Предложена двумерная математическая модель распространения химического превращения в пластине в условиях механического нагружения. Проведено численное исследование задачи для трех вариантов условий для напряжений и перемещений на поверхностях пластины: жесткой заделки, одноосного растяжения, сдвига. Установлено, что вследствие связанности полей температур, концентраций и напряжений режимы превращения в разных условиях нагружения различны. В результате параметрического исследования модели показано, что величина внутренних напряжений может существенно превышать внешнюю нагрузку.

На основе компьютерного моделирования и экспериментального исследования керамики на основе диоксида циркония показано, что перколяционный переход в хрупком пористом материале от изолированных пор к сообщающимся приводит к изменению зависимости его упругих и структурных характеристик от общей пористости.

Изучено превращение прямогонной бензиновой фракции высокопарафинистой нефти в высокооктановый бензин на ниобийцирконийалюмосиликатном катализаторе цеолитной структцры ZSM-5. Показано влияние условий проведения процесса на выход, состав и эксплуатационные показатели образующего бензина. Установлено, что в присутствии полученного катализатора путем варьирования условиями процеса можно получать бензин требуемого качества. С помощью методов термодесорбции аммиака и дифференциального термического анализа получены данные о кислотных характеристиках цеолитного катализатора и количестве образующегося на его поверхности кокса в ходе превращения прямогонного бензина. Оценена стабильность работы катализаторов в модельной реакции конверсии метанола в углеводороды.

Изучен состав продуктов, полученных при механической обработке (МО) в среде различных газов и при термолизе в сверхкритической воде нефтенасыщенного песчаника. Установлено, что при механообработке в среде аргона и воздуха снижается выход битумоидов - органического вещества, а в их составе уменьшается количество асфальтенов и масел. При МО песчаника в присутствии водорода не наблюдается существенных изменений в содержании битумоида и в его вещественном составе по сравнению с битумоидом, экстрагированном из исходного песчаника. Сочетание МО нефтенасыщенного песчаника и последующего акватермолиза в сверхкритических условиях приводит к увеличению выхода жидких и газообразных продуктов. В составе жидких продуктов преимущественно содержатся смолистые компоненты. Проанализирован индивидуальный и групповой состав алканов и алкилзамещенных моно-, би- и триароматических углеводородов (УВ) в битумоидах и пиролизатах. В газообразных продуктах, образующихся при механообработке песчаника в присутствии различных газов, среди углеводородсодержащих компонентов преобладает метан, при акватермолизе - пропан.

Установлено, что неустойчивость пластического течения в режиме "упрочнение-разупрочнение", обнаруженная на параболической стадии кривой деформационного упорчнения сплава Zr-1%Nb, независимо от дислокационного, сопровождается геометрическим упрочнением (разупрочнением) в результате переориентации плоскостей скольжения относительно оси нагружения, обусловливающей периодическое изменение факторов Шмида для призматической и сопряженной базисной системы скольжения.

Изучено изменение окислительно-восстановительных и антирадикальных свойств гуминовых кислот после облучения монохроматическим УФ излучением эксилампы и полихроматическим светом гелиевой лампы.

Методом механохимического синтеза из солевых систем соответствующих реагентов получены наноразмерные порошки оксидов SnO2 и CoFe2O4 с удельной поверхностью 130 и 160 м2/г соответственно. Изучены их физико-химические характеристики и поглощающая способность по отношению к микроорганизмам и органическим загрязнителям. Установлено, что при фильтрации микробной нефтезагрязненной взвеси через колонки, заполненные изучаемыми наносорбентами, величина сорбции бактерийных клеток Microccocus albus и Pseudomonas putida составляет 99.999-100 %. Благодаря развитой удельной поверхности полученные наносорбенты можно использовать для высококачественной очистки питьевой воды от микроорганизмов и органических загрязнителей, что имеет большое значение для снижения инфекционной заболеваемости населения.

Создан композиционный материал на основе нановолокнистого оксигидроксида алюминия, активированного наночастицами металлов (Ag, Co, Fe, Cu). Изучены его каталитические свойства в реакции окисления изопропилбензола. Показано, что оксогидроксид алюминия можно использовать в качестве носителя при создании композиционных материалов. Процесс окисления изопропилбензола в присутствии активированного оксогидроксида алюминия проходит селективно с образованием преимущественно гидропероксида изопропилбензола.

Проведен термолиз образцов асфальтенов усинской нефти при температрах 160, 200, 250, 300, 450 и 650 оС. Образцы асфальтенов после термолиза проанализированы методом ИК-спектрометрии; определен их элементный состав, молекулярные массы, структурно-групповые характеристики; построены гипотетические структуры средних молекул. Образующиеся в результате термолиза асфальтенов жидкие и газообразные продукты проанализированы методами ГЖХ и ГЖХ/ГАХ. На основании данных о термической устойчивости насыщенных алифатических и циклических сернистых фрагментов и изменении общего содержания серы в термолизованных асфальтенах рассчитаны количества алкил-и тиацикланой серы, входящей в состав молекул асфальтенов.

Обнаружена цикличность дислокационных превращений в очаге макролокализации деформации в процессе растяжения сплава Zr-1%Nb , которая сопровождается периодической релаксацией внутренних напряжений в результате распада субграниц и перераспределения дислокаций. Установлена взаимосвязь колебательной неустойчивости локализации деформации в режиме "упрочнение-разупрочнение" на параболической стадии кривой пластического течения сплавов циркония, с цикличностью дислокационных превращений в очаге макролокализации в процессе его трансформации в шейку.

Рассмотрены стадийность кривых пластического течения и формы локализации пластической деформации при растяжении образцов из сплава Zr-1%Nb. Установлена и обсуждена связь картин локализации с законом деформационного упрочнения при пластическом течении. Приведены данные о дислокационной структуре деформированного сплава в областях локализации деформации.

Мсследованы картины локализации пластического течения в ГЦК монокристаллах высокого марганцовистого γ-Fe, ориентированных для двойникования при растяжении. Установлены основные пространственно-временные закономерности локализации деформации на стадиях площадки текучести, легкого скольжения и линейного упрочнения в таких монокристаллах. Определена скорость движения очагов локализованной деформациипри растяжении. Обсуждены условия генерации автоволн пластичности при изменении состояния деформируемой среды. Показано, что при двойниковании деформации картины локализации аналогичны наблюдаемым при деформации дислокационным скольжением.

Исследовано деформационное поведение керамики на основе частично стабилизированного диоксида циркония с разной морфологией порового пространства. Обнаружен эффект механической неустойчивости сформированных в процессе синтеза керамики стрежневых и пластинчатых структур, что наряду с чисто упругим поведением керамики и процессом накопления микроповреждений при активной деформации сжатием обеспечивает существенную деформацию пористой структуры без разрушения материала и соответственно более широкий спектр применения пористых керамических материалов.

Развиты научные основы описания деформируемого твердого тела как нелинейной иерархически организованной системы. Теоретически и экспериментально показано, что первичными пластическими сдвигами в нагруженном твердом теле являются нелинейные волны локальных структурных превращений в двухмерных поверхностных слоях и внутренних границах раздела, которые не имеют дальнего порядка. В основе развития нелинейных волн лежит многоуровневое согласование пластического течения на различных структурно-масштабных уровнях. Все типы деформационных дефектов в кристаллах рождаются в сильно возбужденных зонах гидростатического растяжения, возникающих при распространении в двумерных системах нелинейных волн каналированного пластического течения. Регулярность возникновения таких зон определяет природу локализации пластической деформации. Для многоуровневого согласования пластического течения во всей иерархии масштабов, включая электронную подсистему, предлагается рассматривать локальную кривизну х вихревых потоков пластического течения как обобщенный структурный параметр. Он позволяет адекватно описать поведение деформируемого твердого тела в различных термодинамических состояниях, включая сильную неравновесность наноструктурных материалов.

Работа посвящена развитию формализма метода подвижных клеточных автоматов для моделирования консолидированных гетерогенных упругопластических сред на различных масштабных уровнях. На основе развитого формализма сформулирован подход к построению структурных моделей для мезоскопического описания отклика (включая разрушение) гетерогенных сред с учетом иерархической организации их внутренней структуры. В рамках данного подхода учет влияния структурных уровней более высокого, в сравнении с рассматриваемым, масштаба осуществляется с использованием техники совмещения метода частиц с традиционными методами механики сплошных сред. Эффективный учет структурных уровней более низкого ранга реализуется путем определения интегральных характеристик отклика представительных объемов среды меньшего масштаба и задания соответствующих значений параметров взаимодействия частиц. Проведено развитие предложенного формализма для описания контрастных гетерогенных сред, различные компоненты которых могут находиться в различных агрегатных состояниях. Возможности метода частиц для описания иерархически организованных сред иллюстрируются на примере изучения закономерностей отклика и разрушения материалов с развитой поровой структурой, в том числе контрастных.

Термоупругие мартенситные превращения в сплавах на основе никелида титана - сложный иерархический процесс, происходящий на разных масштабно-структурных уровнях. Однако возможность протекания и температуры данных превращений во многом обусловлены особенностями электронной структуры данных сплавов. В данном обзоре на основе собственных экспериментальных результатов по исследованию электронной структуры и анализа зонно-структурных расчетов анализируется природа структурной нестабильности высокотемпературной В2-фазы сплавов на основе TiNi и В2-интерметаллидов титана. Показано, что представление о том, что в основе мартенситных превращений в интерметаллидах TiMe лежит склонность титана к полиморфному превращению, которое становится возможным в решетке соединения, позволяет сформулировать критерии, опираясь на которые, можно управлять температурами мартенситных превращений. Анализируются также особенности электронной структуры, обусловливающие прекурсорные эффекты в данных сплавах.

Рассмотрены особенности макролокализации пластического течения в зависимости от стадийности деформационного упрочнения. Показано, что макроскопическая локализация пластического течения на этих стадиях может рассматриваться как автоволновой процесс самоорганизации. Установлено, что основные характеристики автоволн могут быть получены из инварианта упругой и пластической деформации.

Представлен обзор основных понятий и некоторых результатов нелинейной динамики в связи с решением задачи о физических причинах и механизмах локализации деформационных процессов в нагружаемых твердых телах и средах и установления закономерностей нарастания масштабов локализации. Показано, что таким механизмом может быть структура устойчивых резонансов, которая формируется в нагружаемых твердых телах. Нагружаемое твердое тело рассматривается как система многих взаимодействующих атомов, возмущаемых внешним воздействием с непрерывным спектром частот. Ставится вопрос, какие частоты из этого непрерывного спектра будут отобраны возмущаемой нелинейной системой взаимодействующих атомов, т.е. окажутся наиболее устойчивыми. Анализ структуры резонансов выполнен в рамках подхода Гамильтона и теории Колмогорова-Арнольда-Мозера. Показано, что полученные нелинейной динамикой результаты полностью объясняют экспериментально установленную закономерность нарастания масштабов локализации, отвечающую универсальному принципу фрактальной делимости твердых тел и сред. Согласно этому принципу минимальным масштабом является параметр решетки нагружаемого тела, а каждый последующий масштаб есть сумма двух предыдущих.

Экспериментально и расчетами из первых принципов изучен эффект уменьшения энергии связи поверхностных атомов мышьяка при адсорбции Cs на As-стабилизированную поверхность CаAs(001)-(2х4). Cs-индуцированное перераспределение заряда на поверхностных атомах вызывает уменьшение электронной плоскости в связи As-Ca верхнего слоя поверхности CаAs(001), что уменьшает энергию связи As-Ca и, как следствие, приводит к уменьшению энергии активации диффузии и десорбции атомов мышьяка. Увеличение коэффициента диффузии поверхностных атомов наряду со свойством Cs сегрегироватьна поверхность растущей пленки полупроводника позволили использовать цезий в качестве суфрактанта при низкотемпературном росте CaAs методом молекулярно-лучевой эпитаксии.

Проведен анализ изменения симметрии при структурном фазовом переходе В2-ПССС2 с последующими мартенситными превращениями в фазы В19 и В19' . Показана взаимосвязь смещений атомов с деформацией решетки. Установлено, что структуры с продольными и поперечными смещениями имеют одинаковую симметрию и могут переходить друг в друга посредством операции двойникования. Получен трансформационный ряд преобразований тензора деформации решетки, согласованный с трансформациями смещений атомов. При этом операции, осуществляющие эти преобразования, являются операциями двойникования.

Для описания миграции водорода в решетке Pd исследована суперъячейка Pd16H, в которой атом водорода перемещался между симметричными междоузлиями. В рамках приближения локальной плотности выполнены ab initio расчеты барьеров диффузии водорода в релаксированной и нерелаксированной решетке металла, а также рассчитан перенос заряда в процессе движения водорода. Сделан вывод о том, что миграция водорода в палладии происходит преимущественно по траектории: октапора - тетрапора - октапора.

Выявлены линейные корреляционные зависимости между твердостью и скоростью ультразвука в алюминиевом сплаве Д16, подвергнутом естественному и искусственному старению. Показано, что причиной возникновения корреляции являются распад пересыщенного твердого раствора и выделение упрочняющих фаз интерметаллидов Al2Cu и Fl2MgCu.

Исследованы картины локализации пластического течения в ГЦК-монокристаллах Cu и Ni, ориентированных для легкого скольжения. Установлены основные пространственно-временные закономерности локализации деформации на стадиях легкого скольжения и линейного упрочнения в таких монокристаллах. прослежена связь ориентировки очагов локализованной деформации с кристаллографией систем скольжения исследуемых образцов. Определена скорость движения очагов локализованной деформации при растяжении.

Для увеличения нефтеотдачи залежей с трудноизвлекаемыми запасами разработана комплексная технология с применением гелеобразующих и нефтевытесняющих композиций. Её применение обеспечивает увеличение охвата заводнением и паротепловым воздействием наряду с повышением коэффициента вытеснения и интенсификацией разработки. Результаты промысловых испытаний этой технологии на юрских отложениях Западной Сибири и пермо-карбоновой залежи высоковязкой нефти Усинского месторождения подтвердила её высокую эффективность, экологическую безопасность и безвредность для персонала.

Исследованы объемные изменения при твердофазном спекании, структура и фазовый состав материалов, спеченных из двух- и трехкомпонентных порошковых лигатур системы Al-Cr (Si,Ti). порошки для спекания были получены методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в смесях элементарных порошков четырех целевых составов с последующим дроблением спеков и отсевом мелких фракций. При спекании всех изучаемых прессовок происходила объемная усадка, монотонно увеличивающаяся с ростом температуры и длительности изотермической выдержки. Результаты структурных исследований спеченных материалов, проведенных с применением методов рентгеноструктурного и микрорентгеноспектрального анализов, оптической и растровой электронной микроскопии, обсуждены совместно с результатами исследования объемных изменений при спекании.

Исследованы особенности формирования ультрамелкозернистой (УМЗ) структуры в двойном сплаве на основе никелида титана при ступенчатом теплом (673-573 К) abs-прессовании. Установлено, что в результате прессования возникает микроструктура смешанного типа на основе субмикрокристаллической (СМК) и нанозеренной составляющих, причем последняя наблюдается в основном в микрополосах локализации деформации. Изучено изменение фазового состава никелида титана при 295 К после abs-прессования.

Рассмотрен термосиловой изгиб упругопластической круговой трехслойной пластины с легким заполнителем, покоящийся на основании Винклера. для описания кинематики несимметричного по толщине пакета пластины приняты гипотезы ломаной нормали. Реакция основания описывается моделью Винклера. Получена система уравнений равновесия и ее точное решение в перемещениях. Приведены численные результаты для трехслойных круговых металлополимерных пластин.

Исследована неокислительная конверсия метана в ароматические углеводороды на высоких кремнеземных цеолитах ZSM-5, модифицированных наноразмерными порошками молибдена (4,0 мас.%) и серебра (0.1-0.5 мас.%). С помощью метода термопрограммированной десорбции аммиака получены данные о кислотных характеристиках катализаторов. Методами просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения и спектроскопии рентгеновского характеристического излучения исследована микроструктура и состав каталитических систем Ag-Mo/ZSM-5. Показано, что модифицирование Мо-содержащего цеолита серебром приводит к повышению его активности и стабильности в процессе неокислительной конверсии метана в ароматические углеводороды.

Проведено фракционирование асфальтенов и смол нефти Усинского месторождения. Асфальтены разделены на фракции методом дробного осаждения смесями растворителей хлороформ/гексан в соотношениях 30/70; 30/75; 30/120. Смолы разделены на фракции методом жидкостно-адсорбционной хроматографии на силикагеле смесями растворителей гексан/бензол и гексан/этанол, взятых в соотноениях 3/1; 1/1 и 10/1; 3/1 соответсвенно. Полученные фракции проанализированы методами Н1 и С13 спектроскопии ядерного магнитного резонанса, инфракрасной спектроскопии, измерены молекулярные массы, исследован элементный состав. По данным структурно-группового анализа построены гипотетические структуры молекул смол и асфальтенов.

Изложены теоретические основы и техника эксперимента локального электрохимического анализа (ЛЭА) поверхности твердофазных материалов. Рассмотрены области практического использования методов ЛЭА для исследования и анализа поверхности металлов и сплавов, порошковых и композиционных материалов, а также поверхности печатных плат. полупроводниковых и наноструктур. Подробно описаны методики контроля качества защитных покрытий (толщина, состав, пористость, наличие дефектов), контроля оксидных и солевых слоев на поверхности печатных плат, контроля концентрационных профилей эпитаксиальных слоев в полупроводниковых структурах, исследования наноструктур, исследования процессов диффузии в металлических покрытиях и коррозионных процессов на поверхности металлических структур. Для специалистов в области физики и химии твердого тела, технологии электрохимических производств, для сотрудников центральных заводских лабораторий предприятий машиностроения и приборостроения, а также дл аспирантов и студентов соответствующих специальностей.

В Вестнике представлены стати членов РАЕН по 10-ти направлениям, соответствующим плану работы ННЦ РАЕН. Предназначен для широкого круга специалистов в области медицины, здравоохранения, экономики, транспорта, русловых и теплофизических процессов, электронно-измерительной техники, гидротехнических сооружений и экологии.

Рассмотрены основные закономерности макроскопической локализации пластической деформации при растяжении металлов и сплавов. Показано, что эффект макролокализации является общим для всех металлов и сплавов в моно- и поликристаллическом состояниях и проявляется на всех стадиях пластического течения независимо от типа кристаллической решетки и механизма деформации (дислокационное скольжение, двойникование). Установлен волновой характер локализации деформации. Обсуждаются такие характеристики волн локализованной деформации, как скорость распространения, длина волны и дисперсия.

Изучены особенности распространения возмущения в кристаллите меди при локальном высокоэнергетическом нагружении. Исследования проводились на основе метода молекулярной динамики с использованием многочастичных потенциалов, рассчитанных в рамках метода погруженного атома. Показано, что в кристаллите формируется нелинейный уединенный импульс, который в отличие от линейного возмущения, способен переносить энергию с высокой плотностью на относительно большие расстояния. Глубина переноса энергии определяется как площадью, так и скоростью локального нагружения.

Предложен метод исследования напряженно-деформированного состояния с помощью оптико-телевизионного измерительного комплекса TOMSC. Это количественный экспресс-метод, основанный на компьютерной обработке больших массивов оптических изображений поверхности образца, снятых in situ в процессе его испытания на растяжение или сжатие. Возможности метода показаны на примере исследования деформированного состояния при растяжении медного образца с круговым надрезом.

Исследована зависимость длины волны локализации пластической деформации на параболической стадии деформационного упрочнения от размера зерна в поликристаллическом алюминии. Определен характер такой зависимости. Изучено влияние размера зерна на характер кривой пластического течения.

Исследована зависимость скорости распространения ультразвуковых волн от действующего напряжения в пластически деформируемых поликристаллических металлах и сплавах. Установлено, что связь между действующим напряжением и скоростью ультразвука линейна, причем эта закономерность характерна для всех исследованных материалов. Предложен способ определения временного сопротивления отрыву материалов (предела прочности) при деформировании в области малых пластических деформаций без разрушения образцов.

Исследовано влияние интерметаллидных частиц FeAl3 при спекании порошковых материалов на основе меди на объемные изменения прессовок и формирование структуры материала в широком диапазоне температур спекания. Показано, что добавление алюминида железа в порошковую медь и ее смесь с алюминием тормозит усадку и вызывает рост прессовок при спекании. Установлено, что в системе Cu-Al-FeAl3 интерметаллид не является инертным по отношению к меди. Взаимодействие с медью приводит к его обеднению алюминием, который диффундирует в медную матрицу.

Методами рентгеноструктурного анализа исследовано изменение микроструктурных параметров твердых сплавов на основе карбида вольфрама в исходном и деформированном состояниях в зависимости от химического состава матрицы. Определены параметры решетки, размеры областей когерентного рассеяния, микроискажения кристаллической решетки, плотность дислокаций структурных составляющих твердых сплавов до и после деформации. Установлено, что механические свойства всего композита определяются величинами изменения определенных параметров внутренней структуры компонентов: пластичность сплава - величиной изменения размера областей когерентного рассеяния в матрице, а его прочность - величиной изменения микроискажений кристаллической решетки упрочнителя.

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.

Во второй части книги систематизированы сведения о современном методе поверхностной обработки и упрочнения металлов, позволяющем получать многофункциональные защитные покрытия — микродуговом оксидировании (МДО). Рассмотрены история развития исследований по данному вопросу, механизм формирования анодных оксидных пленок, система металл—оксид—электролит и ее особенности, асимметрия проводимости в этой системе, пробой анодных оксидных пленок и искрение, основные представления о процессе МДО и его механизме, роль разряда и динамика его развития при формировании покрытий, получаемых методом МДО, классификация микроплазменных методов, основы технологии МДО (электролиты, режимы), оборудование микродугового оксидирования. Дан сравнительный анализ различных методов анодирования и микродугового оксидирования, проанализирована практика микродугового оксидирования. Подробно рассмотрены состав, структура и свойства МДО-покрытий. Приведены многочисленные примеры применения МДО-покрытий. Для инженерно-технических и научных работников, студентов технических ВУЗов.

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.

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.

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.

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).

В трудах рассматриваются вопросы, связанные с решением проблем прочности материалов и машин в условиях низких климатических температур, вязко-хрупкого перехода, физикохимии и механики процессов разрушения, повышением качества металлоизделий с использованием нанотехнологий. Значительное место уделено решению проблем, связанных с разработкой теоретических основ создания новых материалов - металлов и сплавов с высокими хладостойкими и износостойкими свойствами, композиционных и полимерных материалов, сталей нового поколения, в том числе для энергетики Севера. Обсуждены проблемы транспортно-энергетической инфраструктуры азиатской части России, ресурсного потенциала РС(Я) и стратегические приоритеты в формировании энергетических центов Востока России, концепция обеспечения экологической безопасности нефтегазового комплекса и трубопроводного транспорта на основе ГИС-технологий и интегрированной системы моделирования и прогнозирования возникновения чрезвычайных ситуаций на территории Северо-Востока России. Сборник предназначен для широкого круга научных и инженерно-технических работников, занимающихся вопросами прочности металлоконструкций, безопасности промышленных объектов, разработкой новых материалов и обеспечением надежности энергетических систем и комплексов.

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.

Представлено детальное описание метода теоретического расчета электрон-фононного рассеяния электронных и дырочных возбуждений на поверхности (110) благородных металлов. Метод основан на описании электронной структуры поверхности с помощью двумерного модельного псевдопотенциала.

Методом равноканального углового прессования ()РКУП) в стали 10Г2ФТ сформирована субмикрокристаллическая структура со средним размером структурных элементов 260 нм в ферритно-перлитном и 310 нм в мартенситном состояниях. Установлено, что РКУП приводит к росту механических свойств, уменьшению пластичности, локализации пластического течения при растяжении. Показано, что сформированные при РКУП высокие прочностные свойства сохраняются до температуры отжига 500 гр.С.

Проведены сравнительные исследования влияния легирования водородом на структуру и фазовый состав сплава Ti-6AL-4V в субмикрокристаллическом и крупнозернистом состояниях. Изучено развитие деформационных процессов в легированном водородом сплаве в обоих состояниях в условиях растяжения при температуре 293 К в зависимости от содержания водорода в сплаве. Установлено, что присутствие водорода в наноструктурированном сплаве Ti-6AL-4V в твердом растворе приводит к снижению его предела текучести и повышению предела прочности и общей деформации до разрушения. Обсуждаются возможные причины увеличения продолжительности стадии равномерной деформации и эффекта деформационного упрочнения сплава в присутствии водорода в твердом растворе.

Представлено теоретическое обоснование исследования адсорбции 3d-металлов, в ряду от Ti до Cu на поверхности a-Al2O3(0001). Рассмотрено влияние адсорбатов на атомную и электронную структуру поверхности оксида алюминия. Рассчитаны значения энергии адсорбции и определены равновесные положения адатомов на поверхности. Проведен сравнительный анализ свойств и механизмов взаимодействия 3d-металлов с атомами подложки.