Монография посвящена описанию фундаментальных явлений в наноструктурных материалах. Дано систематическое изложение современного состояния исследований формирования наноразмерных интерметаллидных фаз в объеме и в поверхностных слоях металлов. Представлены результаты комплексных исследований, выполненных авторами, приведен обзор результатов, опубликованных другими исследователями. Обобщены экспериментальные результаты по влиянию нанокристаллического состояния на микроструктуру и физико-механические свойства металлов, сплавов и твердофазных соединений. рассмотрены методы и возможности ионно-плазменного воздействия на металлы. Показано, что вследствие изменения структуры и химического состава поверхностных слоев имеет место изменение физико-механических свойства материалов. Рассмотрены фундаментальные аспекты использования интерметаллидов в качестве упрочняющих фаз в имплантированных слоях и нанесенных покрытиях. Книга предназначена для специалистов в области физики конденсированного состояния и физики взаимодействия потоков ускоренных заряженных частиц и плазмы с твердым телом, научных работников, занимающихся вопросами физики, химии и механики наноструктурных материалов, а также для аспирантов и студентов, специализирующихся в области поверхностного упрочнения.

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

Рассмотрена возможность сенсибилизации N,N-дифенилгидразонов на основе карбазола металлокомплексами длинноволновых пирилиевых красителей.

Представлены результаты двумерного моделирования локализации деформации на мезомасштабном уровне в поверхностном слое поликристаллов с хорошо выраженным эффектом Портевена–Ле Шателье. В работе использован метод элементов релаксации. Развиваемая модель действует по принципу клеточных автоматов. Результаты моделирования качественно хорошо согласуются с известными экспериментальными данными.

Обнаружена кордовая и твидовая структуры на поверхности фольг высокочистых поликристаллов алюминия, жестко закрепленных на образцах алюминиевого сплава при усталостных испытаниях при комнатной температуре.

В рамках многоуровневого подхода физической мезомеханики исследованы механизмы самосогласования поворотных мод циклической деформации на мезомасштабном уровне в поверхностных слоях поликристаллов различной природы. Получено прямое экспериментальное подтверждение эффекта «шахматного» распределения пластической деформации в зоне интерфейса «поверхностный слой – подложка» и на внутренних границах раздела.

Первый в мире учебник-монография по актуальной теме на стыке физической химии, физики конденсированных сред, гидродинамики и физики двумерных систем. Рассмотрены равновесные поверхности и неравновесные процессы для всех возможных границ раздела фаз, включая электронные структуру и процессы на поверхности, пленки и прослойки, все известные виды адсорбции, динамику жидких поверхностей. Книга представляет собой всеобъемлющую энциклопедию поверхностных явлений и является существенным вкладом в развитие физической химии. Учебник предназначен для физических и химических факультетов университетов.

В работе численно анализируются деформационные процессы на мезоуровне в трехмерных поликристаллах в условиях растяжения. Трехмерные модели поликристаллических структур сгенерированы методом пошагового заполнения. Упругопластический отклик зерен описывается с учетом соотношения Холла–Петча, деформационного упрочнения и упругой анизотропии на мезоуровне. Методом численного эксперимента исследованы процессы зарождения и развития пластических сдвигов на поверхности и в объеме поликристаллических образцов. Анализируется роль свободной поверхности и межзеренных границ в развитии деформационных процессов на мезоуровне. Ключевые слова: численное моделирование, поликристаллическая структура, трехмерная модель, пластическая деформация.

Зарождение большеугловых границ зерен в поликристаллах рассматривается как кинетическое структурное превращение, связанное с увеличением объемной доли структуры, характерной для переохлажденной жидкости. Распределение атомов в межзеренном пространстве описывается двумя параметрами порядка. В локальном приближении неравновесной термодинамики получены уравнения эволюции для параметров порядка. Рассмотрены решения, описывающие расслоение однородного состояния с образованием пространственно неоднородного распределения параметров порядка на границе зерен. Ключевые слова: большеугловые границы, структурное превращение, параметры порядка, неравновесная термодинамика, неустойчивость, расслоение.

Рассмотрена локализация пластического течения в моно- и поликристаллических образцах из кремнистого железа при одинаковых условиях деформирования растяжением. Картины локализации деформации проанализированы на стадиях линейного и параболического деформационного упрочнения, а также при переходе к образованию шейки и стадии вязкого разрушения. Проведено сравнение картин локализации деформации для моно- и поликристаллического состояний сплава.

Исследованы механизмы пластической деформации на мезомасштабном уровне плоских образцов поликристаллов алюминия с использованием оптико-телевизионной системы высокого разрешения TOMSC-1. Показано, что в деформируемом образце формируется многоуровневая мезополосовая структура, приводящая к возникновению двух типов стационарных волн длиной 120 мкм и 4,8 мкм. Результаты интерпретируются в рамках иерархии мезомасштабных уровней деформации и связываются с определяющей ролью поверхностной окисной пленки в возникновении мезополосовой структуры и стационарных волн пластического течения.

Рассмотрен общий характер локализации пластической деформации на стадии линейного деформационного упрочнения ГЦК-, ОЦК- и ГПУ-моно- и поликристаллов чистых металлов и сплавов. Подтверждена универсальность ранее установленного линейного закона, связывающего скорость распространения автоволны локализованной деформации и обратное значение коэффициента деформационного упрочнения. Установлен квадратичный закон дисперсии волн локализации пластического течения. Обсуждена возможность введения гипотетической квазичастицы, соответствующей автоволне локализованной деформации, и определены ее характеристики.

Рассмотрены основные закономерности макроскопической локализации пластической деформации в ОЦК-сплаве Fe-3%Si на стадии линейного деформационного упрочнения. Установлен волновой характер локализации деформации, определена скорость распространения волн локализации. Получены данные о законе дисперсии волн локализованной пластической деформации для поликристаллов Al и сплавов на основе Fe в моно- и поликристаллическом состояниях.

Проведен анализ особенностей проявления эффекта ускорения ползучести поликристаллических металлов и сплавов при наличии зернограничных диффузионных потоков примеси из внешней среды (покрытия). Рассмотрено влияние толщины разупрочненного (за счет диффузионных потоков примеси) слоя на характер ползучести молибдена в условиях диффузионного контакта с никелем. Проведен анализ влияния режима зернограничной диффузии примеси на величину показателя скоростной чувствительности и зависимость скорости миграции границ зерен (ГЗ) от внешних напряжений. на примере субмикрокристаллического (СМК) никеля изучено влияние состояния ГЗ на свойства металлических материалов в СМК-состоянии. Проведены прямые измерения и теоретические расчеты, а также сделаны косвенные оценки различия коэффициентов зернограничной диффузии в крупно- и ультрамелкозернистом состояниях. Рассмотрена роль дисперсного упрочнения в стабилизации СМК-структуры и увеличении сопротивления ползучести, в том числе в условиях воздействия зернограничными диффузионными потоками атомов примеси из внешней среды.

На примере поликристаллов алюминиевого сплава АВТ-1 предложен метод оценки эффективности поверхностно упрочняющей обработки материалов с целью повышения их усталостной прочности по результатам испытания образцов активным растяжением. Метод основан на фрактальном анализе оптических изображений деформационной структуры, возникающей на поверхности образцов при активном растяжении, и сопоставлении полученных характеристик с результатами усталостных испытаний образцов. Получены зависимости двух пар характеристик, которые характеризуют самоорганизацию структуры материала при активном растяжении на двух масштабных уровнях, от степени пластической деформации образцов. Обосновано применение компактной, наглядной и информативной формы представления указанных зависимостей. Эти зависимости выражают изменение числа блоков, формирующих самоподобный поверхностный фрактал с ростом степени деформации на втором масштабном уровне. Результаты поведенных исследований показали, что предложенный параметр имеет высокую чувствительность к режимам поверхностно упрочняющей обработки и может быть использован для оценки эффективности обработки для повышения усталостной прочности образцов.

Показано, что в поликристаллическом ферримагнитном замкнутом сердечнике, помещенном во внешние переменные встречные магнитные поля с равными амплитудами, возникает переменное магнитное поле. Как следствие, во вторичной обмотке, намотанной на первичную, появляется электрический ток.

Получены характеристики диаграмм нагружения поликристаллов a-Fe и высокопрочного сплава ВТ-6 с учетом формоизменения образца в зоне формирования шейки перед разрушением. Предложен способ измерения степени пластической деформации в локальной зоне минимального сечения образца. Показано, что для выяснения стадийности процесса деформационного упрочнения материала в процессе нагружения принципиально важен учет локализации пластической деформации в локальном объеме образца на стадии формирования шейки перед разрушением материала.

Приведены основные результаты выполненных под руководством авторов статьи исследований по некоторым актуальным вопросам физики пластичности моно- и поликристаллов металлических сплавов. Рассмотрены закономерности микродеформации и формирования предела текучести в поликристаллах; характерные особенности механизма деформации, деформационного упрочнения и дефектных субструктур в высокопрочных металлических сплавах. Выполнен анализ явлений, связанных с активацией границ зерен зернограничными потоками атомов примеси, экспериментально обоснованы особенности деформации на различных структурных уровнях в условиях активного растяжения, ползучести и знакопеременного нагружения. особое внимание уделено развитию коллективных мод деформации. Представлены и обсуждены некоторые структурные аспекты реализации мезоуровня пластического течения при различных условиях деформации.

С помощью оптико-телевизионной измерительной системы проведено исследование закономерностей пластической деформации на мезо- и макроуровне при растяжении поликристаллов Fe+3ат.% Si. Описаны признаки и особенности вихревого характера пластического течения поликристаллов. Полученные данные подтверждают основной вывод теории вихревого механического поля: разрушение обусловлено поворотной модой деформации.

Обнаружено явление возникновения деформационных доменов в поле векторов смещений на мезоуровне при растяжении поликристаллов алюминия с пористым керамическим покрытием, в которых квази-однородное движение дислокаций на микроуровне подавлено. деформационные домены классифицируются как мезодефекты, осуществляющие аккомодационную деформацию поворотного типа.

Изучен характер изменения фрактальной размерности в разрушенных образцах поликристаллов алюминия и кремнистого железа в зависимости от расстояния места разрушения. Показано, что при активном растяжении наблюдается три стадии изменения фрактальной размерности, а при знакопеременном изгибе - две стадии по мере приближения к месту разрушения. Фрактальная размерность поверхности может служить хорошей качественной характеристикой степени повреждаемости нагруженного материала.

Исследованы механизмы локализации пластической деформации на мезоуровне при растяжении поликристаллов низкоуглеродистой стали с различной степенью предварительной холодной прокатки. Нестабильность холоднодеформированного прокаткой состояния при последующем растяжении проявляется в формировании сопряженных полос микроскопической локализованной деформации в образце. Их ориентация не зависит от типа кристаллической решетки, текстуры материала и определяется направлениями касательных напряжений. Размерные параметры макрополос зависят от степени и направления предварительной прокатки. механизмом образования полос локализованной деформации является сдвиг одной части поликристалла относительно другой. В полосе суперлокализации на заключительной стадии деформации реализуется встречный сдвиг двух частей поликристалла с образованием макрополосового диполя. Разрушение поликристалла в области локализации пластического течения обусловлено фрагментацией материала и ростом поворотных мод деформации на мезоуровне. Закономерности деформации на макро- и микроуровнях подчиняются принципу масштабной инвариантности.

Разработан а многоуровневая модель деформируемого поликристалла, согласно которой в основе самосогласования деформирующихся зерен лежит развитие в их границах ротационно-волновых потоков планарных структурных трансформаций. В рамках инженерии границ зерен компьютерным моделированием выявлены два типа ротационно-волновых потоков, которые определяются углом разориентации смежных зерен. Первый тип зернограничных потоков развивается в малоугловых границах и характеризуется малой кривизной.. такие потоки генерируют в объем зерен дислокации. Зернограничные потоки второго типа развиваются в большеугловых границах и имеют большую кривизну. Они формируют в приграничных зонах и инжектируют в объем зерен полосы кривизны, которые вызывают фрагментацию зерен и сильное нарушение трансляционной инвариантности. Приводятся экспериментальные данные, подтверждающие предложенную многоуровневую модель.

Исследованы особенности локализации пластической деформации при растяжении поликристаллов низкоуглеродистой стали 08 пс после горячей прокатки и электролитического насыщения водородом. С помощью метода двухэкспозиционной спекл-фотографии определены основные типы и параметры локализации пластического течения на разных стадиях деформационного упрочнения.

Методами просвечивающей дифракционной электронной микроскопии на фольгах и репликах исследованы дислокационная структура, дефектная структура границ зерен и их параметры в сплаве Ni3Fe с ближним (БП) и дальним (ДП) атомным порядком на разных стадиях пластической деформации. Обнаружено, что атомное упорядочение приводит к уменьшению пластифицирующего эффекта от двойников сигма3, увеличению плотности зернограничных дефектов, ослаблению их аннигиляции в процессе деформации и, соответственно, к увеличению микронапряжений в тройных стыках границ зерен.

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.

Представлены результаты первопринципных расчетов методами теории функционала электронной плотности атомной и электронной структуры Pd с симметричными границами наклона. Обсуждается сорбция водорода на границах зерен и соответствующих свободных поверхностях. Анализируется влияние примесей d-металлов на сорбцию водорода на границах зерен. Установлено, что на поверхности (210) предпочтительной является сегрегация примесей d-металлов на террасах, тогда как на поверхности (310) более энергетически выгодной является сегрегация металлов на ступенях поверхности. Сравнительное исследование влияния водорода на подвижность дефектов к границам наклона и соответствующим им свободным поверхностям показало существенное увеличение сегрегации примесей. В присутствии водорода становится возможной сегрегация примесей как на узлы ступени, так и на террасные узлы поверхностей.

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.

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.

В работе методом вакуумной электронно-лучевой наплавки на ускорителе электронов на поверхности низкоуглеродистой стали Ст3 сформированы покрытия на основе карбидов хрома и вольфрама, которые затем повторно обработаны низкоэнергетическим импульсным электронным пучком с целью получения ультрадисперсной и наноразмерной структуры. исследованы структура и фазовый состав покрытий и слоев вторичной импульсной обработки, изучена возможность измерения в них скорости ультразвука. Установлена связь между скоростью ультразвука, структурой, составом, дефектностью решетки наплавленных покрытий до и после импульсной электронно-лучевой обработки.