Исследовано влияние режимов микродугового оксидирования (времени процесса, длительности импульса тока, анодного напряжения) и состава электролита на величину пористости анодно-оксидных покрытий, полученных на сплавах алюминия Д-16АТ и титана ВТ1-00. Установлено, что, варьируя величиной анодного напряжения, длительностью импульса тока, временем процесса и составом электролите, можно получать покрытия с различной пористостью, большими или малыми порами, в зависимости от необходимых физико-механических свойств покрытия. Определены оптимальные режимы формирования качественных функциональных керамических покрытий.

Проведено исследование влияния продолжительности времени электростимуляции на процесс эволюции ряда свойств сталей 40 и 45 и выяснена природа такого воздействия. С помощью методов неразрушающего контроля и оптической микроскопии установлено распределение макронапряжений, размера областей когерентного рассеяния и металлографической структуры от продолжительности электростимуляции. Установлен диапазон продолжительности токового воздействия, приводящий к оптимальному пластифицирующему эффекту и, как следствие, к увеличению ресурса выносливости до 28%.

В работе развит метод гибридных клеточных автоматов, предназначенный для изучения поведения гетерогенных материалов и контрастных сред. Метод представляет собой комбинацию двух подходов - классических и подвижных клеточных автоматов. Верификация метода проведена путем равнения результатов моделирования сорбции углекислого газа в лигните с экспериментальными данными, предоставленными исследовательским отделом Веленской угольной шахты (Словения). С использованием полученных оценок параметров модели проведено численное исследование влияния газовой фазы на прочность и разрушение образцов лингита. Показано, что присутствие газовой атмосферы с давлением даже в 0.1 МПа приводит к изменению эффективной прочности угольных образцов и характера их разрушения. Разработанный метод может быть использован для исследования особенностей поведения сложных многокомпонентных сред, таких как угольные пласты в зоне горных выработок.

В работе приведены экспериментальные и теоретические исследования складчатых структур, формирующихся на свободной поверхности поликристаллических материалов в процессе одноосного растяжения. На примере ферритно-мартенситной стали ЭК-181 продемонстрированы общие закономерности образования и эволюции складчатого деформационного рельефа. Методами численного моделирования показано, что поликристаллическая структура материала может являться условием формирования локальной кривизны изначально плоской поверхности и, следовательно, периодического распределения нормальных растягивающих и сжимающих напряжений.

Основной трудностью в решении такой актуальной задачи прогноза тектонических землетрясений, как средства борьбы с ними, до настоящего времени остается недостаточная информированность специалистов о режиме сейсмотектонических процессов в литосфере и верхней мантии при подготовке сильных землетрясений. Во многом это связано с недостаточной технической оснащенностью исследователей. К числу проблем также относится отсутствие адекватных моделей подготовки очагов землетрясений на разных ее стадиях, что тормозит разработку методов сейсмопрогноза. В представленной работе с позиций физической мезомеханики обсуждаются результаты многолетнего изучения режимов деформирования и деструкции ледяного покрова Байкала, в котором при определенных сочетаниях метеогенных факторов (ветер, температурные вариации, осадки, подводные течения и др.), инициирующих деформации, возникают многокилометровые становые трещины. Спонтанное их разрастание нередко сопровождается сейсмическими явлениями в виде ледовых ударов. Их возникновение имеет близкое подобие происхождению горных ударов средней силы или слабых землетрясений. Установлено, что перед ледовым ударом, как и перед землетрясением, на фоне ускоренного крипа в разрывах и возрастания сейсмоакустической активности определяются форшоки, фаза сейсмического затишья длительностью в десятки минут, афтершоки и другие признаки физического сходства. Полученные сведения позволяют выделить в числе базовых в прогнозе ледовых ударов два генетически взаимосвязанных критерия их подготовки: вариации режима деформаций на конвергентных границах ледяных пластин и особый режим нарастания интенсивности, появление крупных импульсов форшоков в том сегменте, где происходит подготовка динамического движения ледяных пластин. Авторы обосновывают вывод о том, что на основе более простых и понятных сценариев подготовки сильных сейсмических событий в ледяном покрове байкальской акватории возможно успешное физическое моделирование процесса подготовки тектонических землетрясений и горных ударов и совершенствование методов их прогнозирования. Рассматривается и обосновывается также возможность разработки способов более эффективного снижения сейсмического риска.

Исследовано влияние геометрии границы раздела "покрытие - основа" на степень растрескивания покрытия, вызванного термическим и механическим нагружением системы. Для моделирования процессов разрушения (отслоения) покрытия предложен алгоритм, основанный на оценке величины сдвиговых напряжений в пластичной медной основе и нормальных напряжений в керамическом покрытии Al2O3. Показано, что удельная доля разрушенных элементов сетки для неплоского профиля ниже, чем для плоского случая. Параметрические исследования разрушения покрытия при термическом и механическом нагружении показали, что в первом случае удельная доля разрушенных элементов в керамическом покрытии в большинстве случаев значительно выше независимо от профиля интерфейса. Полученные результаты позволили обосновать подход к созданию эффективного промежуточного слоя между покрытием и основой, состоящего из взаимно проникающих друг в друга выступов обоих материалов при условии малой "жесткости" напряженного состояния в вершине надрезов в покрытии, вызванных проникновением зубцов из подложки.

Атомная и электронная структура (001) и (110) границ раздела Cr(Ni)/NiAl исследована первопринципным методом псевдопотенциала в рамках теории функционала электронной плотности. Анализируются структурные и электронные факторы, определяющие адгезию на границах "металл-сплав". Расчеты электронных характеристик указывают на преимущественно металлически и ковалентный тип связи на границах раздела.

Предложена методика определения вклада зернограничного проскальзывания в общую деформацию поликристаллов, в том числе с ультрамелким размером зерна, с использованием растровой электронной микроскопии и сфокусированного ионного пучка. Приведен пример использования методики для определения вклада зернограничного проскальзывания при пластической деформации ультрамелкозернистого алюминия в условиях умеренных гомологических температур.

Исследованы механические и триботехнические свойства химически модифицированного СВМПЭ. Методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии, сканирующей дифференциальной калориметрии и электронной микроскопии изучены надмолекулярная структура и поверхность трения полимера с различным содержанием привитых сополимеров в виде привитых малеиновым ангидридом СВМПЭ и полиэтилена низкого давления. Показано, что введение привитого СВМПЭ не влияет на вязкоупругие параметры полимер-полимерного композита, а введение привитого полиэтилена низкого давления заметно улучшает его технологические свойства (текучесть, пластичность) при сохранении прочности. Химическое модифицирование СВМПЭ существенно (в 2-3 раза) повышает его износостойкость, что обусловлено особенностями кристаллизации и формирования надмолекулярной структуры полимера.

Проведены сравнительные исследования ползучести поликристаллов никеля с зернограничными ансамблями, содержащими около 5 и 60 % границ специального типа, в условиях диффузии серебра с поверхности. Установлено, что увеличение в зернограничном ансамбле границ специального типа с 5 до 60 % приводит к увеличению сопротивления ползучести никеля. При этом эффект ускорения ползучести, связанный с воздействием диффузионных потоков атомов серебра на границы зерен, уменьшается в 3-6 раз, а его максимум сдвигается в область низких скоростей ползучести. Предполагается, что указанное повышение сопротивления ползучести никеля в условиях диффузии серебра с поверхности обусловлено высокой устойчивостью специальных границ зерен к межзеренному разрушению.

В продолжение исследований высокотемпературных сплавов с ЭПФ Ti50-xNi50Zrx (разрез TiNi-ZrNi на тройной диаграмме Ti-Ni-Zr) в настоящей работе изучены сплавы Ti50-xNi50Zrx (разрез TiNi-TiZr, х=1, 4, 6, 10 ат. % Zr). Обнаружено, что максимальная растворимость Zr в В2-фазе вдоль разреза TiNi-TiZr достигает 6 ат.%. Сплавы с содержанием Zr менее 6 ат.% характеризуются практически однофазной высокотемпературной В2-струтурой. Сплавы с содержанием Zr от 6 аот. % и выше содержат кроме основных В2- и В19'-фаз до 40 об. % вторичных фаз, что оказывает существенное влияние как на характер протекания МП, так и на физические свойства сплавов. Так, с увеличением концентрации Zr уменьшается полнота МП, понижаются температуры МП, увеличивается до 70 град гистерезис МП. С практической точки зрения, ценными являются обнаруженные в настоящей работе факты: а) уменьшение фазового наклепа в высоколегированных цирконием сплавах, означающего, что эти сплавы обладают более высокой циклостойкостью, по сравнению с низколегированными; б) наличие в них широкого гистерезиса.

Методами оптической металлографии установлено, что средняя энергия специальных границ в поликристаллах упорядоченных сплавов со сверхструктурой L1 зависит от энергии АФГ в сплаве. Это обусловлено тем, что в плоскостях залегания специальных границ в совпадающих узлах образуются зернограничные антифазные границы. Установлено, что в упорядоченных сплавах образование двойниковых границ с АФГ и без АФГ зависит от энергии дефекта упаковки: с уменьшением энергии дефекта упаквоки возрастает вероятность образования двойниковых границы без АФГ.

Пластическая деформация рассматривается как неравновесное структурное превращение, характеризуемое параметрами порядка. Параметры порядка определяют пластическую часть тензора деформации. Получены нелинейные кинетические уравнения реакционно-диффузионного типа для их определения с коэффициентами, зависящими от температуры и напряжений. Проведен расчет указанных коэффициентов в случае, когда пластическая деформация описывается одним параметром порядка.

Деформируемый материал рассматривается как диссипативная бистабильная среда, описываемая нелинейным уравнением реакционно-диффузионного типа для параметра порядка. Коэффициенты указанного уравнения зависят от температуры и напряжений. Показано, что на стадии легкого скольжения пластическая деформация осуществляется путем распространения волны переключения. Проанализировано влияние температуры на критическое напряжение сдвига и протяженность стадии легкого скольжения при квазистатическом нагружении.

Методами оптической металлографии и просвечивающей дифракционной электронной микроскопии показано, чо микро- и мезоструктура литого и синтезированного под давлением интерметаллидов Ni3Al существенно различаются. В синтезированном интерметаллиде выявлены четыре типа зерен основной фазы Ni3Al с разной доменной и дислокационой структурой: моно- и полидомены без дислокаций и с дислокациями.

Методами рентгено- и нейтронографии исследовано влияние изохронных отжигов на фазовый состав, параметр атомного дальнего порядка в В2-фазе (S), структуру предмартенситных фаз, последовательность и температуры мартенситных превращений (МП) в монокристалле Ti49Ni5. Установлено, что в результате старения сплава Ti49Ni51наблюдается синхронное изменение типа промежуточных структур сдвига в предмартенситной области температур и последовательности МП. Наиболее заметное увеличение S в В2-фазе обнаружено при переходе от зонной стадии старения к стадии роста рентгенографически видимых выделений Ti3Ni4. Явной корреляции между типом предмартенситной структуры, температурой Тr и изменением S не наблюдали. Вместе с тем между изменением S и температурой начала (Мн) МП в В19'-фазу существует прямопропорциональная зависимость.

С использованием макроскопической модели автоколебаний исследован температурный режим в пятне контакта при трении в условиях схватывания. Получены оценки температуры "вспышки" на поверхности трения и толщины слоя материала вблизи поверхности, в котором имеют место колебания температуры для различных нагрузок, скоростей скольжения и коэффициентов трения. Изучено влияние размера пятна контакта на величину температуры "вспышки". Проведено сравнение результатов моделирования для образцов из стали и меди.

На основе численных расчетов анализируются особенности поля напряжений, создаваемых краем полосы пластического сдвига вблизи поверхности. В качестве модели полосы сдвига выбиралось плоское дислокационное скопление конечной длины. Показано, что при подходе края полосы к поверхности интенсивность напряжений в его окрестности заметно возрастает за счет эффектов сил "изображения". Обсуждена специфика распространения полос локализованного сдвига в материалах с покрытием.

Показано, что при усреднении по полупространствам упругие поля напряжений и деформаций, создаваемые плоскими скоплениями дислокаций, приобретают своеобразную топологическую особенность вида у/[y], т. е. терпят скачок при переходе через плоскость скопления. Эти средние поля оказываются эквивалентными полям дислокаций наиболее общего вида - дислокаций Сомилианы. В терминах средних полей описание деформационных границ в кристаллах, в частности границ кручения, оказывается особенно удобным. В таком описании граница кручения, например, есть поверхность, на которой среднее поле поворотов претерпевает топологический скачок.

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.

Проведено сравнительное исследование кинетики абразивного изнашивания и износостойкости металлокерамических композитов с карбидной упрочняющей фазой и сплавов на основе железа. Результаты обсуждены с привлечением результатов металлографических исследований структуры материалов. Предложен механизм абразивного изнашивания исследованных композитов.

Предлагается физическая и математическая модель, позволяющая конструировать функционально градиентные материалы, в том числе и пористые, исследовать их деформирование и разрушение при интенсивных импульсных нагрузках. На основе развиваемых в работе представлений, базирующихся на теории мезоскопических явлений академика В. Е. Панина, проведено численное исследование особенностей распространения ударных волн и трансформации энергии падающего импульса в материалах с градиентным распределением физико-механических свойств. Проведены тестовые расчеты по оценке достоверности изложенной модели.

Осуществлен скользящий электроконтакт композитов, содержащих карбид титана или нержавеющую сталь, или свинец, при плотности тока выше 100 А/см2 без смазки. Получены вольтамперные характеристики контакта этих композитов. Установлено, что интенсивность изнашивания и электропроводность контакта увеличиваются при увеличении тока электроразрядов до начала режима катастрофического изнашивания. Показано, что электропроводность контакта уменьшается при катастрофическом изнашивании, но плотность тока на пятнах фактического контакта увеличивается.

Обсуждаются методика и результаты численного анализа внутренних напряжений и деформаций в дисперсно-наполненном полимерном материале при изменении его температуры, когда матрица и включения имеют различные теплофизические свойства. Пространственно-временные распределения температуры определяют постановку задач на мезоуровне, где рассматривается представительный объем (мезообъем) материала как матрица с относительно небольшим числом включений. Анализ детального распределения напряжений и деформаций в окрестности включения позволяет сформулировать утверждение, что одной из причин образования межфазного слоя на границе "матрица-включение" могут служить возникающие особенности напряженно-деформированного состояния. Этим же обстоятельством можно объяснить существенные расхождения получаемых теоретических макрохарактеристик высоконаполненного полимерного композитного материала с их экспериментально полученными значениями.

Скорость распространения ультразвуковых волн в металлах и сплавах измерена во время пластической деформации. Установлено что зависимость скорости ультразвука от действующего напряжения пластического течения имеет форму многостадийной кривой; ее участки могут иметь как положительный, так и отрицательный наклон. Обсуждена взаимосвязь полученных зависимостей со стадийностью кривых пластического течения.

Методами оптической металлографии исследована зеренная структура упорядоченных сплавов Ni3Mn, Ni3Fe и интерметаллида Ni3Al, различающихся величиной энергии дефекта упаковки и энергии антифазных границ. Обнаружено, что в интерметаллиде Ni3Al с наибольшей энергией дефекта упаковки (215 эрг/см2) среднее число специальных границ а зернах, ограниченных границами общего типа, наименьшее и составляет 0,2, тогда как в упорядоченных сплавах Ni3Mn и Ni3Fe среднее число таких границ близко к 1. По тройным стыкам проведены оценки относительной энергии специальных границ. Обнаружено, что доля низкоэнергетических специальных границ (когерентных двойников) от общего числа специальных границ имеет максимальное значение (0,8) в сплавеNi3Mn, энергия дефекта упаковки и энергия антифазных границ которого имеет минимальное значение в ряду исследованных сплавов (57 и 75 эрг/см2 соответственно). При анализе результатов использованы представления о структуре специальных границ в упорядоченных сплавах, согласно которым в границах зерен возникают антифазные границы и энергия границ возрастает на величину, равную энергии антифазных границ, по сравнению с разупорядченным сплавом. В сплаве с более низкой энергией дефекта упаковки (Ni3Mn) возможно существование специальных границ без антифазных границ.

Исследована эволюция зоны пластичности вблизи конца трещины нормального отрыва в малоуглеродистой стали. Построены распределения компонент тензора пластической дисторсии для разных стадий развития трещины.

Исследована зависимость скорости ультразвука v от ударной вязкости Кv горячекатаной стали 09Г2С в интервале температур конца прокатки (Тк.n) 830-950С. Обнаружено существование корреляционной связи между величинами v и Кv. В основе наблюдаемой корреляции лежит неравномерность протекания явлений деформации и рекристаллизации при низких Тк.n. Определены условия достижения благоприятного сочетания структуры и свойств.

Изучено влияние исходной структуры быстрорежущей стали Р6М5 на характер формирования зерна в процессе закалки и термоциклирования.

Описаны структурная схема и принцип работы автоматизированной системы для оценки распределения рельефа поверхности нагруженных материалов. Принцип действия основан на прямом методе измерения рельефа, которое проводится с помощью цехового профилометра. Представлены основные технические характеристики работы автоматизированной системы; анализируются основные причины возникновения погрешностей измерений. Приведены картины распределения рельефа поверхности образцов, полученные с помощью автоматизированной системы.

Предлагается метод микролегирования приповерхностных слоев полупроводников ионами водорода с использованием плазменно-пучкового разряда. Проведенный эксперимент на арсениде галлия показал, что данный метод является эффективным по сравнению с известными способами модифицирования приповерхностных слоев.

Исследовано влияние ионно-модифицированного поверхностного слоя на пластичность, эффект памяти формы и мезоструктуру поверхности разрушения сплава Ni50Ti40Zr10. Установлено, что ионная имплантация приводит к повышению микротвердости поверхностного слоя и к общей пластификации сплава. Мезоструктуры поверхностей излома исходных и имплантированных образцов имеют принципиальные различия. В имплантированных образцах непосредственно под облученной поверхностью формируется слой толщиной, кратной размеру зерна В2-фазы, с характерным мезорельефом, отличным от рельефа неимплантированных образцов, и иными пластическими свойствами. В результате данной поверхностной обработки параметры эффекта памяти формы в образцах не ухудшаются, циклическая термостойкость возрастает.

Проведена оценка механических и триботехнических свойств нанокомпозитов на основе сверхмолекулярного полиэтилена. Методами рентгеноструктурного анализа, ИК-спектроскопии, сканирующей дифференциальной калориметрии и электронной микроскопии исследованы надмолекулярная и химическая структура нанокомпозитов на основе блок-сополимеров СВМПЭ - привитый СВМПЭ и СВМПЭ- привитый ПЭНД. Показано, что механические и триботехнические свойства нанокомпозитов на основе блок-сополимеров несущественно отличаются от свойств нанокомпозитов на основе немодифицированного СВМПЭ. Установлено, что кристаллизация и формирование надмолекулярной структуры в исследуемых гетерогенных материалах определяются равномерностью распределения нанонаполнителей. По мнению авторов, химическим модифицированием в виде прививки полярных мономеров не удается повысить адгезию нанонаполнителей к высокомолекулярной матрице (СВМПЭ). Таким образом, износостойкость нанокомпозитов на основе СВМПЭ в значительной степени определяется условиями кристаллизации и типом формирующейся при кристаллизации надмолекулярной структуры (сферолитной либо ламеллярной).

Изучена реакция изомеризации тиомочевины в роданид аммония в водных концентрированных растворах при температурах от 100 до 150 оС с использованием УФ спектроскопии и спектроскопии ЯМР, фотоколориметрического и кондуктометрического методов. Рассчитаны константы скорости реакции изомеризации, энергия активации процесса, степень изомеризации.

Установлено влияние природы гуминовых кислот, их модификации методом механохимической обработки, рН среды на процесс электровосстановления кислорода. Показано, что механоактивация каустобиолитов, независимо от их природы, приводит к повышению роли хинонных фрагментов в составе гуминовых кислот, способствуя инициированию процесса электровосстановления О2 в щелочной среде. Сделан вывод, что при этом изменяется не только соотношение редокс-активных фрагментов гуминовых кислот, но и их характер, определяющие суммарную антиоксидантную активность.

Исследовано изменение скорости распространения ультразвука при пластической деформации поликристаллического алюминия. Показано, что зависимости скорости ультразвука от деформации и действующего напряжения являются трехстадийными. Сложный характер этих зависимостей позволяет выделить на параболической кривой пластического течения материала дополнительные стадии, не обнаруживаемые традиционными методами. Предложено объяснение полученных закономерностей на базе представлений об изменении дефектной структуры материала при деформации.

Исследована эволюция локальных деформаций при растяжении монокристаллов высокомарганцовистого аустенита с углеродом. Показано, что типы упорядоченных картин локализации находятся в тесной связи со стадиями деформационной кривой. Полученные резулттаты сравниваются с аналогичными данными исследований полей деформации монокристаллов хромо-никелевого аустенита с азотом. Установлена зависимость скорости самосогласованного движения очагов неоднородностей пластической деформации при растяжении монокристаллов Fe от коэффициента деформационного упрочнения и механизма деформации.