Приведен обзор работ авторов с сотрудниками, посвященных проблемам природы процессов массопереноса через интерфейсы в твердых телах и биологические мембраны. На основе термодинамического подхода физической мезомеханики сделано заключение, что в основе распространения транспортных потоков через интерфейсы и мембраны в живой и неживой природе лежат структурно-фазовые переходы наноструктурных состояний на границах раздела в гетерогенных средах. Такие состояния возникают на интерфейсах и в мембранах в условиях «шахматного» распределения напряжений, деформаций и химических потенциалов компонентов сопрягаемых разнородных сред. Рассмотрены актуальные практические приложения развиваемого подхода в биологии и современном материаловедении.

В рамках дискретного метода подвижных клеточных автоматов (метода МСА) разработана методика определения сдвиговых компонент тензора напряжений и деформаций в произвольном элементарном объеме образца. Проведены расчеты для различных распределений кальция по глубине покрытия, соответствующих разным способам его нанесения или разному времени его пребывания в организме. По результатам расчетов выполнена оценка упругих свойств, а также деформаций и напряжений сдвига в зависимости от распределения элементов по покрытию. Для выбранных составов покрытий определены распределения кальция, при которых в покрытии реализуются наибольшие и наименьшие величины напряжений и деформаций сдвига.

В реакции синтеза ацетонитрила из уксусной кислоты и аммиака исследовано влияние основных параметров: соотношения реагентов, температуры, природы промотирующей добавки на выход целевого продукта, а также длительность и стабильность работы катализатора.

Изложены результаты интегрального структурного анализа асфальтеновых, смолистых и суммы остальных ("масляных") компонентов нефтей, добытых из олигоценовых отложений на месторож¬дении Белый Тигр и из коллекторов фундамента на месторождении Дракон. Вскрыты характерные различия в структурно-групповом составе "масел", смол и асфальтенов из каждой изученной нефти. Найдено, что некоторые параметры структуры смолистых веществ могут оказаться полезными для дифференциации нефтей, залегающих в рассматриваемом регионе в разных глубинных условиях.

Проведены исследования региональной изменчивости содержания серы, смол, парафинов и фракций в нефтях с применением методов статистического и кластерного анализов. Использована информация из базы данных по химии нефти, которая в настоящее время включает более 8000 элементов нефтяной физико-химической и геологической информации по всем основным нефтеносным бассейнам Евразии. Выявлены меридианальные и широтные зависимости содержания перечисленных показателей состава нефти. Исследована региональная изменчивость свойств нефтей по совокупности показателей: содержания серы и смол, содержания серы и асфальтенов, содержания серы, смол и асфальтенов. Результаты исследований представлены на компьютерной карте Евразии.

Исследованы особенности наноструктурирования поверхности образцов при трении в условиях сдвиговой неустойчивости подповерхностных слоев материала в результате сильной локализации деформации. Показано, что существуют три стадии локализации деформации в подповерхностных слоях. Изучена структура зоны локализации и показано, что деформация сосредоточена в полосах деформации. Формирование нанокристаллической структуры на поверхности в результате сдвиговой неустойчивости рассматривается аналогично формированию полосы локализованного сдвига. Образование нанокристаллической структуры может являться причиной перехода от нормального к адгезионному типу изнашивания в отсутствие механизмов структурной приспосабливаемости.

Предложена численная модель эволюции локализованной пластической деформации на макроуровне с использованием подходов континуальной механики. Для описания упругопластического перехода в локальных точках матерала предлагается двупредельный критерий пластичности, основанный на экспериментальных представлениях об эволюции дислокационной структуры во фронтах полос Людерса. Показано, что в комбинации с реальной геометрией образцов предложенный критерий позволяет описать поведение стальных лопаток при растяжении. Методом численного эксперимента исследуются основные особенности упругопластического течения на начальном этапе нагружения. Локальные характеристики напряженно-деформированного состояния анализируются в сопоставлении с интегральной кривой течения. Выполнен параметрический анализ модели для исследования влияния ее констант на отклик материала.

Методами спекл-интерферометрии, электронной. оптической и атомно-силовой микроскопии исследованы структура и закономерности деформирования поверхностных слоев металлов и сплавов при трении. Проанализированы причины локализации деформации. Предлагается объяснение высокой износостойкости стали Гадфильда на основе данных об эволюции структуры поверхностного слоя.

На основе результатов экспериментальных исследований температурной зависимости предела текучести монокристаллов TiNi сплавов и механизма механического двойникования В2-фазы как локального обратимого фазового превращения мартенситного типа проведено исследование асимметрии механического поведения при растяжении и сжатии указанных мматериалов в направлении [001], показано, что особенностью этого механизма является то, что критической модой дисторсии, определяющей напряжения механического двойникования, является однородная деформация превращения типа деформации Бейна. Для анализа асимметрии этих напряжений при растяжении и сжатии введено понятие фактора нормальных напряжений. приведенных к главным осям тензора однородной деформации превращения. Показана возможность использования этого фактора для анализа асимметрии механического поведения монокристаллов сплавов TiNi.

Предложена модель, объясняющая эффект сверхглубокого проникания микрочастиц в мишень. Это явление связывается с развитием гидродинамических неустойчивостей в локальных областях поверхности мишени, нагружаемой потоком высокоскоростных микрочастиц, процессами микрокумуляции, инициированными фоновой ударной волной и образованием во фронте этой волны транспортных микровихрей. Эти микровихри движутся вместе с ударным фронтом и могут вовлекать в вихревое течение микрочастицы. Таким образом, материал микрочастиц может быть перемещен на значительную глубину внутрь преграды. Предложенная модель успешно объясняет и все сопутствующие сверхглубокому прониканию явления. Так, перекристаллизация и аморфизация материала в окрестности треков - следов переноса материала микрочастиц - объясняются высокими температурой и давлением в областях микрокумуляции.

Методом оптической микроскопии in-situ и рентгеноструктурного анализа исследовано развитие термоупругого мартенситного превращения при изотермическом нагружении сплава Ti49.4Ni50.6 в крупнозернистом и субмикрокристаллическом состояниях. Приведены данные, свидетельствующие об эстафетном механизме распространения мартенситного превращения при обеих зеренных структурах. Рассмотрены обнаруженные особенности локализации мартенситного превращения на мезо- и макромасштабном уровнях при субмикрокристаллической структуре. Установлена взаимосвязь между локализацией мартенситного превращения на мезо- и макромасштабном уровнях и деформационным поведением сплава Ti49.4Ni50.6 в крупнозернистом и субмикрокристаллическом состояниях. Развита концепция, согласно которой локализация мартенситного превращения на мезо- и макромасштабном уровнях при изотермическом нагружении в предмартенситном состоянии является следствием неоднородности напряженного состояния поликристаллического агрегата.

Путем компьютерного моделирования проанализирована возможность изменения величины предельной деформации образцов "интерфейсных" материалов, механическое поведение которых определяется процессами локализации деформаций на границах раздела структурных элементов (блоков, зерен и т. д.), направленной модификацией поверхностных слоев. Показано, что уменьшением модуля Юнга и предела упругости границ раздела в поверхностном слое можно обиться существенного увеличения деформационной способности образцов при циклическом нагружении. Причиной этого эффекта является вовлечение большего объема материала в процессы накопления необратимых деформаций что приводит к замедлению локализации деформаций вблизи макроконцентраторов напряжений и более позднему зарождению трещин.

С позиций спиновой химии и использования достижений современной квантовой механики рассмотрены процессы преобразования и закономерности построения ассоциатов в нефти и растворах нефтеподобных дисперсных систем.

Исследована взаимосвязь регистрируемых циклических вольтамперных кривых и свойств оксидно-керамических покрытий, формируемых в процессе микроплазменного оксидирования. Выявлено, что аналитический сигнал активной составляющей тока на вольтамперной кривой является показателем толщины и пористости формируемого покрытия. Показано, что по форме регистрируемых вольтамперных характеристик можно прогнозировать свойства получаемых оксидно-керамических покрытий и управлять процессом микроплазменной обработки.

Изучена эволюция нанокристаллических порошковых систем на основе твердых растворов ZrO2-MgO и ZrO2-Y2O3 при механической обработке в мельнице, прессовании и спекании. Показано, что в процессе механической обработки в барабанной мельнице исследуемые порошковые системы разделяются на две подсистемы с отличающимися на два порядка средними размерами структурных элементов, при этом возрастает доля квазиаморфной (рентгеноаморфной) фазы. В процессе спекания этих порошковых чистем формируются особые каркасные структуры, состоящие из линейных цепочек с высокой прочностью а границах составляющих их нанокристаллических зерен.

Приведено теоретическое и экспериментальное обоснование высокой эффективности повышения макромеханических характеристик конструкционных и инструментальных материалов путем наноструктурирования их поверхностных слоев или нанесения наноструктурных покрытий. Нагруженное твердое тело рассматривается как многоуровневая система, в которой поверхностные слои являются самостоятельной подсистемой. Особое внимание уделяется интерфейсу "поверхностный слой (покрытие) - подложка", на котором возникает "шахматное" распределение нормальных и касательных напряжений и связанных с ними концентраторов напряжений различного масштаба.

Для регенерации трансформаторного и индустриального масел до уровня товарных предложены фильтры, представляющие собой комбинации полипропиленовых волокнистых сульфокислотных сорбентов с дисперсными ферромагнитными материалами. При использовании таких фильтров из производственного цикла исключается традиционная сернокислотная очистка.

Исследована поверхностная электронная структура а-Al2O3 (0001) и рассмотрена адсорбция меди и палладия на металлической поверхности базисной грани. рассчитаны значения энергии адсорбции и определены наиболее предпочтительные равновесные положения адсорбатов на поверхности. Обсуждается механизм взаимодействия переходных металлов с подложкой.

Представлены результаты исследования морфологии и физико-химических параметров биокопозита на основе объемного наноструктурного титана и микродугового Ca-Р покрытия до и после их растворения в биологической жидкости. Растворение Ca-Р покрытия происходит преимущественно в зонах концентраторов напряжений, при этом параллельно с ионами кальция накапливаются фосфатные группы, приводящие к снижения pH раствора. На основе предложенной математической модели диффузионного взаимодействия имплантанта с раствором определен эффективный коэффициент диффузии кальция в растворе.

Рассмотрены особенности локализации пластического течения на стадиях линейного и параболического деформационного упрочнения, а также на стадии предразрушения. Показано, что макроскопическая локализация пластического течения на этих стадиях может рассматриваться как процесс самоорганизации. На стадии линейного упрочнения в образце возникает автоволновой процесс локализации течения, которому в соответствие может быть поставлена квазичастица. На стадии предразрушения автоволновой процесс коллапсирует с формированием макрошейки и последующим зарождением вязкой трещины.

Обобщены результаты экспериментального и теоретического обоснований нового механизма деформации и переориентации кристаллической решетки - механизма локальных обратимых превращений мартенситного типа. Представлены атомные модели этих превращений, результаты анализа в зонах превращений тензоров дисторсии, матриц (векторов) переориентации кристаллической решетки для различных (ГЦК - ОЦК - ГЦК, ОЦК - ГПУ - ОЦК) вариантов этих превращений. На основе этих результатов проведено обсуждение физической природы ряда явлений недислокационной пластичности.

В работе исследуется отклик материала с системой пор различного масштаба на высокоскоростную сдвиговую деформацию. Исследования проведены на основе компьютерного моделирования методом частиц. На атомном уровне это метод молекулярной динамики, на мезомасштабном уровне - метод подвижных клеточных автоматов. Показано, что в процессе деформации такого материала формируются динамические дефекты вихревого типа. Этот процесс характеризуется тремя стадиями. Первая стадия связана с преимущественно ламинарным характером смещений атомов или элементов среды в областях, прилегающих к нагруженным слоям. Особенность второй стадии заключается в формировании согласованного вихреподобного движения атомов и элементов среды в области между порами. При этом наблюдается периодичность формирования и распада вихревого движения. Для атомного уровня период такого процесса составляет порядка нескольких пикосекунд. Для бoльшего масштаба длительность второй стадии и особенности ее проявления определяются свойствами модельного материала. Третья стадия на атомном уровне связана с потерей устойчивости атомной структуры и формированием полос локализованной деформации. Это сопровождается рассогласованием вихревого движения атомов в области между нанопорами. На мезомасштабном уровне третья стадия сопровождается разрушением материала. Полученные результаты могут иметь практическое приложение при анализе поведения материалов, подверженных, например, радиационному облучению в условиях динамического воздействия.

Представлены физические основы методологии описания деформируемого твердого тела как многоуровневой системы. Сделано концептуальное заключение, что базовым механизмом пластической деформации твердых тел является локальное структурное превращение в зонах концентраторов напряжений, испытывающих растягивающие нормальные напряжения, где есть избыточный атомный объем и в пространстве междоузлий возникают виртуальные узлы другой структуры (так называемые атом-вакансионные или сильновозбужденные состояния). Данный механизм определяет общность природы всех возможных механизмов пластической деформации твердых тел. При наличии в деформируемом твердом теле трансляционно-инвариантной кристаллической структуры рассматриваемый механизм определяет зарождение и кристаллографическое движение дислокаций.

Методом высокотемпературного синтеза под давлением с последующей экструзией продукта синтеза получены интерметаллид Ni3Al и сплавы на его основе, легированные бором и хромом. Показано, что интенсивная пластическая деформация интерметаллических сплавов в процессе экструзии на стадии охлаждения приводит к формированию неоднородной зеренной структуры, состоящей из зерен размером 10-20 мкм, микрокристаллов размером 0,5-2 мкм и зерен с двойниками.

Приведены результаты исследования структуры и нанотвердости деформированного поверхностного слоя стали Гадфильда, образовавшегося в условиях сухого трения скольжения. При наноиндентировании обнаружен эффект восстановления формы, деформированной в результате трения боковой поверхности образца, перпендикулярной поверхности трения. Обсуждается природа высокой износостойкости стали Гадфильда.

Показано, что многоуровневый процесс пластического формоизменения в шейке деформируемого твердого тела может быть корректно описан на основе полевой теории дефектов. Теория предсказывает два механизма волнового пластического течения в шейке. Наиболее распространенным является диссипативный многоуровневый автоволновой процесс, в основе которого лежит самоорганизация в шейке двух макрополос локализованной деформации, сопряженных по схеме "креста". Этот процесс сопровождается фрагментацией материала на мезоуровне, высоким его деформационным упрочнением, деградацией структуры и характеризуется низкой пластичностью. В специальных условиях самоорганизации в шейке двух макрополос, сопряженных по схеме двухгранного угла, пластическое течение может развиваться как слабодиссипативный волновой процесс. Он характеризуется очень высокой пластичностью материала в шейке. Полевая теория дефектов хорошо объясняет известные экспериментальные данные о механизмах пластической деформации в шейке деформируемого твердого тела.

Рассмотрены автомодельные решения нелинейной системы уравнений полевой теории дефектов в форме бегущей волны. На основе уравнения динамического равновесия, представляющего условие совместности данной системы уравнений, получено условие существования решений в виде бегущей волны. Рассмотрены частные случаи автомодельных решений полевой теории дефектов при заданных внешних воздействиях и отсутствии диссипации энергии.

Исследована коагулирующая способность гуминовых кислот (ГК) верхового торфа после его механоактивации. Изучено влияние концентрации ГК и способа их выделения из торфа на обратимую агрегацию эритроцитов крови. Обнаружены зависимости прочности агрегатов эритроцитов и периода их агрегации от концентрации и состава ГК.

Исследованы физико-химические свойства нефти, её бензиновых, дизельных фракций и остатков атмосферно-вакуумной перегонки для получения товарных продуктов.

С использованием теорий скейлинга и данных экспериментальных исследований показана возможность получения нового поколения вязкостно-депрессорных присадок для снижения предельной низкой температуры прокачиваемости смазочных масел разной природы.

С использованием современных масс-спектральных и радиоспектрометрических методов установлен структурно-групповой состав мезозойских нефтей Восточно-Гобийского (Дзунбаянского) и Тамсагского нефтеносных районов, а также содержащихся в них углеводородов, смол и асфальтенов. Показаны доминирующая роль алканов, алкилмоноцикланов и алкилмоноаренов среди углеводородов и высокая распространенность алифатических структурных фрагментов в составе высокомолекулярных гетероорганических компонентов нефтей. Эти особенности состава свидетельствуют о том, что описанные нефти практически не были затронуты процессами микробиальной деградации.

Рассмотрены физико-химические методы увеличения нефтеотдачи пластов месторождений, разрабатываемых с использованием заводнения и паротеплового воздействия. Проанализированы результаты опытно-промышленных испытаний технологий, в основе которых лежат эти методы, на месторождениях Западной Сибири и Китая. Особое внимание уделено технологиям с применением композиций поверхностно-активных веществ и щелочных буферных растворов, а также термотропным гелеобразующим системам.

Описаны средние структурные характеристики масляных и смолистых компонентов девяти разнотипных нефтей из различных миоценовых горизонтов на месторождениях Сираково и Брадарац-Малюревац (Сербия), а также установленный масс-спектрометрически групповой углеводородный состав этих нефтей. Наиболее распространенными компонентами нефтей обоих месторождений являются моно- и бицикланы с длинными алкильными заместителями.??Обнаружена неоднозначность направлений изменения химических типов нефтей на указанных месторождениях: в зависимости от глубины залегания продуктивных объектов: обогащение нефтей алифатическими на сираковском и, наоборот, нафтеновыми углеводородами на брадарацком месторождении с глубиной. Эти изменения не поддаются объяснению ни процессами микробиальной деградации, ни катагенными преобразованиями состава нефтей в недрах и свидетельствуют о низком уровне термической зрелости органического материала, явившегося источником образования изученных углеводородных систем. Отмечена определенная симбатность изменений структурных параметров углеводородных и гетерорганических (смолистых) компонентов нефтей в зависимости от природных факторов.

Разработана методика концентрирования органических кислот и кетонов, присутствующих в нефтях Западной Сибири, нефтепродуктах и углеводородных средах. Методика основана на двухступенчатой хроматографии в системе, состоящей из предколонки с силикагелем, модифицированным 10%-ным силикатом калия, и основной колонки, наполненной необработанным силикагелем. Элюировали растворителями возрастающей полярности. Эффективность выделения проверена на стандартных соединениях.

Исследован состав и реологические свойства выделенных из высокопарафинистых нефтей асфальтосмолопарафинистых отложений при изменении градиента температур нефти и адсорбирующей поверхности. Показано влияние состава нефти и температуры на количество, состав и реологические свойства неятяных осадков.

В обзоре рассматриваются разработанные механохимические технологии для производства новых материалов для нефтедобычи: буровых растворов, тампонажных смесей, цементных вяжущих, изолирующих гелеобразующих составов. Применение механохимии позволяет повысить эффективность получения материалов для нефтедобычи, использовать отходы различных производств, улучшить экологию. Приводятся результаты исследований применения механохимии для переработки углеводородных систем с целью получения моторных и котельных топлив, вяжущих материалов. Рассматривается механизм трансформации нефтяных компонентов в жидких и гетерогенных системах при механической обработке. Механохимия эффективна для использования нефти низкого качества, тяжелых нефтяных фракций и остатков, для совместной переработки нефтяных остатков с бурым углем и торфом. Перспективным техническим направлением является создание минизаводов для удовлетворения локального спроса в топливных и дорожных материалах в удаленных районах.

Установлен полный групповой углеводородный состав нефтей важнейших месторождений Монголии, а также бензиновых, дизельных и масляных фракций этих нефтей. Оценены товарно-технические характеристики этих нефтепродуктов, намечены пути дополнительной переработки прямогонных нефтяных фракций с целью доведения их качеств до требуемых кондиций.

Установлено, что прямогонные фракции зуунбаянской нефти невозможно использовать в качестве бензинов, зимних и летних дизтоплив, строительных и дорожных битумов без вторичных процессов переработки и облагораживания. Исследовано взаимодействие различного количества озона с компонентами сырой нефти. Изменение группового состава в результате озонирования связано с образованием кислородсодержащих соединений и укрупнением молекул смолисто-асфальтеновых веществ. При термокаталитическом превращении прямогонной бензиновой фракций происходит снижение содержания нормальных алканов и нафтенов, повышение содержания ароматических углеводородов, повышается октановое число. Депарафинизация зуунбаянской нефти сжиженным газом приводит к уменьшению содержания твёрдых парафинов в 2 раза, снижению температуры застывания на 33 °С и вязкости в 3 раза. Показана возможность получения из депарафинизированной нефти высокооктанового бензина, зимнего и летнего дизтоплив.

Исследованы изменения в химическом составе основных групп соединений: алканов, аренов, смол, нафтенов, при механической обработке мазута парафинистых нефтей. Общее содержание алканов в мазуте парафинистой нефти повышается примерно на 16 %, высокопарафинистой - на 22 %, доля соединений с числом атомов углерода от С11 до С16 в составе н-алканов увеличивается. Общее содержание аренов уменьшается. Смолы и полиарены могут принимать участие в процессах перераспределения водорода, метальных и других радикалов по соединениям основных групп мазута. Общей тенденцией является уменьшение содержания более высокомолекулярных компонентов и преимущественный распад соединений более сложного разветвленного строения. Механическая активация мазута и получение низкомолекулярных компонентов может быть перспективным направлением его нетопливного использования в маломасштабных локальных производствах.

В работе представлены результаты исследования реакции деструкции н-алканов в нефтяных остатках при 220 °С в присутствии в качестве катализатора уксуснокислого марганца м в качестве инициатора - окислителя - персульфата калия. Показана возможность использования этого процесса для депарафинизации нефтей и их остаточных фракций. После отгона легкокипящих фракций получается остаток с содержанием твердых парафинов в 2 раза ниже, чем в исходном сырье.

На примере нефтей Усинского месторождения и месторождения Ляохе изучены основные тенденции изменения состава тяжелых, высоковязких нефтей при тепловом воздействии в присутствии воды. Эксперименты по лабораторному моделированию проводили в интервале температур 200-350 °С с добавлением минеральной добавки для изучения характера влияния нефтеносной породы. Изменение группового состава по сравнению с исходными нефтями характеризуется увеличением содержания асфальтенов и уменьшением содержания спирто-бензольных смол. По данным ПК-спектроскопии в составе продуктов термолиза возрастает доля пиридиновых оснований, сульфоксидов, амидов, карбонилсодержащих соединений ароматических структур. Лабораторный термолиз в среде водяного пара приводит также к заметному изменению состава н-алканов в масляной фракции нефти.

Проведена депарафингоация сжиженным газом высокопарафинистой нефти (9,3 % мае.) и компаундов, полученных введением в масляную фракцию различных количеств смол и асфальтенов. Количество парафинов в компаундах выдерживалось постоянным. Показано, что с увеличением концентрации смол в компаундах количество осадка уменьшается. При возрастании концентрации асфальтенов в компаунде с 0,3 % до 3,0 % мае. происходит увеличение количество осадка. После депарафинизации н-алканы выше Qg выпадают в осадок. Асфальтены содержащиеся в компаундах полностью переходят в осадок.

Рассмотрено поведение масел, загущенных атактическим полипропиленом (АПП) при низких температурах. Показано положительное влияние наличия кристаллической фазы в АПП на вязкостно-температурные свойства загущенных масел при низких температурах.

Выпадение осадка под воздействием внешних факторов - температуры и растворителя обусловлено спиновой природой образованных в процессе эксплуатации масла загрязнений. Эти парамагнитные загрязнения приводят к старению масел. Их полное удаление способствует восстановлению свойств отработавшего масла до уровня базового, но требует достаточных энергетических воздействий.

Описаны закономерности взаимного проникания частиц в композитах «сталь – медно-свинцовый шликер» и «железо – свинец» под электроимпульсным или ударно-волновым воздействием. Предложена теоретическая трактовка наблюдаемых явлений на основе многоуровневого подхода физической мезомеханики и концепции атом-вакансионных конфигурационных возбуждений в сильнонеравновесных системах.

Экспериментально изучены закономерности и механизмы интенсивной пластической деформации при знакопеременном изгибе поликристаллической фольги высокочистого алюминия А999, наклеенной на упругодеформируемый плоский образец алюминия А7 или титана ВТ1-0. Обнаружены новые нелинейные волновые процессы, связанные с солитонами кривизны в поверхностных слоях сильнодеформированных металлических материалов. Подчеркивается необходимость учета найденных закономерностей интенсивной пластической деформации в описании поведения твердых тел в экстремальных условиях нагружения, наноструктурных материалов, тонких пленок и покрытий.

Исследовали рельеф, образующийся на фольгах монокристалла алюминия {100}001 наклеенных на массивные образцы алюминиевого сплава, которые деформировали в режиме малоцикловой усталости. Показано, что образование специфических поверхностных структур на фольгах алюминия связано с интерфейсом «фольга – образец» и «алюминиевая фольга – ее поверхностный слой». В частности, образование продольных макроскопических полос на алюминиевой фольге объясняется периодическим распределением сжимающих напряжений, возникающих на интерфейсе «фольга – образец». На границе макроскопических полос и твидовой структуры с периодом ~2.8 мкм обнаружена тонкая твидовая субструктура субмикронного диапазона. Показано, что периодические двухмерные решетки различного масштаба, образующиеся на фольгах, характеризуются эффектом самоподобия в интервале линейных размеров от долей до сотен микрометров.

В работе исследовано влияние формы упрочняющих частиц и прочностных свойств границы раздела на процессы деформации и разрушения в металлокерамическом композите Al/Al2O3. Проведены трехмерные расчеты деформации и разрушения в условиях одноосного растяжения и сжатия для пяти различных случаев, в которых форма включений варьировалась от идеальной сферической до существенно неправильной. Показано, что вблизи границ раздела «матрица – включение» как при растяжении, так и при сжатии существуют локальные области материала, испытывающие растягивающие нагрузки. Установлено, что в рассмотренном диапазоне нагрузок прочность на сжатие не достигается ни в одной области материала включения, т.е. все трещины распространяются исключительно под действием растягивающих напряжений как при приложенном растяжении, так и при сжатии. Выявлены два основных механизма разрушения упрочняющих частиц — отслаивание по границе раздела и объемное растрескивание. Изучено влияние прочностных свойств границ раздела на механизмы разрушения композита.

Приведены результаты комплексного исследования микроструктуры, деформационного поведения в области микро- и макропластической деформации, упругопластических и неупругих свойств титана ВТ1-0 и сплава ВТ6 с ультрамелкозернистой (субмикрокристаллической) структурой, сформированной посредством интенсивной пластической деформации. Показано, что в результате формирования ультрамелкозернистой (субмикрокристаллической) структуры закономерности деформационного упрочнения в области микропластической деформации сохраняются, а в области макропластической деформации происходят существенные изменения. Рассмотрены закономерности изменения упругопластических и неупругих свойств титана ВТ1-0 и сплава ВТ6 при переходе от крупнозернистой к ультрамелкозернистой структуре. Показана взаимосвязь между истинным зернограничным проскальзыванием и проявлениями сверхпластичности у сплава ВТ6 в ультрамелкозернистом состоянии.

Представлены результаты измерения нанотвердости деформированного поверхностного слоя стали Гадфильда после испытаний на трение. Обнаружено явление восстановления формы поверхности после индентирования, которое сохраняется в течение нескольких дней после испытаний. Высказано предположение о существовании в деформированном материале эффекта, подобного нелинейной упругости.

Предложен и развит подход к численному решению прикладных задач разрушения прочных сред и твердых тел, основанный на идеях эволюции и самоорганизации нелинейных систем в процессе нагружения. Предложенная методика позволяет рассматривать катастрофические явления как развитие событий в режимах с обострением. Нагружаемая полем сил тяжести геосреда, в том числе содержащая различные полости антропогенного происхождения (скважины, штреки и лавы в шахтах, различные подземные сооружения), рассматривается как нелинейная динамическая блочная система, эволюционирующая в поле сил по законам синергетики. Механическое поведение таких нелинейных динамических систем исследуется с континуальной макроскопической точки зрения, что позволяет эффективно использовать подходы и численные методы механики сплошных сред для моделирования процессов деформации и разрушения. На высокопроизводительном вычислительном кластере выполнены расчеты эволюции состояния и обрушения кровли над выработанным пространством в зависимости от скорости подвигания забоя. Показано, что при высоких скоростях подвигания забоя реализуются существенно неравновесные режимы эволюции нагруженного массива, в результате чего зависают протяженные участки пород покрывающей толщи, что может привести к их катастрофическому обрушению.

Проводимые на протяжении ряда лет экспедиционные исследования СО РАН показали, что в качестве эффективной модельной среды для изучения геотектонических процессов может рассматриваться ледовый покров озера Байкал. Многие механизмы деформации блочного ледового покрова могут быть сопоставлены известным в геодинамике механизмам, таким как спрединг, субдукция, коллизия и др. В настоящей работе приведены результаты изучения динамических процессов образования и развития одного из указанных типов деформационных структур в ледовом покрове озера Байкал, а именно зоны поддвига, являющейся аналогом зоны субдукции. Показано, что эти процессы могут быть вызваны динамическими релаксационными явлениями, связанными с возникновением новых границ раздела (тип I), либо с активизацией уже существующих, но ранее неактивных трещин (тип II). Установлено, что динамические релаксационные явления первого типа хотя и сопровождаются большей скоростью высвобождения накопленной упругой энергии среды, однако вызывают меньшие результирующие смещения в зоне поддвига ледовых плит. Наблюдаемые различия могут быть связаны с тем, что активизация большого количества границ раздела способна вызывать существенно бульшие смещения в блочной среде, нежели образование новой границы. Проведенное обследование структуры контакта ледовых плит в зоне поддвига и результаты компьютерного моделирования позволили сделать вывод о том, что образование данной деформационной структуры позволяет снизить сопротивление границы раздела сжатию на порядки величины. Это дает возможность утверждать, что структуры субдукционного типа обеспечивают эффективный механизм реализации больших неупругих деформаций в квазидвумерных «плитных» средах без существенного роста напряжений.

Рассчитано напряженно-деформированное состояние и смоделирован процесс развития разрыва в области, содержащей жесткий блок вблизи разлома. Рассмотрено влияние приложенных напряжений на место инициации и направление развития разрыва в области Чаган-Узунского блока. Показана возможность реализации различных механизмов неупругой деформации. Смоделированы условия, обеспечивающие сверхбыстрое распространение разрыва вдоль линии разлома.

Методами металлографии, электронной микроскопии и рентгенографии исследована структура и проведен подробный химический и фазовый анализ покрытий, полученных электронно-лучевой наплавкой на воздухе порошковых смесей. Определен оптимальный режим наплавки. обеспечивающий высокую износо- и коррозионную стойкость покрытий на малоуглеродистой стали Ст.3.

Исследован процесс неокислительной конверсии метана в ароматические углеводороды на цеолите, модифицированном наноразмерным порошком вольфрама. Установлено, что наибольшая конверсия метана и максимальный выход ароматических углеводородов достигаются на катализаторе, содержащем 8.0 мас.% W. Методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и спектроскопии рентгеновского характеристического излучения изучена природа и распределение активных фаз в W-содержащем цеолите. Исследован процесс дезактивации катализатора W-HZSM-5 на различных стадиях конверсии метана и установлено распределение коксовых отложений на его поверхности.

Представлены общие соотношения, необходимые для описания поведения материалов, содержащих внутренние поверхности раздела. Сформулированы условия независимого описания явлений диффузии. Для частных вариантов самодиффузии и диффузии в бинарной системе выведены формулы для эффективных коэффициентов диффузии, связывающие привычные коэффициенты диффузии с энергетическими параметрами границ раздела. Предложены соотношения между коэффициентами диффузии в объеме и по границам зерен и коэффициентами переноса в обобщенной модели.

Определены групповые углеводородные составы типичных нефтей важнейших месторождений Монголии, а также их бензиновых, дизельных и масляных фракций. Оценены товарно-технические характеристики этих фракций, намечены пути дополнительной переработки прямогонных фракций с целью доведения их качества до требуемых кондиций.

Исследовано влияние магнитного поля на структурно-реологические свойства нефтей с различным содержанием смол, асфальтенов и парафиновых углеводородов. Показано, что после магнитной обработки происходит существенное изменение парамагнитных, антиоксидантных и вязкостных характеристик парафинистых и высоковязких нефтей. Количественный показатель центров ингибирования возрастает с увеличением содержания в нефтях спиртобензольных смол. Период полного восстановления парамагнитных и антиоксидантных свойств совпадает со временем восстановления реологических характеристик нефти.

Установлена возможность использования материала осадков очистки природных вот от железа (отходов станций водоподготовки) для извлечения нефти из водных сред. На примере осадков обезжелезивания артезианской воды водозабора Томского Академгородка показана высокая адсорбционная способность названных материалов по нефти. Исследована нефтепоглощающая способность исходных осадков; подобраны условия их термической обработки изучена способность термически активированных осадков извлекать нефть их водных сред.

В работе исследуются нелинейные процессы, сопровождающие диффузию кислорода з адсорбционного слоя в глубь сплава в условиях воздействия импульсного электронного потока высокой мощности на основе математической модели. учитывающей неравновесную активацию и плавление. Модель включает уравнение теплопроводности, диффузии и кинетики с соответствующими импульсной электронно-лучевой обработке начальными и граничными условиями. Приводятся оценки кинетических параметров. Рассчитываются распределение температуры и концентрации кислорода по пространству и времени при различных значениях плотности потока и длительности импульса; определяется глубина зоны прогрева и диффузии, проводится сравнение результатов с учетом активации и без нее.

Методами растровой и просвечивающей электронной микроскопии проведено сравнительное исследование эволюции структуры субмикрокристаллического (СМК) молибдена в процессе свободного отжига и в условиях диффузии никеля с поверхности Изучена кинетика и определены значения энергии активации инициированной диффузией никеля рекристаллизации СМК-молибдена в интервале температур 1123-1223 К. Обсуждаются возможные причины снижения температуры инициированной диффузией никеля рекристаллизации СМК-молибдена по сравнению с мелкозернистым. На основе полученных результатов проведена оценка коэффициентов зернограничной диффузии никеля в СМК-молибдене.

Показано влияние легирования алюминием на прочностные свойства и механизм деформации (скольжение, двойникование) при растяжении 123 монокристаллов стали Гадфильда при Т=300 К. Установлено, что легирование алюминием подавляет развитие деформации двойникованием 123 монокристаллов, приводит к изменению типа дислокационной структуры при скольжении от однородного распределения дислокаций к планарной дислокационной структуре.

Исследовано влияние постоянного магнитного поля на реологические и парамагнитные свойства ряда парафинистых нефтей (ПН). Для высокопарафинистых нефтей (ВПН) с повышенным содержанием нейтральных смол при воздействии магнитного поля отмечено увеличение вязкости и энергии активации вязкого течения и их снижение для высокопарафинистых нефтей с повышенным содержанием кислых смол. Процессы образования ассоциатов, протекающие в нефтяных дисперсных системах после магнитного воздействия и определяющие изменение реологических свойств нефти, зависят от содержания парафиновых углеводородов, смол и асфальтенов. Изменение при магнитной обработке степени ассоциации молекул, которое сопровождается скачкообразным изменением энергии активации вязкого течения, свидетельствует о происходящих в нефтяной системе структурных преобразованиях. Воздействие магнитного поля смещает ассоциативно-диссоциативное равновесие в нефтяной дисперсной системе, приводит к различным релаксационным эффектам.

Проведены электронно-микроскопические исследования структурно-фазового и напряженно-деформированного состояния материала из горячекованых заготовок. Обнаружено, что скалярная плотность дислокаций в ферритных зернах и в ферритных прослойках перлита стали из поковки, растрескавшейся после проведения технологических операций, в полтора раза больше, чем в кондиционном материале. Металл в этом состоянии имеет повышенное содержание сульфидов пластинчатой морфологии. В нем в 1,5 - 2 раза выше допустимого объемна доля перлита, превалирует пластинчатый перлит, а локальные дальнодействующие напряжения соизмеримы с пределом текучести. Установлено, что причиной формирования неблагоприятного структурно-фазового состояния является повышенное содержание углерода. что привело к перегреву метала, как при обработке давлением, так и при финишной термической обработке.

Методом электронной микроскопии, рентгеноструктурного анализа, измерения микро- и нанотвердости исследованы особенности взаимосвязи тонкой структуры с изменением прочностных свойств наноструктурных и нанокомпозитных покрытий Ti-Si-B-N с высоким содержанием примесей кислорода и углерода. Показано, что в условиях низкотемпературного (T= 200С) нанесения покрытий формируется двухуровневая зеренная структура с фрагментацией зерен размером 0,1 - 0,3 мкм на субзерна размером 15-20 нм и наличием текстуры (200). С увеличением содержания кремния формируются бестекстурные покрытия с размером зерна кристаллической фазы менее 15 нм и высокой аморфной составляющей либо покрытия с аморфно-кристаллической структурой. При температурах нанесения покрытий 400-450 С наблюдается нанокомпозитная структура с размером зерна d= 10 - 15 нм и отсутствием текстуры. Для всех изученных составов и условий получения обнаруживается кристаллическая фаза Ti1-хSхN с параметром решетки a=(0,416 - 0,420) нм. При оптимальных составах и условиях синтеза значения твердости превышают 40-50 ГПа. высказано предположение о возможности достижения сверхтвердости при многофазных зернограничных прослойках толщиной более 1 нм.

Проведены механические испытания и исследована структура циркония и алюминия, предварительно деформированных на 450% посредством ковки с переменой оси осаживания (КПО) и равноканального углового прессования (РКУП) соответственно. При растяжении образцов из указанных сильнодеформированных сплавов наблюдалась их повышенная склонность к образованию шейки, однако пластичность материалов в шейке намного превосходила пластичность в шейке исходных крупнозернистых материалов. По результатам экспериментов сделано предположение. что закономерным этапом пластического течения твердых тел при интенсивной пластической деформации (ИПД) является формирование ячеисто-полосовой структуры и локализации деформации в полосах с мелким зерном. Это существенно замедляет процессы дальнейшего деформационного измельчения структуры посредством ИПД, а также является причиной быстрого образования шейки разрушения в материалах с такой структурой.

Приведен обзор работ авторов с сотрудниками [1-20 и др.], посвященных проблемам природы процессов массопереноса через интерфейсы в твердых телах и биологические мембраны. Сделано заключение, что в основе распространения транспортных потоков лежат структурно-фазовые переходы наноструктурных состояний на границах раздела в гетерогенных средах.

Методами электронно-микроскопического и рентгеноструктурного анализов исследованы особенности эволюции структурно-фазового состояния сплава Ti-6Al-4V в процессе формирования субмикрокристаллической структуры с использованием обратимого легирования водородом. Установлено, что пластическая деформация в двухфазной области при температуре 1023К инициирует в сплаве Ti-6Al-4V-Н полное превращение с образованием фазы, имеющей параметры решетки, отличающиеся от соответствующих для равновесной фазц. Изотермический отжиг такой структуры при температуре дегазации 873К приводит к формированию в сплаве двухфазной субмикрокристаллической структуры с размером зерен 0,3 мкм. Показано, что использование для дегазации деформированного сплава Ti-6Al-4V-Н эффекта неравновесного выхода водорода из металлов в условиях воздействия пучком электронов позволяет сформировать однофазную субмикрокристаллическую структуру и повысить ее дисперсность. Обсуждаются возможные причины наблюдаемых фазовых превращений.

Проведено исследование динамики накопления электрически активных радиационных дефектов при ионном легировании эпитаксиальных пленок Cd2Hg1-xTe с различным распределением состава материала в области внедрения имплантанта. Образцы эпитаксиальных пленок облучались ионами бора при комнатной температуре в непрерывном режиме в диапазоне доз, энергий, плотности тока ионов. Обнаружено, что натуральный логарифм скорости введения электрически активных радиационных дефектов линейным образом зависит от состава материала эпитаксиальной пленки в области среднего проецированного пробега имплантируемых ионов. Анализ полученных экспериментальных данных показывает, что динамика накопления электрически активных радиационных дефектов определяется составом материала эпитаксиальной пленки в области внедрения имплантируемых ионов.

В рамках псевдопотенциального подхода изучена атомная и электронная структура четырех структурных реконструкций поверхности GaAs(001) - (4x2), оканчивающейся галлием. Рассчитаны полные, поверхностные и локальные плотности электронных состояний, зонные спектры, относительные поверхностные энергии рассматриваемых структур.

Исследована деформационная кривая поликристаллического дуралюмина марки Д1 и установлено, что она содержит три основные стадии: линейного упрочнения, параболического упрочнения (n=1/2) и стадию предразрушения (n1/2). Представлены результаты исследования характера макролокализации пластического течения данного сплава. Картины распределения очагов локализованной пластичности эволюционируют в соответствии со стадиями упрочнения. на стадии предразрушения отмечается самосогласованное движение очагов локализации к месту будущего разрушения. Анализ кинетики очагов локализации показал. что на этой стадии в образце сосуществуют как упрочняющиеся, так и разупрочняющиеся домены, движущиеся с постоянной для каждого из них скорость, величина которой линейно зависит от координаты места зарождения.

Рассмотрены вопросы модификации нефтяных битумов полимерными материалами. Модификаторами могут быть полимеры, содержащие кристаллическую фазу. На основе адсорбционной модели взаимодействия полимера с дисперсной фазой битума получено соотношение для определения нижней концентрации структурообразования полимера в полимербитумной композиции. Показано, что суммарное максимальное содержание в композиции полимера и дисперсной фазы битума не должно превышать 25 %.

В развитие предыдущих работ авторов рассмотрена проблема зарождения пластического сдвига в деформируемом твердом теле на основе многоуровневого подхода физической мезомеханики. развит метод стохастических возбудимых клеточных автоматов, позволяющий учитывать самоорганизацию конфигурационных возмущений различных масштабов в системе "поверхностны слой - его интерфейс с подложкой". Показано, что любой пластический сдвиг может зарождаться только в зонах растягивающих нормальных напряжений. которые формируют в кристалле неупругие конфигурационные возмущения как предвестник пластического сдвига.

В последнее время резко меняется структура сырья, поступающего на нефтеперерабатывающие заводы. В нем увеличивается доля тяжелых нефтей с повышенным содержанием гетероатомных соединений. Выбор оптимальных условий переработки такого сырья зависит от объема и глубины информации о составе и строении его компонентов.

Рассмотрена возможность описания неоднородных тел в рамках формализма калибровочных теорий, представляющего универсальный метод современной физики. Показано, что на основе лагранжиана неоднородного упругого тела данный метод позволяет получить динамические уравнения Эйлера-Лагранжа, которые могут быть использованы для построения различных динамических моделей деформирования неоднородного твердого тела с дефектами. Следуя известной в механике сплошных сред классификации. проанализированы классы неоднородных материалов, которые могут быть описаны на основе динамических уравнений калибровочной модели.

Изучено влияние состояния поверхностного слоя образцов композиционного материала Al + 10 % Al2O3 на локальные характеристики прерывистой текучести и уровень деформирующих напряжений при растяжении. Полученные результаты хорошо согласуются с концепцией физической мезомеханики о важной функциональной роли поверхностного слоя в деформируемом твердом теле как многоуровневой системе.

В работе численно исследована модель возбуждения химической реакции в прогретом слое твердого вещества внешним источником энергии с учетом накопления повреждения в реакционной зоне. Модель основана на термодинамическом подходе к описанию связанных физико-химических процессов и учитывает в уравнении баланса внутренней энергии (в форме уравнения теплопроводности) энергетический вклад от экзотермической реакции и вследствие разрыва связей при разрушении. Выявлены разные режимы протекания процессов в прогретом слое. Построены зависимости характеристик процесса (времени начала превращения, ширины зоны прогрева и реакции) от параметров модели.

Методами теории функционала электронной плотности исследованы электронная структура и магнитные свойства возможных типов контактов на границе раздела (001) между сплавами Гейслера составов XYZ и X2YZ (NiMnSb и Co2MnSi) и полупроводниками III-V групп (InP и GaAs). Показано, что в обоих случаях максимальная спиновая поляризация достигается на контактах Ni/P(As) или Co/As. Исследовано влияние структурных дефектов на поверхности и границах раздела на спиновую поляризацию на уровне Ферми. Проведен анализ природы состояний на границе раздела сплав Гейслера-полупроводник и электронных факторов, способствующих потере или сохранению полуметаллического поведения на рассмотренных контактах. Расчеты локальных магнитных моментов показали, что магнитные свойства контактных атомов не изменяются значительно на границах раздела вследствие частичной компенсации их координации за счет атомов полупроводника. Увеличение степени спиновой поляризации может быть достигнуто за счет легирования на подрешетке Х-элемента.

Представлены результаты теоретического исследования электрон-фононного взаимодействия в состоянии квантовой ямы, образованном монослойным покрытием Na на Cu (111). Расчеты показали, что константа электрон-фононной связи в этом состоянии уменьшается незначительно (1%) в сравнении со значением для чистой поверхности меда. Соответствующий электрон-фононный вклад во врем жизни состоянии квантовой ямы увеличивается в 1.5 раза по отношению к чистой поверхности Cu (111).

Представлены результаты исследования структуры поверхностного слоя стали Гадфильда (Г13), образовавшегося в условиях сухого трения скольжения. Изучены особенности деформирования материала под поверхностью трения в зависимости от условий испытания - низкой скорости скольжения и малом давлении, значение которого много меньше предела текучести стали Г13. Методами оптической сканирующей и дифракционной электронной микроскопии исследован фазовый состав и дефектная субструктура на поверхности трения. Показано, что вблизи поверхности трения образуется тонкий, сильно деформированный слой нанокристаллического строения, переходящий в слой с поликристаллической структурой, содержащей двойники деформации и дислокации. Нанокристаллическая структура и присутствие оксидов в поверхностном слое и зоне трения свидетельствуют о высокой температуре и больших пластических деформациях, ответственных за формирование данного слоя. Сделано предположение о том, что деформирование материала, наблюдающееся на большой глубине от поверхности, обусловлен генерированием упругих волн при трении.