Проведено исследование деформационного поведения рекристаллизованного цирконий-ниобиевого сплава Э125 на макроскопическом уровне. Проанализирована эволюция пространственно-временных распределений локальных деформаций на всех стадиях кривой деформационного упрочнения. Установлено, что на стадии предразрушения наблюдаются очаги локализованного пластического течения с различным уровнем накопления деформации. Очаг с максимальной амплитудой деформации практически неподвижен и отмечает место будущего разрушения. Остальные зоны локализованной деформации движутся с тем большей скоростью, чем дальше они отстоят от места разрушения. Кинетика очагов локализации деформации позволяет оценивать время жизни образца и координаты места разрушения.

В работе представлены результаты расчетов полной (латеральной и вертикальной) релаксации поверхностей меди (001) и (111) в присутствии малого кластера из адатомов Со (димер), локальных плотностей колебательных состояний и поляризации этих состояний. расчеты проводились с использованием потенциалов межатомного взаимодействия, построенных в приближении сильной связи (tight-binding approximation). Анализ полученных результатов показал, что присутствие димера кобальта приводит к модификации колебательных состояний повеехности меди, а также возникновению новых мод локализованных как на адатомах кластера. так и на поверхностных атомах подложки. Обнаруженная анизоропия релаксации поверхностей в направлении [001] приводит к деформации межатомных связей и расщеплению колебательных мод димера. Значения времени жизни колебательных состояний димера для обеих рассмотренных поверхностей практически равны, однако обнаружен частотный сдвиг.

В наступившем году Томский научный центр СО РАН отметит свое 30-летие. Юбилеи отпразднуют и его институты. Институту физики прочности и материаловедения - 25 лет. А Институт оптики атмосферы и Институту химии нефти исполняется по 40 лет. Как считает председатель президиума ТНЦ СО РАН Сергей Псахье, это означает, что академическая наука в Томске тоже может официально отметить 40-летие. По просьбе журнала "Территория интеллекта" накануне профессионального праздника - Дня науки С. Г. Псахье рассказывает о работе ученых за прошлый год и об отдельных итогах, с которыми ТНЦ подошел к юбилейному году.

Предложена и численно проанализирована стационарная модель фильтрационного сжигания газа с учетом условий на входе в пористое тело и условий теплообмена с газовой фазой, окружающей горелочное устройство, и с теплообменником. Определены области параметров, в которых реализуется режим горения газа с узкой реакционной зоной вблизи внешней поверхности пористого тела. Дана оценка механических напряжений, возникающих в пористом теле вследствие высоких значений градиента температуры и давления газа в порах. Построены зависимости скорости сжигания газа и радиационного потока тепла с поверхности горелки от технологических параметров.

Методом молекулярной динамики изучены кинематические характеристики незамкнутых наноструктур, сформированных из двухслойных наноразмерных кристаллических пленок на примере системы Ni–Cu. Межатомное взаимодействие описывалось в рамках метода погруженного атома. Показано, что при отделении от подложки исходная пленка совершает слабозатухающие колебания, амплитуда которых зависит от величины запасенной упругой энергии, определяемой степенью несоответствия параметров решеток в кристаллических слоях. Собственные частоты колебаний сформированных незамкнутых наноструктур определяются геометрическими размерами и кристаллографической ориентацией исходной пленки. Проанализировано влияние кристаллографической ориентации исходной пленки на параметры колебаний незамкнутых наноструктур. Полученные закономерности представляют интерес при конструировании компонентов наноустройств различного функционального назначения.

В работе проведено исследование влияния учета кинематического упрочнения на напряженно-деформированное состояние преграды при ее ударном нагружении. Упругопластическое деформирование анизотропной преграды моделируется в трехмерной постановке в рамках механики сплошной среды на основе теории течения. На примере транстропного алюминиевого сплава Д16Т численно моделируется поведение упрочняющегося начально анизотропного материала преграды методом конечных элементов. Показаны характер и особенности распределения зон изменения пределов пластичности материала на растяжение и сжатие в преграде при ее ударном нагружении.

В работе проводили исследования деформационного поведения при одноосном статическом сжатии керамических образцов из диоксида циркония, обладающих различной поровой структурой. Показано, что в образцах с крупными порами последние являются активным структурным промежуточным уровнем деформации, вовлечение которого в сопротивление пластическому деформированию обусловливает существенное (в 3 раза) повышение степени деформации при разрушении при сопоставимом уровне предела прочности в образцах обоих типов. Предложена методика установления стадийности деформационных процессов на мезомасштабном уровне, основанная на построении и последующем анализе зависимости внешнего деформирующего напряжения от логарифма интенсивности деформации сдвига. На основании полученных данных предложена схема структурных уровней деформации исследуемых материалов, в основу которой положен анализ стадийности зависимости sigma–gamma.

Методом квазидинамического прессования получен мезоструктурный композит — материал, представляющий собой матрицу-каркас из основы материала, заполненную включениями. Размер включений соизмерим с размером зерна основы материала. Основой мезоструктурного композита являлась медь или внутреннеокисленная медь в форме порошковой фракции, которая подвергалась механолегированию нанокомпозитом. Нанокомпозит представлял собой смесь 60 % меди и 40 % наноразмерных частиц TiB2. Метод изготовления материала, характеризуемый большими деформациями, определил самоорганизацию микроструктуры при сохранении размера упрочняющих частиц TiB2 в сформировавшейся структуре включений. Механические свойства мезоструктурного композита существенно превосходят свойства основы композита. Показано также, что механические свойства сплавов с основой из внутреннеокисленной меди с 6–9 об. % наночастиц TiB2 близки свойствам сплава с основой из меди с 18 об. % наночастиц TiB2. Электросопротивление мезоструктурного композита с основой из внутреннеокисленной меди (6–9 об. % наночастиц TiB2) на 2–4 % выше электросопротивления внутреннеокисленной меди, а у сплава с основой из меди (18 об. % наночастиц TiB2) оно выше на 8 %.

Предложена и исследована математическая модель процесса спекания порошковых катодов. Учитывается, что химические превращения происходят с изменением объема и сопровождаются появлением механических напряжений и деформаций дополнительно к напряжениям и деформациям вследствие высоких градиентов температур. В модели полагается, что химические реакции тормозятся слоем продукта. В работе проведена оценка параметров модели. Определены распределения температуры, концентраций элементов и соединений, относительного объема образца и объемных деформаций.

Исследовали структурно-механические особенности пластической деформации фольг монокристалла алюминия {100}001, наклеенных на плоские образцы алюминиевого сплава, которые деформировали в режиме малоцикловой усталости. Установлено, что пластическая деформация начинается после латентного периода на лицевой поверхности и с ростом числа циклов нагружения распространяется через толщину фольги. Специфический поверхностный рельеф, образующийся на обратной стороне фольг алюминия, подобен рельефу, наблюдающемуся на лицевой поверхности фольг. Показано, что наиболее важной причиной зарождения пластической деформации на лицевой поверхности и распространения ее через всю толщину фольги является действие моментных напряжений, которые возникают в поперечном сечении фольги в результате внецентренного приложения нагрузки к фольге. Сделан вывод, что влияние моментных напряжений необходимо учитывать при нанесении на фольги защитных и функциональных покрытий, особенно при их значительной толщине и работе в условиях циклического растяжения.

В работе обсуждаются принципы оценки и обеспечения эксплуатационной работоспособности твердотопливных энергетических установок, активно используемых в настоящее время в ракетно-космических системах. Основное внимание уделяется выявлению наиболее опасных областей топливных элементов, где при эксплуатации могут образовываться аномалии и дефекты структурной целостности, выяснению факторов, вызывающих эти явления, и разработке методов их устранения. Дана общая характеристика проблемы, изложены закономерности механического поведения высокоэнергетических конденсированных материалов в зоне скрепления топливного элемента с корпусом энергетической установки, обсуждены особенности реализуемого напряженно-деформированного состояния и соответствующие подходы к оценке работоспособности исследуемой зоны топливного элемента.

Методом просвечивающей электронной микроскопии проведено исследование микрополосовых наноструктурных состояний, формирующихся при комнатной температуре в процессе больших деформаций прокаткой сплава V-4Ti-4Cr (ФГУП-ВНИИНМ)ю Показано, что характерными особенностями этих состояний являются: высокие значения кривизны кристаллической решетки; границы с переменными векторами разориентации и высокой плотностью частичных дисклинаций; локальные внутренние напряжения; преимущественный характер переориентации вокруг направлений с высокой плотностью высокоугловых границ . Высказано предположение, что эти особенности, а также возможность очень больших деформаций сплава прокаткой при комнатной температуре, являются результатом пластической деформации и переориентации кристаллической решетки механизмами прямых плюс обратных (по альтернативным системам) мартенситных превращений в полях высоких локальных напряжений.

Исследованы структурные характеристики и трибомеханические свойства покрытий на основе системы Ti-Al-N, полученных в условиях магнетронного напыления без и с сопровождением ионной бомбардировкой, а также путем послойного напыления с ионнолучевой обработкой каждого слоя. Установлен характер влияния температуры осаждения и способа ионной обработки на микро- и нанотвердость, модуль упругости и износостойкость покрытий. На основании анализа фазового и химического состава покрытий и определения уровня внутренних упругих напряжений, параметра решетки, среднего размера и кристаллографической ориентировки зерен основной фазы Ti1-хAlхN обсуждаются возможные механизмы наблюдаемого изменения свойств покрытий.

Установлены оптимальные условия синтеза высокоэффективных полимерных добавок для снижения гидродинамического сопротивления нефти и нефтепродуктов в магистральных трубопроводах.

Представлены результаты экспериментального исследования модификации покрытий на основе TiN комбинированным потоком ионов Al + B. Сформулирована модель процесса поверхностной обработки, учитывающая основные физико-химические явления, приводящие к изменению фазового состава и структуры покрытия. Проведена оценка параметров модели. Показано ее качественное соответствие данным эксперимента.

Рассмотрен механизм упрочнения сплава Zr-1,0%Nb за счет перераспределения кислорода в твердом растворе. Предложена технология выплавки сплава, обеспечивающая оптимальное содержание и распределение ниобия и кислорода в слитке за счет применения пентаоксида ниобия Nb2O5. С помощью электронной микроскопии проанализировано распределение кислорода, обнаружены соединения Zr и Nb с кислородом нестехиометрического состава. Исследованы закономерности локализации пластической деформации, приводящие к образованию шейки при механических испытаниях и разрушению в ходе технологического процесса производства труб из сплава Zr-1,0%Nb для оболочек ТВЭЛов. Установлены основные закономерности, связывающие дислокационные характеристики сплава с количественными параметрами локализации деформации. Проведены типовые испытания труб из сплава Zr-1,0%Nb, содержавшего 0,05-0,09 масс% О2, показавшие улучшение служебных свойств материала.

Исследовано влияние закалки в пучке релятивистских электронов на структуру и свойства поверхностного слоя стали 50. Обнаружен эффект упрочнения, связанный с образованием мартенситной структуры. Показано, что основными параметрами, которые влияют на дисперсность мартенсита, глубину закаленного слоя, размеры переходной зоны, твердость и износостойкость, является время воздействия электронного пучка и погонная энергия процесса Q. Наблюдается линейная зависимость характеристик упрочненного слоя от величины Q.

Исследована структура, твердость и коррозионная стойкость покрытий, полученных методом наплавки в пучке релятивистских электронов, выпущенных в атмосферный воздух. Проведен сравнительный анализ свойств покрытий со свойствами нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Показана возможность создания данным методом на поверхности низкоуглеродистой стали наплавленных слоев с высокой коррозионной стойкостью, дополнительно упрочненных карбидами хрома.

Исследовано влияние облучения ионами N+, Ar+(40кэВ) и ионами Mn (45 кэВ) на механические свойства, морфологию поверхности и состав поверхностных слоев углеродистой стали Ст3сп. Обнаружено сглаживание рельефа поверхности и немонотонное изменение микротвердости и усталостной прочности стали в зависимости от типа ионов и дозы облучения.

Исследованы структура, фазовый состав, твердость и износостойкость покрытий, полученных методом электронно-лучевой наплавки порошков тугоплавких соединений и их смесей на Ti и сплавы на его основе. Показано, что такие покрытия имеют неравновесную заэвтектическую или эвтектическую структуру на основе карбидов, нитридов, боридов и силицидов титана. Установлена корреляция между коэффициентом износостойкости покрытия и объемной долей частиц фазовых включений в слое наплавки.

Исследована структура и проведено испытание механических свойств магниевого сплава АМ60, подвергнутого ротационной ковке и последующему равно-канальному угловому прессованию (РКУП) при 350С. Установлено. что РКУП после ротационной ковки мало влияет на достигнутые механические свойства сплава, несмотря на то, что структура его из субзеренной превращается в зеренную. Кроме того, РКУП при указанной температуре инициирует интенсивное выделение частиц второй фазы и их коагуляцию.

Исследовано влияние тонких слоев из молибдена или тантала, созданных магнетронным напылением на поверхности никелида титана, на его физико-механические свойства, в том числе - сверхэластичность (СЭ), реактивные напряжения, а также микротвердость покрытий и спряженных с ними областей материала подложки.

В работе предложен способ оценки характера распределения деформации на различных глубинах. Численное моделирование упругопластической деформации горизонтальных слоев среды осуществлялось с использованием аналитического решения упругой задачи для задания нагрузки. Показано влияние глубины и прочности среды на расстояние между полосами локализованной деформации.

Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа проведены исследования структурных и фазовых превращений в стали 10Г2ФТ после холодной деформации кручением под гидростатическим давлением (КГД) и последующего нагрева. Независимо от исходного состояния - феррито-перлитного или мартенситных (полученных закалкой от 950С и 1180С), КГД при комнатной температуре приводит к формированию наноразмерной зеренно-субзернной ориентированной структуры. Средний размер элементов зеренно-субзеренной структуры в стали 10Г2ФТ после интенсивной пластической деформации больше в случае исходно феррито-перлитного состояния (95 нм) по сравнению с исходно мартенситной структурой (65 и 50 нам после закалки от 950С и 1180С соответственно). Показано, что закалка от температур 950С и 1180С приводит к формированию мартенсита разной дисперсности, что, в свою очередь, обуславливает различия в размере наноструктур и уровне прочностных свойств, получаемых после КГД. Закалка от температуры 1180С способствует более высокой термической стабильности, полученной после КГД нанокристаллической структуры стали 10Г2ФТ за счет большей доли выделяемых карбидов ванадия. Установлено, что КГД приводит к существенному росту микротвердости стали 10Г2ФТ по сравнению с исходным состоянием (более чем в 3 раза для феррито-перлитного состояния и более чем в 2 раза в случае исходно мартенситных состояний).

Исследована реакционная способность нанопорошков меди, полученных электрическим взрывом проводника и методом механохимии. В качестве модельной реакции использована реакция окисления изопропилбензола. Обсуждается зависимость скорости поглощения кислорода от удельной поверхности и способа получения нанопорошка меди. Предложен возможный механизм окисления изопропилбензола в присутствии нанопорошков меди.

Изучены возможности увеличения статической обменной емкости сильнокислотных ионообменных материалов, полученных путем прививки на полипропиленовые волокна стирола с последующим сульфированием синтезированных продуктов. Исследованы химическая и осмотическая устойчивость полученных сульфокатионитов, а также их морозостойкость в циклах замораживание-оттаивание.

Исследовано влияние нанокомпозитных покрытий на основе Fe-Cr-Ni-N и Fe-Cr-Ni, нанесенных на образцы из высокопрочной стали 38ХН3МФА с помощью магнетронного напыления с нагревом подложки до температуры 300С, а также в условиях ионной бомбардировки, на нанотвердость и износостойкость металлической компоненты при работе в паре трения с контртелом из полиамида ПА-66. Установлен характер изменения трибомеханических свойств в зависимости от режима и условий осаждения покрытий. На основании анализа фазового состава, параметра решеток, среднего размера зерен и уровня внутренних упругих напряжений II рода, определенных рентгеноструктурным методом, обсуждается взаимосвязь свойств покрытий с их структурно-фазовым состоянием.

Изучено совместное промотирующее влияние нанопорошков циркония и молибдена на каталитические свойства цеолита типа ZSM-5 с различным силикатным модулем в процессе конверсии природного газа в жидкие углеводороды. С помощью методов термического анализа и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения получены данные о количестве и природе коксовых отложений, образующихся в ходе реакции на поверхности катализатора Zr-Mo/ZSM-5. Показано, что добавка циркония к Mo-содержащему цеолиту приводит к повышению активности и селективности катализатора в образовании ароматических углеводородов из компонентов природного газа. Установлено, что максимальное количество ароматических соединений образуется в присутствии цеолита с силикатным модулем 40, содержащим 0,5% Zr и 4,0% Mo.

Исследовано влияние предварительной механической обработки порошка меди на качество покрытий, полученных плазменным напылением, показано существенное улучшение их внутренней структуры и прочностных свойств. Установлено, что удельный тепловой эффект взаимодействия механически отработанного порошка меди с уксусной кислотой возрастает при механической обработке в течение 15 мин, вероятно, за счет накопления дефектов в объеме металла, после чего происходит их релаксация. Показано, что химическая активность механически активированных порошков металлической меди и порошков меди, полученных методом электрического взрыва проволочек, коррелирует с межплоскостными расстояниями между плоскостями с индексами Миллера.

Приведены результаты исследования состава ароматических полициклических углеводородов (ПАУ) и других органических примесей в пробах подземных вод в районе Обь-Томского междуречья - в зоне подземного водозабора Томска. Произведено сопоставление состава ПАУ в водах, почве и породе водоносного горизонта. Оценены скорости фильтрации органических загрязняющих веществ с поверхности почвы в подземные водоносные горизонты. Показана незащищенность продуктивных горизонтов от поверхностного влияния и повсеместная загрязненность подземных вод ПАУ. Отмечена тенденция ухудшения качества подземных вод под действием техногенной нагрузки на зону питания водозабора.

Процесс изнашивания рассматривается как стохастический процесс, протекающий в поверхностных слоях контактирующих тел и включающий выкрашивание микрочастиц, их стохастический транспорт, а также процессы наносварки. Результаты исследования позволяют идентифицировать параметры макроскопической модели на основе моделирования процессов на наноуровне и тем самым осуществить переход от нано- к макроуровню.

Приведены результаты исследования триботехнических характеристик композиционного материала WC-сталь 110Г13 в контакте со стальным диском в диапазоне скоростей скольжения от 10 до 40 м/с при давлении 2 МПа, а также структуры поверхностей трения после испытаний. Установлена область скоростей скольжения (23-30 м/с), в которой наблюдается катастрофическое изнашивание материала. При более высоких скоростях протекает установившееся изнашивание. Показано, что резкое увеличение интенсивности изнашивания (в четыре раза) в диапазоне скоростей скольжения 23-30 м/с связано со сменой механизмов изнашивания. Установлено, что приповерхностная область материала WC-сталь 110Г13 имеет многослойное строение, причем слои сильно отличаются по структуре и свойствам.

Изучены химический, фазовый состав и структура слоев, полученных электронно-лучевой наплавкой на воздухе смесей порошков хрома и карбида хрома на низкоуглеродистую сталь. Определена микротвердость слоев по их толщине. Проведены испытания на изгиб, коррозионную стойкость, абразивный износ стали с наплавкой. Рассмотрен предположительный механизм формирования свойства покрытий: твердости, износостойкости, трещиностойкости и прочности на изгиб.

Методами оже-спектроскопии электронов, электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микротвердости исследованы особенности взаимосвязи состава, тонкой структуры с изменением прочностных свойств наноструктурных и нанокомпозитных покрытий Ti-Al-Si-N с высоким содержанием кислорода и углерода. Показано, что в данных покрытиях может быть сформирована фаза на основе TiN с нанокристаллической или двухуровневой зеренной структурой, распределенная в рентгеноаморфной фазе, объемна доля которой составляет 20-5-%. Характер зеренной структуры можно целенаправленно изменять легированием покрытий алюминием и кремнием. Установлено, что независимо от структурного состояния и состава покрытий в них наблюдается высокая термическая стабильность сверхтвердости и микроструктуры. Снижение твердости наблюдается в результате дислокационного возврата, релаксации напряжений и развития начальных стадий рекристаллизации. Высказано предположение, что высокие прочностные свойства покрытий обусловлены наличием дислокационной субструктуры и высоким сопротивлением сдвигу рентгеноаморфных фаз по границам нанокристаллитов.

В работе представлены результаты расчетов колебательных свойств димеров и тримеров кобальта на поверхности Cu(110). Анализируются локальные плотности фононных состояний и их поляризации. Расчеты проводились с использованием потенциалов межатомного взаимодействия, построенных в приближении сильной связи. Показано, что как для димера, так и для линейного тримера наблюдается сохранение колебательных мод свободных кластеров, однако обнаруженная анизотропия локальной релаксации поверхности приводит к деформации межатомных связей и, как следствие, к расщеплению и сдвигу фононных частот.