области пайки материалов.

Рассмотрены вопросы физикохимии поверхностных явлений в расплавах, адгезии, смачиваемости, капиллярных свойств металлических и неметаллических расплавов, процессов растекания жидких фаз по твердым, контактного взаимодействия, пропитки, капиллярной коалесценции частиц. Приведены результаты исследований и технологических разработок в области адгезионно-активных припоев в металлизационных сплавов, пайки неметаллических материалов, нанесения покрытий. Для специалистов, занимающихся вопросами межфазных явлений при высоких температурах и практическим применением их в области пайки материалов.

В монографии рассмотрены основные вопросы технологии электронно-лучевой плавки и рафинирования металлов и сплавов, а также термодинамики и кинетики процессов рафинирования жидкого металла в вакууме. Предложена новая классификация современных способов рафинирования, сформулирован основной принцип математического описания их кинетики и разработана методика учета концентраций реагентов на межфазной поверхности. Приведены экспериментальные данные по кинетике рафинирования металлов и сплавов при электронно-лучевой плавке, в том числе с применением рафинирующих флюсов. Намечены основные пути оптимизации и дан сравнительный анализ современных способов рафинирования металлов и сплавов при электронно-лучевой плавке. Для научных и инженерно-технических работников предприятий металлургической промышленности. Может быть полезна студентам вузов.

В книге обобщены и систематизированы многочисленные исследования (особенно работы последних лет) по химии и технологии получения редко встречающихся в природе металлов. Особый интерес для читателя представляет материал по экстракционным методам выделения редких металлов. Гидрометаллургические процессы описаны с использованием современной химической базы. Предназначена для научных и инженерно-технических работников в области неорганической химии, геохимии, металловедения, химической технологии.

Изучена структура и абразивная износостойкость углеродсодержащих азотистых покрытий, формирующихся при электронно-лучевой наплавке, в зависимости от способа приготовления наплавочного порошка и содержания в нем углерода.

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.

Исследована микроструктура, твердость и фазовый состав электронно-лучевых покрытий, наплавленных порошками, полученными вибропомолом стружковых отходов быстрорежущей стали Р6М5. Меньшая твердость покрытий по сравнению с покрытиями, наплавленными промышленным распыленным порошком, объясняется пониженным содержанием углерода в порошке из стружки. Диффузионный отжиг порошка с добавками сажи увеличивает твердость покрытий до уровня твердости покрытий, наплавленных распыленным порошком.

Предложена математическая модель для описания процессов в электролитической ванне при нанесении кальций-фосфатных покрытий микродуговым методом. Учитываются диффузия в жидкой и твердых (взвешенных частицах и титановом образце, на который наносится покрытие) фазах; основные химические превращения в частицах и в жидком растворе. Разработан алгоритм численного решения задачи, учитывающий различие характерных масштабов в различных фазах. Представлены отдельные расчеты, иллюстрирующие возможности модели.

Исследовано влияние импульсного облучения мощным электронным пучком на структуру плазменных металлокерамических покрытий, напыленных композиционными порошками TiC-(Ni-Cr). Установлено, что импульсное электронное облучение приводит к нагреву покрытия вплоть до его полного переплава. С увеличением размера частиц напыляемого композиционного порошка эффективность нагрева слоя покрытия повышается.

Исследовано влияние ZrO2 на структуру и твердость электронно-лучевых покрытий системы Ti-B-Fe. Установлено, что модифицирующее действие ZrO2 (не более 1 масс.%) в условиях электронно-лучевой наплавки проявляется в увеличении степени дисперсности структурных составляющих во всем объеме наплавленного слоя, а также в упрочнении твердого раствора металлической матрицы ультрадисперсными первичными оксидными частицами и продуктами их восстановления.

Изучены структура, фазовый состав и износостойкость аустенитных покрытий с карбидным упрочнением. Установлено, что в процессе наплавки и старения в объеме упрочненного слоя формируется однородная дисперсно-упрочненная структура с мультимодальным распределением частиц упрочняющей фазы по размерам, позволяющая увеличить микротвердость и износостойкость покрытия в 1,5-2 раза.