проведено численное исследование формирования деформационного рельефа на свободной поверхности трехмерных поликристаллов с периодической структурой в условиях одноосного растяжения. Проанализировано влияние условий нагружения мезообъемов и размера зерна на характеристики рельефных образований. С целью последующей оптимизации численного анализа исследовано влияние толщины трехмерного модельного образца на формирующиеся деформационные складки. Показано, что основное влияние на деформационный рельеф оказывает микроструктура приповерхностных слоев, лежащая в пределах 3-4 зеренных диаметров.

Методом атомно-силовой микроскопии исследованы закономерности гофрирования тонких пленок Al на подложке Si с подслоем полистирола при термическом воздействии. Измерение амплитуды и длины волны складок позволило выявить стадийность процесса гофрирования при различных температурах. Показано, что эволюция складок гофра в процессе отжига регулируется периодическим распределением нормальных и касательных напряжений вдоль границы раздела пленка-подслой.

Исследовано влияние слабых электрических потенциалов на процесс релаксации напряжений при различных начальных напряжениях. Установлено, что максимальный эффект влияния потенциала приходится на начальное напряжение ниже предела текучести.

Проведено исследование возможностей сохраняющей поперечный размер прессуемого образца накопительной экструзии в качестве метода интенсивной пластической деформации на примере алюминиевых порошковых материалов. Выяснено, что выбранный метод многократной экструзии вполне приемлем как для уплотнения порошковых материалов, так и для их интенсивной деформации.

Исследованы особенности уплотнения с помощью экструзии порошков сплава Al-40Sn. Прессование проводили в температурном интервале 25-230 гр.С с коэффициентом обжатия 4,5. Исследование структуры по длине образца, включая пресс-остаток, показало, что основное ее изменение происходит на стадиях формования заготовки и нахождения последней в рабочем канале пресс-формы для экструзии. Под влиянием действующих в это время давлений образуется новый композиционный материал, состоящий из алюминиевых частиц, диспергированных в непрерывную мягкую оловянную матрицу. При продавливании такого материала через фильеру прослойки олова выполняют функции межчастичной смазки, облегчающей взаимное смещение частиц алюминия, которые в результате мало деформируются. Как следствие, оксидные пленки на частицах алюминия сохраняются и препятствуют установлению прочных межфазных границ. Экструдированный материал содержит трещины по границам фаз и демонстрирует низкую пластичность.

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.

Анализируются концентрационные профили ионов алюминия в поликристаллическом титане, имплантированного полиэнергетическим пучком вакуумно-дугового источника через осаждаемую на поверхность мишени газо-металлическую пленку.

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.

С помощью трехмерного бесконтактного профилометра Micro Measure 3D Station исследован микрорельеф поверхности углеродистой стали после у.з. финишной обработки. Рассмотрено влияние на микрорельеф получаемой поверхности исходных параметров поверхности. Описаны особенности формирования микрорельефа в режиме упрочняющей и отделочно-упрочняющей обработки. Для устранения перенаклепа поверхностного слоя предложено вводить в зону обработки геоактивирующий материал.

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.

Исследованы свойства оксигидроксидов алюминия (ОГА), полученных окислением электровзрывного ультрадисперсного (нано-) порошка алюминия водой (55 оС) с последующим прокаливанием исходного образца в температурном интервале 100-1150 оС. Такие материалы нашли применение в качестве высокоэффективных адсорбентов для тонкой комплексной очистки воды. С использование методов рентгеноструктурного, термического анализа и порометрии определены основные структурные характеристики образцов. Установлено, что исходный ОГА содержит две модификации - псевдобемит и байерит. В зависимости от условий термообработки наблюдаются следующие фазовые переходы: байерит -n-Al2O3 -Q-Al2O3 - a-Al2O3 и псевдобемит -y-All2o3 - b-Al2O3 - Q-Al2O3 - a-Al2O3. Оксигидроксиды, полученные при относительно низких температурах прокаливания, характеризуются высокой удельной поверхностью и наличием микропористой структуры. Повышение температуры прокаливания приводит к исчезновению микропор и увеличению объема и размера мезопор.

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.

Получены ультрадисперсные оксигидроксиды алюминия при взаимодействии электровзрывногонанодисперсного алюминия с водой при 55 оС. Исходные образцы подвергнуты старению в щелочной среде (рН 10) при 20 и 50 оС. Показано, что в процессе старения в продуктах реакции увеличивается содержание структурной воды, уменьшаются удельная поверхность и предельный адсорбционный объем. Отмечено увеличение интенсивности рефлексов байерита и снижение интенсивности линий псевдобемита во времени. Сорбция насыщенных паров бензола при 20 оС снижается в процессе старения образцов. Отмеченные процессы более интенсивно протекают при 50 оС. По результатам термического и рентгенофазового анализа сделан вывод о протекании в реакционной среде превращения псевдобемит-байерит-бемит.

Рассмотрено образование дефектов кристаллической решетки в зоне концентратора напряжений как локальное структурное превращение кристалла, протекающее в два этапа. На первом этапе кристалл переходит в сильновозбужденное состояние. Получена зависимость вероятности образования сильновозбужденного состояния от величины механических напряжений и энергии возбуждения этого состояния. Константа скорости реакции указанного процесса определяется формулой, подобной формуле Журкова. На втором этапе сильновозбужденное состояние под действием напряжений переходит в структурное состояние, соответствующее кристаллу с дефектом. Проанализировано влияние размера концентратора напряжений на концентрацию образующихся дефектов различного типа.

В рамках метода погруженного атома проведены расчеты колебательных состояний (фононов) на вицинальных поверхностях (211), (311), (221), (331), а также на поверхности (110) алюминия, серебра и меди. Вычисления выполнены как для релаксированных, так и для идеальных поверхностей. На всех рассматриваемых поверхностях обнаружены моды колебаний, локализованные на ступенях (так называемые степ-моды). имеются также состояния, локализованные на атомах террасы. показано, что с увеличением числа атомов на террасе растет число поверхностных состояний. Найдено, что релаксация поверхности приводит к сдвигу частот поверхностных состояний, изменение их числа и степени локализации в слоях. В частности, показано, что учет релаксации может приводить к появлению или исчезновению отдельных степ-мод. Сравнение полученных результатов с имеющимися экспериментальными данными для поверхности Al (221) свидетельствует о хорошем согласии теории и эксперимента в описании колебательных состояний на этой поверхности. На примере рассмотренных поверхностей показано, что характер релаксации вицинальных поверхностей определяется количеством атомов на террасе.

Получены зависимости временного сопротивления и напряжения течения от размера зерна в поликристаллах алюминия. Установлено существование граничного значения размера зерна 0.08...0.15 mm, которому соответствует скачкообразное изменение механических характеристик и параметров автоволн локализованного пластического течения. При граничном значении размера зерна в поликристаллическом алюминии скачкообразно меняются коэффициенты соотношения Холла-Петча, временное сопротивление, скорость распространения автоволн локализованной пластичности, характер кривой пластического течения, зависимость длины автоволны от размера зерна, а также скорость распространения ультразвука. Предложено объяснение взаимосвязи прочностных и автоволновых характеристик поликристаллического материала.

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.

Количественным методом исследована окисляемость пористых прессовок из порошковых смесей алюминия, хрома и кремния при нагреве и выдержке на воздухе при 500 гр.С. Установлено, что она кратно превышает окисляемость беспористых материалов при тех же условиях. Проведены структурные исследования окисленных прессовок методами металлографии и рентгеноструктурного анализа. Полученыые результаты обсуждены с учетом фазовых превращений в порошковых смесях, а также факторов, уменьшающих массу прессовок при нагреве.

На микро- и мезоуровнях методами атомно-силовой, электронной и оптической микроскопии исследована эволюция структуры сверхпроводников на основе сплава NbTi, которые используются в качестве токонесущих элементов в магнитной системе ИТЭР. Исследованы структура, фазовый состав и их влияние на свойства сверхпроводящего сплава ниобий-титан (Nb + 47%Ti) после холодного волочения и промежуточного отжига.

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.

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.

Сборник объединяем статьи по результатам основных работ института в области металловедения цветных металлов и сплавов на их основе. Рассмотрены особенности формирования структуры и свойств материалов, полученных методом испарения и конденсации в вакууме. Представлены статьи, посвященные исследованию поведения стареющих сплавов при термической и термомеханической обработке и принципам выбора пружинных и дисперсноупрочненных материалов на основе меди, а также исследованию структуры и свойств сплавов на основе серебра и алюминия, применяемых для электрических контактов и эмиттеров вторичных электронов. Рассчитан на широкий круг научных и инженерно-технических работников, специализирующихся в области металловедения и использования сплавов на основе меди, серебра и алюминия.

Исследованы процессы горения смесей ультрадисперсного электровзрывного порошка алюминия с водой, загущенной 3 %-й добавкой полиакриламида. Реакция в режиме горения сопровождается образованием перегретого вспенивающегося слоя в гелеобразной воде. Обнаружена неполнота сгорания алюминия в стехиометрической смеси, объясняемая выкипанием воды из реакционной зоны. Термопарными измерениями и расчетом по составу продуктов сгорания определены максимальные температуры горения в различных условиях. Показана возможность получения ультрадисперсного или монолитного корунда в качестве продукта реакции.

Представлены результаты исследований структуры, рентгенофазового анализа и механических свойств материалов на основе алюминия, полученных методом ударно-волнового компактирования. Показано, что такой метод позволяет получать образцы с плотностью, близкой к теоретической, и высокими значениями механических свойств.

Методами атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии исследованы механизмы деградации тонких пленок в процессе термического отжига. Выявлены основные факторы, оказывающие влияние на развитие процессов массопереноса в многослойных структурах при повышенных температурах. Показано, что кривизна поверхности и внутренних границ раздела является движущей силой массопереноса, обусловливающего распад тонких пленок, перераспределение легирующих элементов и образование силицидов.

Изучены особенности формирования и развития динамических вихревых структур в материалах на различных структурных уровнях. Показано, что генерация таких структур может быть основным механизмом аккомодации материалов к внешнему механическому нагружению. На микроскопическом уровне формирование и эволюция вихревых динамических структур в процессе нагружения могут обеспечивать межзеренное проскальзывание, миграцию границ зерен с аномально высокими скоростями. на более высоких структурных уровнях вихревые динамические дефекты могут быть основным механизмом зарождения и распространения трещин, фрагментации материала, формирования "квазижидкого слоя" в парах трения и т.д. Результаты и выводы работы подтверждены численными расчетами, проведенными в рамках молекулярно-динамического подхода и подвижных клеточных автоматов, применительно к различным видам материалов.

Методами теории функционала плотности проведено теоретическое изучение взаимодействия 3d- и 4d-металлов с поверхностью (0001) карбида вольфрама в зависимости от того, чем оканчивается поверхность и где расположен адсорбат. Определены наиболее стабильные позиции адсорбции металлов на поверхности. Показано, что энергия связи d-металлов с поверхностью больше в случае, когда она оканчивается углеродом, что объясняется преобладающим ионно-ковалентным вкладом в химическую связь на границе раздела, причем ионность связи обусловлена зарядовым переносом от металлов к электроотрицательному углероду. Проведенный анализ электронных и структурных характеристик позволил выявить факторы, влияющие на энергетику связи на границе раздела металл-карбид в зависимости от заполнения электронами d-оболочки металла.

Приведены результаты экспериментальных исследований взаимодействия наноразмерных порошков титана (Ti), алюминия (Al), никеля (Ni), железа (Fe), цинка (Zn) и меди (Cu) в энергетических конденсированных системах (ЭКС), содержащих раствор тетразольного полимера в нитроэфирах. Показаны основные структурные изменения в таких ЭКС во время изготовления и реализации. Отмечено, что структурные преобразования связаны с электрохимическими реакциями в композитах. Обсуждается вероятность образования интерметалличесих соединений в энергетических системах, содержащих наноалюминий и другие нанометаллы, а также влияние интерметаллидов на горение и детонацию.

Проведены экспериментальные исследования структуры поверхностных слоев и частиц износа металломатричных композитов WC-(Fe-Mn-C) со структурно-неусточивой связкой после скольжения по стальному диску в диапазоне скоростей от 1 до 37 м/с при приложенном давлении 5 МПа.

Исследовано влияние химического состава газовой среды на шероховатость, микроструктуру, элементный и фазовый состав и твердость покрытий, нанесенных вакуумно-дуговым испарением порошковых Аl-Сг и Al-Cr-Si катодов. Обнаружено значительное влияние давления в вакуумной камере и атомной массы газовых компонентов на состав, структуру и свойства осажденных покрытий.

Исследованы конверсия асфальтита (брутто-формула СН1,23N0,017S0,037O0,01) в потоке сверхкритической воды (СКВ) при 400С, 30 М Па и влияние на проесс добавки алюминиевой стружки. Состав и количество продуктов и нерастворимого остатка конверсии определены с помощью жидкостно-адсорбционной хроматографии, элементного анализа, ИК и ЯМР 1 Н спектроскопии, масс- и хроматомасс- спектрометрии. Установлено, что СКВ не только растворяет компоненты асфальтита, но и участвует в окислительно-восстановительных реакциях. Термолиз асфальтита в СКВ, выделение тепла и образование водорода при окислении алюминия сверхкритической водой способствуют гидрированию асфальтита in situ, уменьшению доли нерастворимого остатка конверсии от 44,5 до 11,3 %, снижению доли олефинов и увеличению доли ароматических и полиароматических веществ в продуктах конверсии. При добавлении алюминия степень десульфуризации асфальтита за счет удаления серы в иден H2S возрастает более чем в 3,5 раза.

В данной работе приведено описание метода точных МТ-орбиталей (ТМТО) и проведено исследование его применимости для моделирования термодинамических и механических свойств чистых компонентов сплавов на основе Ti и Zr. Проведены расчёты полных энергий Ti, Zr, Nb, V, Mo и Аl в гранецентрированной кубической (ГЦК), объёмноцентрированной кубической (ОЦК) и гексагональной плотноупакованной (ГПУ) структурах. Рассчитаны теоретические значения параметров решётки, упругие постоянные и уравнения состояния. Во всех случаях расчёты методом ТМТО предсказывают правильную структуру основного состояния. Для стабильных структур проведено сравнение полученных результатов с экспериментом и с расчётами полнопотенциальными методами.

Количественный анализ параметров зернограничных ансамблей твердых растворов Cu—Al и Cu—Mn проведен методами оптической металлографии и растровой электронной микроскопии с применением дифракции обратно рассеянных электронов. Обоими методами установлено, что с уменьшением энергии дефекта упаковки в твердых растворах замещения увеличиваются как доля всех специальных границ в зернограничном ансамбле так и доля двойниковых границ сигма3 в спектре специальных границ.

Методом Оже-спектрометрии установлено, что содержание меди более 20% (ат.) в контактном слое металлических композитов приводит к низкой износостойкости при скользящем токосъеме без смазки. Износостойкость увеличивается при увеличении содержания кислорода до 40% (ат.) в контактном слое. Рентгеновским фазовым анализом установлено образование оксидов железа и меди на поверхности трения. Присутствие менее 50% (об.) Cu в первичной структуре вызывает образование оксида FeO, который способствует увеличению износостойкости и электропроводности контакта.

Методами атомно-силовой, электронной и оптической микроскопии исследована эволюция структуры сверхпроводящего кабеля на основе сплава Nb+47% Ti на промежуточной стадии волочения. Изучены микроструктура, фазовый состав и свойства сверхпроводящего сплава Nb-Ti после холодного волочения и промежуточного отжига. Выявлены зоны локализации пластической деформации в местах обрыва сверхпроводника, обнаружено изменение формы и химического состава волокон Nb-Ti в бездефектной области и в зоне разрыва кабеля, а также частичное отсутствие диффузионного Nb барьера вокруг волокон Nb-Ti в местах обрыва.

Представлены результаты теоретического исследования атомной и фононной структуры сверхтонкой пленки Pb на поверхности Al( 100). Обсуждаются поверхностная релаксация, локальная плотность колебательных состояний и поляризация фононных мод адатомов и атомов подложки. Показано, что адсорбция Pb приводит к осциллирующей релаксации поверхности подложки и появлению коробления структуры в подповерхностных слоях. Сравнительный анализ колебательных характеристик чистой поверхности подложки и поверхности в присутствии адатомов показал, что адсорбционное взаимодействие в системе и ее динамическая устойчивость определяются новыми колебательными модами, не свойственными чистым поверхностям Al и Pb.

Исследована эволюция макро- и микроструктуры спечённых композитов AI - Sn с широким концентрационным содержанием второй фазы при обработке их методом равноканального углового прессования (РКУП) по маршруту А. Установлено, что в случае непрерывной алюминиевой матрицы, деформация распределяется по объёму композитов равномерно, и все составляющие их фазы испытывают равную деформацию. В процессе пластического формоизменения алюминиевые зёрна фрагментируются на более мелкие субзёрна, что приводит к упрочнению матрицы и всего композита, пропорционально содержанию в нём алюминия (правило смеси). Наибольшее упрочнение матрица испытывает в ходе первого РКУП, а при последующих трёх проходах темп её упрочнения снижается и определяется скоростью утонения межфазных прослоек.

В рамках нелинейного многоуровневого подхода показано, что в основе генерации деформационных дефектов при пластической деформации и трещин при разрушении лежат масштабные уровни локальной кривизны кристаллической структуры твердых тел. Деформационные дефекты генерируются на интерфейсах 2D планарных и 3D кристаллических подсистем механизмом «лазерной накачки». Трещины зарождаются как структурно-фазовый распад кристаллической структуры в зонах локальной кривизны, где неравновесный термодинамический потенциал Гиббса оказывается больше нуля. Нелинейная механика разрушения исключает проблему сингулярности 1/r в уравнении распространяющейся трещины, но должна учитывать локальную кривизну кристаллической решетки в вершине трещины при ее зарождении и распространении.

Проведенный анализ низкочастотного спектра акустической эмиссии при высокотемпературной пластической деформации алюминия свидетельствует, что его дискретный вид обусловлен перераспределением колебательной энергии первичного акустического сигнала по резонансным колебаниям стоячих волн резонаторов. В слабоустойчивой кристаллической среде колебания стоячей волны активируют элементарные деформационные сдвиги в некотором объеме. Линейные размеры этой области связаны с длиной стоячей волны, определяющей макроскопический масштаб корреляции. Коррелированные деформационные сдвиги генерируют акустические сигналы, в результате интерференции которых формируется единичный акустический сигнал аномально высокой амплитуды. В слабоустойчивом состоянии кристаллической решетки активация элементарных пластических сдвигов может быть осуществлена в результате совместного действия статических сил, тепловых флуктуаций и динамических сил стоячих акустических волн.??.

Методом псевдопотенциала с обобщенным градиентным приближением для обменно-корреляционного функционала проведено изучение сорбции кислорода в сплаве гамма-TiAl и на поверхностях (001), (100) и (110) с низкими индексами. Определены наиболее предпочтительные позиции для сорбции кислорода в объеме и на поверхности сплава. Показано, что октаэдрическая позиция, обогащенная титаном, наиболее предпочтительна для сорбции кислорода в объемном материале. Изучено влияние концентрации кислорода на атомную и электронную структуры стехиометрической поверхности (100) сплава TiAl. Показано, что на первом этапе окисления кислород предпочитает формировать связи с титаном. Рассчитаны Энергетические барьеры диффузии кислорода на стехиометрической поверхности (100) и в объем материала. Показано, что значения барьеров существенно зависят от локального окружения кислорода и возрастают при диффузии из обогащенных титаном позиций. Наиболее возможным механизмом диффузии кислорода с поверхности (100) в глубь материала является его миграция по тетраэдрическим позициям.