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.

Рассмотрены экспериментальные и теоретические основы учета кривизны в многоуровневом подходе к компьютерному моделированию поведения границ раздела как самостоятельных планарных подсистем в нагруженном поликристалле. На базе гибридного дискретно-континуального метода возбудимых клеточных автоматов, использующего синергетические принципы дискретных переключений и законы механики сплошных сред, проведены комплексные исследования динамики потоков вещества и энергии вдоль межзеренных границ. Показано, что эти потоки имеют ротационно-волновую природу и зависят от условия нагружения межзеренной границы.

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

Методом скретч-тестирования изучены механизмы разрушения покрытий TiAIN, нанесенных на подложки из стали 12Х18Н9Т. Показано, что разрушение покрытий начинается с образования трещин в вершинах навалов, образующихся вдоль царапины вследствие пластического оттеснения материала подложки. При последующем увеличении приложенной к индентору нагрузки характер разрушения покрытий определяется конкуренцией между растягивающими напряжениями позади индентора, вызванными силой трения, и напряжениями по периметру области контакта, обусловленными изгибом покрытия вследствие нормальной нагрузки. Установлено, что предварительная обработка подложки пучками ионов Ti обеспечивает одновременное повышение твердости и трещиностойкости покрытий TiAIN.

При разработке полимерных конструкционных материалов триботехнического назначения, в том числе на основе сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ), неоднократно показано, что износостойкость, как правило, оказывается выше в случае композиций с большей степенью кристалличности. Экспериментально установлено, что степень кристалличности полимерной матрицы практически не влияет на деформационно-прочностные характеристики соответствующих композиций. Для объяснения эффекта повышения износостойкости в условиях триботехнического нагружения в работе моделируется надмолекулярная структура СВМПЭ. Оценивается влияние степени кристалличности на напряженно-деформированное состояние материала в соответствующем масштабе. Показано, что повышение степени кристалличности приводит к улучшению прочностных свойств матрицы в условиях нагрева, типичных для узлов триботехники. Кристаллитные структуры играют роль силового каркаса при действии нагрузки. Повышение температуры приводит к более быстрой деградации прочностных свойств аморфной фазы матрицы. Этим можно объяснить улучшение эксплуатационных свойств. Рассмотрен пример моделирования композиции, содержащей частицы наполнителя AlO3 микронных размеров с учетом сферолитной структуры; приведено сравнение с экспериментом.

Образцы порошковой стали ШХ15, восстановленной из шлифовального шлама подшипникового производства, были спечены в графитовом контейнере на воздухе после предварительного прессования при давлениях 1-N300 МПа. Показано, что пористость и удельное электрическое сопротивление спечённых продуктов уменьшались при увеличении давления предварительного прессования. Спечённые продукты имели заданную пористость более 50%. Механические свойства спечённых образцов (твердость и предел прочности при изгибе) увеличивались при увеличении давления предварительного прессования. Было обнаружено, что образцы имели низкую пластичность и высокую твердость (до 0,9 ГПа). Предположено, что высокая твердость при высокой пористости обусловлена образованием цементита и оксидов железа в пористом стальном каркасе в процессе спекания. Это предположение подтверждается также высоким удельным электросопротивлением (выше 100 мкОм*м) спечённых образцов. Сухое скольжение спечённой стали не вызывало заметного разрушения поверхности трения медного контртела, т.к. изнашивалась сама сталь. Интенсивность сухого изнашивания спечённых образцов увеличивалась до очень высоких значений (до 50 мкм/км) при увеличении контактной плотности тока до 30 А/см2. Отмечено, что интенсивность сухого изнашивания незначительно уменьшалась при увеличении давления предварительного прессования. Пропитка стального каркаса маслом И-20 позволяла осуществлять граничное трение аналогично самосмазывающемуся подшипнику. Интенсивность изнашивания образцов после пропитки заметно ниже интенсивности изнашивания этих же образцов до пропитки. Кроме того, наблюдалось увеличение допустимой контактной плотности тока до значений 100 А/см2. Увеличение давления предварительного прессования приводило к некоторому уменьшению интенсивности изнашивания. Изменение вязкости смазки не приводило к заметному изменению интенсивности изнашивания. Но увеличение вязкости смазки вызывало уменьшение электропроводности контакта. Характеристики такого скользящего контакта под воздействием электрического тока контактной плотности более 50 А/см2 сравнимы с характеристиками известного токосъёмного композита марки ИЛГТ. Отмечена необходимость корректировать предложенный способ спекания и находить технологические приемы, улучшающие свойства токосъёмного материала типа самосмазывающийся подшипник.

Получена порошковая сталь, восстановленная из шлифовального шлама подшипникового производства. Осуществлено спекание этой стали в графитовом контейнере на воздухе при температуре менее 1000 °С. Отмечено, что спечённая сталь имеет пористость около 50 - 60 %. Методами оптической металлографии показано, что поры имеют линейные размеры 20 - 50 мкм. Эти большие поры соединены узкими каналами. Последний фактор затрудняет возможность эффективной пропитки порового пространства смазочными маслами. Рентгенограммы спечённых образцов содержат рефлексы оксидов железа и карбида железа в пористом каркасе, которые появляются вследствие несовершенства технологии спекания на воздухе. Установлено, что спечённая сталь быстро изнашивается при сухом скольжении по меди вследствие адгезионного взаимодействия и появления хрупких микротрещин в поверхностном слое, обусловленных присутствием оксидов и карбида железа. Кроме того, эти химические соединения препятствуют достижению высокой электропроводности зоны контакта. Эта же спечённая сталь после пропитки индустриальным маслом проявляет износостойкость, сравнимую с промышленным токосьёмным композитом. Сделан вывод о целесообразности создания спечённого композита на основе порошковой подшипниковой стали путём корректировки параметров технологии его спекания на воздухе с целью исключения образования оксидов и карбида железа.

В монографии обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований эволюции структурного состояния и композиционного состава основных конструкционных материалов ядерной энергетики под облучением. Рассмотрена связь этих процессов с радиационной стойкостью облучаемых материалов. Для научных работников, инженеров, специалистов в области радиационного материаловедения и физики радиационных повреждений, преподавателей и студентов соответствующих факультетов вузов.

Пособие соответствует содержанию направлений бакалаврской подготовки "Прикладная механика", "Прикладная математика и физика" и "Механика", магистерских программ "Механика деформируемого твердого тела", "Наномеханика" и "Вычислительная механика". Исследуются упругие свойства идеальных монокристаллов и наноструктур. Описана методика, позволяющая получить связь макроскопических характеристик с параметрами микроструктуры в рамках линейной теории упругости. Проводится сравнительный анализ трех моделей мажатомного взаимодействия: силовой, моментной и угловой. Рассматриваются структуры, имеющие одноатомные кристаллические решетки (треугольная, квадратная, кубическая, ОЦК, ГЦК) и двухатомные кристаллические решетки (графен, алмаз). Предназначено для студентов, изучающих теоретическую механику, механику сплошной среды и физику твердого тела, а также аспирантов, научных работников и инженеров.