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.

В этой, уже десятой книге, посвященной поверхностным явлениям, автор суммирует результаты своих исследований по молекулярной физике поверхности. Главной целью исследований является разработка идеи о существовании в природе неизвестной науке силы, названной сила разуплотнения поверхностного слоя (СРПС) жидких, твердых и газообразных веществ, являющейся фундаментальным явлением природы. Книга предназначена для широкого круга специалистов в областях естественных и технических наук, работы которых связаны с процессами на поверхности веществ.

В работе показана возможность изучения закономерностей поведения и диагностики структуры и свойств поверхностных слоев и покрытий на основе спектрального анализа акустических колебаний и силы сопротивления при трении. Исследования проведены на наноскопическом масштабе с использованием численного моделирования методом подвижных клеточных автоматов. Развита методика анализа упругих волн на основе обработки зависимостей от времени таких величин, как компоненты скорости, давление и интенсивность напряжений, регистрируемых в определенной точке поверхности контртела. Идентифицированы основные пики на спектрах регистрируемых данных, обусловленные собственными частотами системы, геометрическими и адгезионными параметрами модели, а также шероховатостью взаимодействующих поверхностей. Показано, что спектры изменения давления в модели качественно подобны акустическим спектрам записи звука в реальном эксперименте. Теоретически обосновывается возможность применения трибоспектрального анализа на основе вычисления силы трения для диагностики неоднородностей и несплошностей наноскопического масштаба в поверхностном слое толщиной до 100 нм. Результаты изучения показали возможность оценки ряда параметров наноскопических несплошностей, таких как характерный пространственный период их расположения и линейные размеры. Обсуждаются области применения предложенного подхода как перспективного неразрушающего метода исследования поведения и диагностики структуры и поврежденности покрытий и поверхностных слоев наноскопической толщины.

Исследован элементный состав и структурно-фазовое состояние поверхностных слоев никеля и титана, легированных в режиме высокоинтенсивной имплантации ионов алюминия на ионно-плазменном, вакуумно-дуговом источнике "Радуга-5". Установлено, что происходит формирование ионно-легированных слоев толщиной до 1000 нм (Ni) и 2000 нм (Ti) в процессе ионной имплантации. Показано, что поверхностные модифицированные слои содержат наноразмерные (средний диаметр 20-70 нм) интерметаллидные фазы Me3Al, MeAl (Me=Ni, Ti) и твердые растворы переменного по глубине состава, соответствующие равновесным диаграммам состояния систем Ni-Al и Ti-Al. Обнаружено, что увеличение дозы облучения титановых мишеней ионами алюминия приводит к росту толщины ионно-легированного слоя и среднего размера зрен интерметаллидных фаз. Установлена обща закономерность в локализации фаз, сформированных в процессе имплантации, по глубине легированных слоев металлов. Поверхностные слои содержат несколько многофазных зон, количество фаз в которых уменьшается по мере удаления о облучаемой поверхности. Область, содержащая интерметаллиды Me3Al, MeAl и наиболее близко расположенная к поверхности, способствует улучшению физико-механических свойств материалов.

Методами ОЭС, ПЭМ и рентгеновского фазового анализа исследован элементный состав, морфология и структурно-фазовое состояние поверхностного слоя титана, имплантированного ионами алюминия. Установлено, что в имплантированном слое толщиной 2.6 мкм со структурой твердого раствора алюминия в титане образуются мелкодисперсные (-70 нм) фазы интерметаллидов Ti3Al и TiAl, которые могут объединяться в конгломераты размером до 584 нм, а также соединения состава TiAl3. Модифицированный поверхностный слой ионо-имплантированного титана характеризуется повышенными физико-механическими свойствами.

На основе системного подхода обосновывается концепция физической мезомеханики, согласно которой поверхностный слой в деформируемом твердом теле является самостоятельной подсистемой. С ростом степени деформации в нем развиваются автономные процессы, оказывающие определяющее влияние на стадийность локализации пластического течения и разрушение образца в целом. Ключевую роль в мезомеханике поверхностного слоя играют его «эффективная» толщина и интерфейс с объемом кристалла, на котором распределение напряженно-деформированного состояния имеет вид «шахматной доски».

Представлен обзор работ. выполненных в последние годы в физической мезомеханике по системному подходу к описанию деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. на основе теоретических и экспериментальных исследований обосновывается тезис, что поверхностные слои и внутренние границы раздела в нагруженном материале являются важными функциональными подсистемами. Развиваемый подход является основой конструирования материалов новых поколений и методов их упрочнения в современном материаловедении.

Изучены особенности индукционного нагрева стальных образцов с заранее выращенной трещиной. Экспериментально показано, что при определенных режимах высокочастотного нагрева трещины могут быть залечены. Предложена модель расчета температурного поля, позволяющая производить выбор оптимального нагрева для устранения дефектов поверхностного слоя.

Авторами исследовано влияние ультразвуковой финишной обработки на структуру и свойства поверхностных слоев углеродистых сталей. При ультразвуковой финишной обработке на поверхности изделия формируются слои с градиентной структурой. Такое строение поверхности обеспечивает улучшение прочностных свойств композиции «градиентный слой – основа» для всех типов стали. Повышение дефектности кристаллического строения поверхностного слоя после ультразвуковой финишной обработки позволило предложить данный метод как способ предварительной подготовки поверхности перед химико-термической обработкой. Исследования показали, что предварительная ультразвуковая обработка изменяет глубину упрочненного слоя и соотношение фаз при азотировании.

Представлены результаты экспериментального исследования микроструктуры и фазового состава поверхностных легированных слоев никелевой мишени, сформированных в режиме высокоинтенсивной имплантации ионов алюминия на вакуумно-дуговом источнике ускоренных ионов "Радуга-5". Установлено формирование наноразмерных интерметаллидных фаз Ni3Al и NiAl и твердого раствора переменного состава системы Ni-Al.

С использованием межатомных потенциалов взаимодействия, полученных в приближении сильной связи, проведены расчеты колебательного спектра упорядоченной поверхностной сверхструктуры Pt (111)..., формирующейся на поверхности платины при адсорбции 1/3 ML калия. В работе обсуждаются релаксация поверхности, дисперсия поверхностных фононов, локальная плотность вибрационных состояний, а также поляризация фононных мод адатомов и атомов подложки. Полученные теоретические результаты хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными.

С использованием GW-приближения, моделирующего собственную энергию квазичастиц произведением функции Грина и динамически экранированного кулоновского потенциала, рассчитана зависимость собственной ширины линии Г электронных и дырочных состояний, обусловленной неупругим рассеянием, от волнового вектора K как в занятом поверхностном состоянии, так и в первом состоянии потенциала изображения на поверхностях Cu(111)и Ag(111). Проанализированы различные вклады в затухание электронного и дырочного возбуждений. Показано, что для обеих поверхностей основным каналом для затухания дырок в занятых поверхностных состояниях является внутризонное рассеяние, а для электронов в состояниях потенциала изображения определяющими являются межзонные переходы. При росте К резкое уменьшение ширины линии дырочного состояния обусловлено уменьшением числа конечных состояний, тогда как рост Г состояния потенциала изображения в основном определяется увеличением его перекрывания с объемными состояниями.

В сборнике рассматриваются основные вопросы, с вязанные с созданием композиционных полимерных материалов: структура и релаксационные свойства граничных слоев, прочность адгезионного соединения, взаимозависимость поверхностных и адгезионных свойств полимерных материалов, а также их связь с физико-механическими характеристиками композиций. Рассчитан на специалистов, работающих над созданием высокоэффективных полимерных композиций.

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.

В динамике проведено моделирование процесса выглаживания тонкого поверхностного слоя стального образца под внедряемым с постоянной силой и затем движущимся с постоянной скоростью индентором. Моделирование проведено с использованием метода конечных элементов в рамках приближения плоского деформированного состояния. Индентор моделировался абсолютно жестким телом, а для стали была принята модель упругопластического тела с изотропным упрочнением по экспериментально определенному закону. В работе исследованы закономерности изменения напряженно-деформированного состояния материала вблизи обрабатываемой поверхности и выявлены механизмы образования наноструктурированного слоя. Проведен анализ влияния коэффициента трения и силы выглаживания на высоту валика оттесненного материала. результаты исследований находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.

Это сокращенный вариант (с дополнениями) предыдущей (уже одиннадцатой) опубликованной монографии автора, посвященной проблеме формирования поверхностного слоя веществ «Поверхностные и собственно наноструктуры жидких, твердых и газообразных веществ» (2009), представляющей собой сборник научных трудов за 17 лет работы по этой тематике. В заключении дан ответ на поставленный в заголовке вопрос:«Да, несомненно». С целью сокращения длинного названия силы, а также для того чтобы взять на себя, как доктора наук, всю полноту ответственности за представление научной общественности этого нового неизвестного науке фундаментального явления, автором предлагается ее назвать просто сила Шабалина, поскольку понятие о силе разуплотнения поверхностного слоя веществ впервые разработано им и пока никто в мировой науке не претендует на ее подобное название. Книга предназначена для широкого круга специалистов во всех областях естественных и технических наук, работы которых связаны с изучением процессов на поверхности веществ, в микропористых и микротрещинных системах, с исследованием наноструктур и разработкой на-нотехнологий.?.

Приведены результаты расчетов вклада электрон-фононного взаимодействия в ширину линии поверхностных электронных состояний на Pd(111). Вычисления проведены как ab initio методом, основанным на теории функционала электронной плотности и методе линейного отклика в псевдопотенциальном представлении со смешанным базисом, так и с помощью модели, которая включает описание электронной структуры поверхности одномерным модельным потенциалом. Фононный вклад в ширину линий проанализирован для всех поверхностных состояний. Показано, что обусловленная электрон-фононным взаимодействием ширина линии имеет слабую анизотропию, а характер ее изменений с энергией и волновым вектором электрона зависит в первую очередь от конкретной поверхностной зоны.

Рассмотрен механизм формирования фрагментированной микроструктуры при больших степенях деформации, которые реализуются на поверхности металла при трении. Показано, что размер фрагментов в данных условиях является минимальным и связан с достижением дислокационной плотностью критического значения в предельно деформированном состоянии, выше которого силы междислокационного взаимодействия оказываются больше сил внутреннего трения.

Рассмотрено влияние различных режимов электронно-лучевой наплавки на характеристики поверхностного слоя стали. Проведено сравнение технологии электронно-лучевой обработки поверхности на ускорителе релятивистских электронов и в вакууме.

Осуществлен комплекс исследований физико-механических свойств и структуры упрочненного слоя, полученного способом диффузионного легирования углеродистой стали. Выявлены закономерности разрушения поверхностных слоев упрочненной и неупрочненной стали в абразивно-коррозионной среде. Показано, что более высокую стойкость к коррозии и износу имеют карбидные слои, полученные в результате многокомпонентного насыщения.

Показана возможность существенного упрочнения стали легированием поверхностного слоя, расплавленного с использованием энергии релятивистских электронов. Изучено влияние различных параметров обработки (ускоряющего напряжения, тока пучка, скорости перемещения образца, его температуры и др.) на структуру, глубину, твердость и износостойкость легированного слоя. Разработано несколько типов легирующих смесей на основе карбидов вольфрама, хрома и бора, включающих дополнительные присадки и модификаторы. Подобрано оптимальное соотношение в них компонентов. Проведено сравнение технологии легирования в пучке релятивистских электронов с технологией вакуумного электронно-лучевого легирования. Для дополнительного улучшения структуры слоев использована термическая обработка.

Учебное пособие посвящено изложению физических основ наноплазмоники и функционирования электромагнитных метаматериалов, а также их применениям. Рассмотрены основные характеристики и методы возбуждения плазмонов как на плоских поверхностях, так и в наночастицах. Значительное внимание уделено средам с отрицательным преломлением и способам создания метаматериалов такого рода. В качестве примеров практического использования наноплазмоники представлены работы по наноантеннам, поверхностно-усиленной рамановской спектроскопии, спазерам, фотодетекторам и солнечным батареям. Предназначено для студентов, специализирующихся в области нанофотоники, оптоэлектроники и смежных дисциплин.

Проведены эксперименты по упрочнению поверхностного слоя стали электроннолучевым легированием с использованием в качестве легирующих добавок порошковых смесей на основе хрома и карбидов вольфрама и бора. исследована зависимость структуры и свойств (твердости, износостойкости) от весовых соотношений компонентов в смесях. Найдены оптимальные соотношения, при которых достигается максимальный уровень свойств. Показана возможность дальнейшего улучшения структуры при введении модификаторов.

Представлены результаты определения суммарного содержания углеводородов и их компонентного состава в воде и донных отложениях р. Томь. Выявлены основные группы органических соединений: алканы, полициклоароматические углеводороды (нафталины, бифенилы, фенантрены, флуорантены, бензфенантрены, бенз(а)пирен), ароматические углеводороды (алкилбензолы, стирол), фталаты, которые имеют как природное, так и антропогенное происхождение. Рассчитаны коэффициенты техногенности для воды и донных отложений.

Исследованы процессы прямого взаимодействия электровзрывных ультрадисперсных порошков алюминия с водой и свойства образующихся оксидно-гидроксидных фаз в зависимости от условий их последуцющего прокаливания. На основе результатов рентгенофазового, термогравиметрического анализа и электронной микроскопии рассмотрен механизм формирования ультрадисперсных оксидно-гидроксидных фаз алюминия. Приведены сведения о некоторых возможных областях применения полученных продуктов.

Исследована сорбционная способность полученного из отходов полипропилена волокнистого материала для сбора нефти и нефтепродуктов с поверхности воды. Показано, что регенерация методом центрифугирования позволяет удалить из волокнистого сорбента до 90-96 % мас. нефтепродуктов.