ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

ВЛИЯНИЕ ИНТЕНСИВНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА СТРУКТУРУ И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА 6061

2026-02-26T10:54:59+00:00

В работе рассмотрено влияние динамического деформационного старения на изменение прочности алюминиевого сплава системы (Al – Mg – Si – Cu) в крупнозернистом и ультрамелкозернистом состоянии за счет выделения упрочняющих фаз или зон (кластеров атомов легирующего элемента). Изучены микроструктура и фазовый состав, размеры и форма упрочняющих фаз и их распределение в алюминиевом сплава 6061 после прессования, закалки и одного, двух, четырех и восьми проходов равноканального углового прессования по маршруту Вс при температуре 120ºС. Начиная с 1 прохода РКУП упрочнение сплава за счет выделения на дислокациях метастабильной фазы β^'', а выделение зон Гинье - Престона подавляется. Это получается потому, что при деформационном старении сплава 6061 во время РКУП формируются зернограничные дефекты, создающие довольно значительные напряжения и условия для восходящей диффузии. В образовавшиеся зоны сжатия направляются атомы кремния и меди, а в зоны растяжения – атомы магния. После четырех проходов РКУП выделяется стабильная фаза β (Mg₂Si) размером до 0,3 мкм, фаза β''(Mg₅Al₂Si₄) и вторичная фаза CuAl₂. После восьми проходов РКУП энергия выделения метастабильной фазы β' уменьшилась от 6,1 Дж/г до 3,57 Дж/г, так как уменьшилось пересыщение твердого раствора.

НАСЛЕДСТВЕННОЕ ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА НА ТЕПЛОВОЕ РАСШИРЕНИЕ АЛЮМИНИЯ В ТВЕРДОМ СОСТОЯНИИ

2026-03-03T09:08:21+00:00

В работе отражены результаты экспериментальных исследований возможности снижения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) технического алюминия марки А7 за счет обработки расплава, которую можно рассматривать как микролегирование.

Изучено влияние комплексного модифицирования, т.е. совместной обработки расплава алюминия карбонатом кальция и присадками различных компонентов, таких как кремний, медь, оксид кремния на структуру и тепловое расширение алюминия.

Показано, что без введения легирующих элементов за счет обработки расплава смесью карбонатов щелочноземельных металлов, возможно, значительно снизить ТКЛР алюминия технической чистоты в области температур работы приборной техники до значений, характерных для сплавов Al–20 % Si. Установлено, что совместная обработка расплава оксидами легирующих элементов и карбидом кальция обеспечивает наибольшее снижение ТКЛР во всем интервале температур испытания по сравнению с раздельным легированием и обработкой расплава CaCO₃. Полученные результаты могут быть использованы для получения легких сплавов с контролируемым тепловым расширением.

МОДЕЛЬ ЛАЗЕРНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ПИКОСЕКУНДНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ

2026-02-18T09:51:28+00:00

Построенная модель лазерной обработки металлов пикосекундными импульсами позволяет определить зависимость температуры и давления в облучаемом слое от энергии импульса, частоты света, диаметра луча и теплоемкости металла. Получена простая зависимость температуры и давления от этих параметров в адиабатном изохорическом процессе нагрева слоя, следующая из равенства действительной и мнимой частей показателя преломления для металлов. Расчетные зависимости производительности обработки и параметры абляции от параметров процесса согласуются с известными экспериментальными данными. Давление в слое пропорционально температуре и объемной теплоемкости с коэффициентом пропорциональности, равным коэффициенту Грюнайзена и составляет десятки ГПа при температуре порядка 10000 К. Такая зависимость следует из рассмотрения адиабатного изохорного процесса нагрева слоя, т.к. другие процессы (расширение, теплоотвод, испарение, абляция), кроме нагрева слоя, не успевают развиться за время пикосекундного импульса. Энергия импульса в основном расходуется на нагрев ионной решетки и увеличения упругой энергии за счет взаимодействия фононов с разогретыми электронами, т.к. время релаксации энергии электронов порядка 10^-14 с значительно меньше длительности импульса 10^-12 с, а теплоемкость электронного газа значительно меньше теплоемкости кристаллической решетки. Если температура нагрева (менее 9000 К) не превышает критическую температуру фазового перехода в газовую (флюидную) фазу, то за время порядка 10^-10 с после окончания импульса за счет внутреннего растягивающего давления, происходит отрыв твердых или жидких микрочастиц по механизму упругой пружины. Если температура превышает критическую, то разрушение слоя происходит выплеском струи частично ионизированного газа (плазмы) со степенью ионизации несколько процентов, наблюдаемую в виде свечения. Если обработка идет на воздухе, то свечение возможно за счет сгорания микрочастиц. Производительность увеличивается при повышении энергии импульса, диаметра пучка и уменьшении теплоемкости и не зависит от длительности импульса. Медь обрабатывается быстрее, чем железо. Частота света слабо влияет на производительность в рассмотренных пределах.

ТВЕРДЫЙ УГЛЕРОД ИЗ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ КАК МАТЕРИАЛ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ НАТРИЙ-ИОННЫХ АККУМУЛЯТОРОВ

2026-01-30T00:49:29+00:00

В настоящей работе изучена возможность получения из бурых водорослей Sargassum pallidum и Costaria costata твердого углерода (ТУ) для применения в качестве анодного материала в натрий-ионных аккумуляторах. Обнаружено, что карбонизация водорослей при температуре 810 °С является оптимальной для получения ТУ с наилучшими электрохимическими характеристиками. Представлены результаты исследования влияния очистки от примесей на показатели ТУ как анодного материала. Очистку осуществляли путем последовательной обработки ТУ в соляной кислоте (для удаления соединений щелочных и щелочноземельных металлов) и гидротермальным методом в среде гидрофторида аммония (для удаления диоксида кремния). Извлечение примесей из ТУ обеспечило прирост в несколько раз удельной емкости и увеличение начальной кулоновской эффективности. Продемонстрировано положительное влияние окислительной функционализации ТУ в смеси концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении 1:3 по объему (царская водка) на электрохимические свойства. Окисленный ТУ показал емкость около 210 и 100 мА·ч/г при 20 и 1000 мА/г соответственно, что является здесь наилучшим результатом. В ходе проведенных исследований не выявлено значительных различий в характеристиках ТУ, полученного из разных видов бурых водорослей.

ВОЛОКНИСТЫЕ СКАФФОЛДЫ НА ОСНОВЕ ПОЛИВИНИЛОВОГО СПИРТА, ХИТОЗАНА И ПОЛИКАПРОЛАКТОНА: ПОДБОР ПАРАМЕТРОВ ПОЛУЧЕНИЯ И СВОЙСТВА

2026-01-30T09:55:36+00:00

В настоящей работе была проведена оптимизация параметров электроспиннинга прядильных водных растворов поливинилового спирта (ПВС), водно-уксусных растворов на основе ПВС и хитозана, а также скаффолдов структуры «ядро-оболочка» на основе поликапролактона (ПКЛ) и ПВС и исследование их физико-химических свойств. Установлено, что добавление хитозана в прядильный раствор ПВС способствует снижению среднего диаметра волокон с 0,61 мкм до 0,15 мкм композиционных скаффолдов относительно чистого ПВС, а также формированию более однородного распределения волокон. Обнаружено, что создание коаксиальной структуры «ядро-оболочка» повышает расход полимера, тем самым увеличивая толщину образующихся волокон до 1,62 мкм. Доказано, что формирование водородных связей между функциональными группами ПВС и хитозана существенно улучшает гидрофильные свойства поверхности скаффолдов, повышая их смачиваемость. Вместе с тем, анализ ИК-спектров коаксиальных образцов ПКЛ-ПВС выявил наличие плотного наружного слоя из ПКЛ, эффективно защищающего внутреннюю сердцевину из ПВС. Полученные результаты указывают на значительный научный вклад оптимизации технологических параметров процесса электроспиннинга композиционных скаффолдов на основе системы ПВС/хитозан и коаксиальных структур состава ПКЛ-ПВС, открывая перспективы для дальнейших исследований в области медицинского материаловедения.

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ПОДРЕШЕТОК К ИССЛЕДОВАНИЮ ЭЛЕКТРОННОЙ СТРУКТУРЫ ОКСИДОВ LiMO2 СО СТРУКТУРОЙ ТИПА α-NaFeO2

2026-03-03T04:40:04+00:00

В работе представлено комплексное теоретическое исследование структурных и электронных свойств кристаллов LiMO₂ (M = B, Al, Ga, In, Tl) с тригональной структурой типа α-NaFeO₂ в рамках теории функционала плотности. Определены равновесные параметры решётки (a, c) и координаты анионов (z); для гипотетических кристаллов (LiBO₂, LiInO₂, LiTlO₂) структурные параметры предсказаны впервые. Впервые выполнено систематическое изучение зонной структуры всего ряда LiMO₂ в данной модификации с помощью программного кода Quantum Espresso с применением разных функционалов. Установлено линейное уменьшение ширины запрещённой зоны при переходе B→Al→Ga →In →Tl, что обуславливает эволюцию электронных свойств от диэлектриков к полупроводникам. Применение расширенного метода подрешеток показало, что края валентной зоны и зоны проводимости формируются преимущественно состояниями кислорода с существенным вкладом катионов третьей группы (B, Al, Ga, In, Tl). Полученные данные о возможности управления шириной запрещенной зоны путем изовалентного замещения катионов, а также высокая структурная стабильность октаэдрических координационных многогранников, свидетельствуют о перспективности материалов группы LiMO₂ со структурой α-NaFeO₂ для использования в качестве поглощающих слоев в солнечных элементах третьего поколения и в высокотемпературных приложениях.

ОЦЕНКА СКОРОСТИ ФРОНТА ПЛАВЛЕНИЯ В ЖЕЛЕЗЕ, ПОДВЕРГНУТОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ ПИКОСЕКУНДНОГО ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА

2026-03-07T11:35:15+00:00

Методом молекулярной динамики исследованы кинетика и механизмы плавления монокристалла α-железа, индуцированного воздействием одиночного пикосекундного лазерного импульса. Для имитации быстрого поверхностного нагрева использовался подход, при котором начальное распределение температуры задавалось в соответствии с решением уравнения теплопроводности с учетом теплофизических свойств материала и параметров облучения. Ключевым варьируемым фактором, определяющим тепловое состояние системы, выступала плотность энергии лазерного импульса. В результате компьютерного эксперимента зафиксировано образование двухфазной системы «расплав-твердое тело» и изучена ее эволюция. С помощью алгоритма анализа общих соседей и последующего построения изоповерхности на основе скалярного поля локальной структурной упорядоченности проведена идентификация положения межфазной границы в различные моменты модельного времени. Анализ показал одновременную реализацию гетерогенного и гомогенного механизмов плавления, что является прямым указанием на достижение кристаллической решеткой существенного перегретого состояния. На основе анализа перемещения межфазной границы определена зависимость скорости фронта плавления от величины перегрева в широком диапазоне плотностей мощности энергии облучения. Установлено, что при перегревах свыше 300 К скорость фронта достигает значений порядка нескольких сотен метров в секунду. Показано, что полученная зависимость удовлетворительно описывается в рамках модифицированной кинетической модели Вильсона-Френкеля, что подтверждает возможность применения данного феноменологического подхода для описания сверхбыстрых фазовых переходов. Полученные количественные данные могут быть применены для верификации континуальных моделей и оптимизации режимов прецизионной лазерной микрообработки и абляции, где критически важен контроль глубины и морфологии расплавленной зоны.

ИНДУКТОРЫ ДЛЯ НАВЕДЕНИЯ ТОКОВ ФУКО В МЕТАЛЛАХ С ЦЕЛЬЮ МОДИФИКАЦИИ ИХ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ

2026-05-02T05:05:27+00:00

В данной работе представлен обзор конструкций индукторов, используемых для наведения токов Фуко в металлах с целью модификации их структуры и свойств, а также обсуждаются основные принципы индукционного нагрева и особенности импульсного электромагнитного воздействия. Проанализированы преимущества обработки вихревыми токами по сравнению с классической электроимпульсной обработкой через электроды, включая бесконтактный характер воздействия, возможность работы с деталями сложной формы и отсутствие повреждения поверхности. Рассмотрены основные типы индукторов для переменного и импульсного тока: многовитковые цилиндрические спиральные катушки, плоские однослойные спирали для нагрева и формования листовых заготовок, а также специализированные конструкции для закалки сферических деталей и импульсной штамповки тонколистовых материалов. Особое внимание уделено системам охлаждения индукторов, включающим замкнутые контуры водяного, воздушного и масляного охлаждения, а также комбинированные решения с оребрением и теплопроводящими материалами, обеспечивающие эффективный отвод тепла при высоких плотностях токов. Показано, что для магнитоимпульсной обработки наиболее рационален комбинированный подход к охлаждению индукторов, позволяющий поддерживать работоспособность индукторов при многократных высокоэнергетических импульсах. В экспериментальной части исследовано магнитно‑импульсное обжатие цилиндрических образцов с использованием внешнего проволочного индуктора; установлено, что ширина зоны деформации возрастает с числом витков при практически неизменной глубине обжатия, а характер потери устойчивости хорошо согласуется с аналитической оценкой собственных частот изгибных колебаний оболочки. Полученные результаты демонстрируют взаимосвязь между геометрией индуктора, параметрами импульса и формой пластической деформации и могут служить основой для рационального проектирования индукторов и систем охлаждения.

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И ФАЗОВОГО СОСТАВА ПОЛУЧЕННЫХ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНЫМ МЕТОДОМ ПОКРЫТИЙ НА ОСНО ВЕ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНОГО СПЛАВА AlCoCrFeNi, ЛЕГИРОВАННОГО Y И Hf

2026-03-03T13:31:26+00:00

В настоящей работе представлены результаты исследования структуры и фазового состава покрытий на основе высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNi, легированного Y и Hf, полученных методом электровзрывного напыления на подложке из сплава Inconel 718 в 4 различных режимах. В качестве электровзрываемых проводников использовались тонкие пластинки, сформированные при помощи компактирования порошков высокоэнтропийных сплавов, полученных методом механического легирования в планетарной мельнице. При помощи рентгенофазового анализа было установлено, что фазовый состав всех исследованных образцов близок. В покрытиях наблюдаются две фазы с ГЦК решеткой, одна с ОЦК, а также в малых долях интерметаллид AlNi3. Независимо от выбранного режима нанесения полученные покрытия демонстрируют схожую структуру. Рост разрядной энергии при электровзрывном напылении приводит к увеличению максимальной толщины покрытий и возрастанию ее неоднородности по сечению, при этом снижается плотность сферических включений на основе оксида алюминия. На границе между покрытием и подложкой наблюдается переходный слой, состоящий из тонких горизонтально ориентированных прослоек высокоэнтропийного сплава AlCoCrFeNi, легированного Y и Hf, и Inconel 718. Подобные периодические структуры наблюдались во всех образцах. Под участками покрытий с большей толщиной обнаруженный переходный слой шире и имеет большее количество прослоек. Полученные результаты подтверждают технологическую применимость метода электровзрывного напыления для формирования металлических жаростойких связующих покрытий на основе высокоэнтропийных сплавов в перспективных системах термобарьерных покрытий.

АНАЛИЗ ГЕТЕРОГЕННОСТИ ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ НАПЛАВЛЕННОЙ АУСТЕНИТНОЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

2026-02-04T16:59:40+00:00

Проволочное электродуговое аддитивное производство (WAAM) отличается низкой стоимостью и высокой эффективностью нанесения, однако детали, изготовленные с помощью WAAM, характеризуются значительной неоднородностью микроструктуры и механических свойств. В настоящей работе данная особенность исследована на образцах аустенитной нержавеющей стали AISI 321, полученных методом WAAM, на основе анализа микроструктуры, измерения твёрдости и энергодисперсионного рентгеновского микроанализа (EDS). Экспериментальные результаты показали, что в зоне сплавления схема кристаллизации следующий: сначала из расплава выделяется δ-феррит, после чего происходит эвтектическая реакция с одновременным выделением δ-феррита и γ-аустенита; a в переходной зоне первичной фазой, выделяющейся из расплава, является γ-аустенит, за которым следует эвтектическая реакция с совместным образованием δ-феррита и γ-аустенита. Указанное различие обусловлено разной скоростью охлаждения в этих зонах. Более высокая скорость охлаждения в переходной зоне привела также к увеличению её твёрдости примерно на 20 HV_0,1по сравнению с зоной сплавления. Кроме того, по данным EDS, содержание Cr в феррите переходной зоны выше на 0,21 масс.%, а содержание Ni — выше на 0,24 масс.% по сравнению с ферритом зоны сплавления.

МАРШРУТЫ ДИССОЦИАЦИИ ТРИГИДРОКСИБЕНЗОЛОВ. КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ И УФ-ИССЛЕДОВАНИЯ.

2026-03-05T09:20:26+00:00

Интерес к поведению флавоноидов в растворе обусловлен различными причинами. Диссоциативные свойства флавоноидов, как представителей класса полифенолов, осложнены протеканием независимых процессов диссоциации гидроксильных групп в различных положениях углеродного скелета. Экспериментальные методы исследования диссоциации показывают обобщенную картину, скрывая отдельные стадии и не выявляя различных маршрутов диссоциации.

В работе рассматривается моделирование диссоциациативных свойств флавоноидов редуцированными аналогами – трехатомными фенолами (тригидроксибензолами, трифенолами). Выбор обусловлен тем, что только начиная с трифенолов в ряду многоатомных фенолов в молекуле интересующих соединений появляется структурная изомерия. При введении в раствор щелочей, происходит образование анионов с отличающимися константами диссоциации. Изменяются и такие характеристики, как спектры поглощения (УФ-спектры). Набор продуктов диссоциации свидетельствует о существовании различных маршрутов диссоциации с проявлением усредненных констант диссоциации

Квантово-химическое моделирование проводилось в программном комплексе Гауссиан-09, B3LYP/6-311+G**, TDDFT, влияние среды растворителя – модель PCM. УФ-спектроскопическое исследование проводилось на спектрофотометре СФ-200, диапазон длин волн 190-600 нм, кварцевая кювета 10 мм. Рабочая концентрация трифенола С = 5*10^{-5 М. Исследование основано на оригинальном программном обеспечении: описание экспериментальных УФ-спектров модельными проводилась по методу МНК.}

Результаты исследования для флороглюцина показывают соответствие этапов образования анионов и последовательности реакций ионизации флороглюцина; наблюдаемые стадии диссоциации пирогаллола и гидроксигидрохинона описывают совокупность внутренних процессов ионизации и взаимопревращения различных анионных форм названных трифенолов.

Показана множественность маршрутов диссоциации трифенолов, приведены оценки их влияния.

НЕРАВНОВЕСНАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ ВЗРЫВНОГО И НЕВЗРЫВНОГО ТИПА

2026-04-21T08:16:46+00:00

В работе представлен сравнительный анализ кинетики кристаллизации чистых компонентов олова (Sn), висмута (Bi) и эвтектического сплава системы Sn-Bi в условиях квазиравновесной и неравновесной кристаллизации. Актуальность исследования обусловлена противоречивостью литературных данных о переохлаждаемости легкоплавких металлов и сплавов, что связано с различиями в методиках и условиях экспериментов. Методом циклического термического анализа исследовано влияние температуры перегрева расплава относительно температур плавления чистых компонентов Sn и Bi эвтектического сплава системы Sn-Bi на величину предельного переохлаждения . Подтверждено существование температуры критического перегрева для Sn и Bi, охлаждение расплава выше которой кристаллизация протекает по неравновесно-взрывному механизму (НРВК), а ниже – квазиравновесному изотермическому (КРК). Для Bi величина К, для Sn К. Показано, что эвтектический сплав Sn-Bi кристаллизуется изотермически с постоянным предельным переохлаждением К. Полученные результаты интерпретированы с позиций кластерно-коагуляционной теории кристаллизации.

РОЛЬ ЛЕГИРУЮЩИХ ПРИМЕСЕЙ И ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ В ФОРМИРОВАНИИ МИКРОСТРУКТУРЫ И МИКРОТВЕРДОСТИ СОСТАРЕННЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ Al-Zn, Al-Zn-Mg И Al-Zn-Mg-Cu

2026-04-30T19:06:58+00:00

Представлены результаты комплексного экспериментального исследования микроструктуры, микротвердости и параметров тонкой структуры технического алюминиевого сплава В95пч (Al-Zn-Mg-Cu) и модельных алюминиевых сплавов, легированных Zn и Mg, подвергнутых искусственному старению в постоянном магнитном поле напряженностью 557.0 кА/м. Установлено, что наложение постоянного магнитного поля в течение 4 ч при температуре 140 °С на процесс старения технического алюминиевого сплава В95пч способствует росту микротвёрдости сплава до 21 %, что свидетельствует о наличии отрицательного магнитопластического эффекта. В то же время, для тройного модельного сплава Al-Zn-Mg существенного магнитопластического эффекта не обнаружено: все значения микротвердости лежат в пределах погрешности измерений. Рентгеновским методом обнаружено уменьшение средних размеров блоков когерентного рассеяния, рост величины относительной микродеформаций и плотности дислокаций в обоих сплавах при старении в постоянном магнитном поле. Выявлена корреляция между составом сплавов с учетом легирующих примесей и изменением их физико-механических свойств в процессе старения, что подтверждает возможность создания металлических сплавов с запрашиваемым комплексом конструкционных свойств.