ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

ПОВЫШЕНИЕ СДВИГОВОГО НАПРЯЖЕНИЯ РАЗРУШЕНИЯ СУБМИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКОЙ МЕДИ МЕТОДОМ ГИДРОЭКСТРУЗИИ

2025-11-14T07:12:58+00:00

В работе исследовалось влияние пост обработки гидроэкструзией на сдвиговое напряжение разрушения при растяжении меди с субмикрокристаллической структурой, сформированной равноканальным угловым прессованием. Показано, что обработка гидроэкструзией оказывает положительное влияние на пластические характеристики материала. Выявлено, что в интервале деформаций ε_ГЭ = 0…0.6 рост сдвигового напряжения разрушения приводит к увеличению предела прочности до 10%, а при дальнейшем повышении величины деформации гидроэкструзией предел прочности падает вследствие деформационного разогрева. Сканирующей электронной микроскопией исследованы поверхности разрушения. Определена величина соотношения предела прочности к сдвиговому напряжению разрушения, при которой изменяется механизм разрушения при растяжении от сдвигового на механизм нормального отрыва. Оценено влияние деформации гидроэкструзии на размеры ямок разрушения: средний диаметр ямок возрастает почти в 2 раза, что свидетельствует о повышении вязкости материала. Исследованы структурные изменения материала методом просвечивающей электронной микроскопии, показано формирование аксиальной текстуры в процессе обработки гидроэкструзией, что привело к повышению сдвигового напряжения разрушения и предела прочности.

Памяти Александра Марковича Глезера

2026-03-26T13:45:36+00:00

26 января 2026 года исполнилось бы 80 лет Александру Марковичу Глезеру, доктору физико – математических наук, профессору - крупному ученому и лидеру научной школы в области изучения и разработки многофункциональных материалов нового поколения. Под его руководством выполнен ряд фундаментальных и прикладных исследований нанокристаллических и аморфных функциональных материалов. Он является ведущим ученым России в области материалов, полученных методами закалки из расплава и интенсивной пластической деформации. Он также известен как ведущий ученый в области применения электронно-микроскопических методов для исследования структуры конденсированного состояния.

ОБРАЗОВАНИЕ И ОТЖИГ РАДИАЦИОННЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ В ОБЛУЧЕННЫХ НЕЙТРОНАМИ ПРИРОДНЫХ АЛМАЗАХ ТИПА Ia

2025-10-21T03:28:24+00:00

Методами оптической спектроскопии исследована коллекция природных алмазов типа Ia подвергнутых облучению нейтронами в комбинации с последующим отжигом в вакууме. Определены доминирующие в структуре алмазов атомные дефекты (центры) в зависимости от дозы облучения и температуры последующего отжига. Определено, что среда высокого кристаллического качества с максимально интенсивной Н3 - люминесценцией и минимальным содержанием других оптически активных дефектов может быть получена из алмаза чистого типа IaA (с Na ≈ 200 ppm) облучением нейтронами дозой D_N =0.2×10¹⁷ см^-2 в комбинации с последующим высокотемпературным отжигом в вакууме. Найдено пороговое значение произведения дозы облучения на суммарное содержание азота в кристалле, выше которого, при отжиге 1500º С за счет последовательной трансформации дефектов, в кристаллической решетке появляется около 4 ppm С-дефектов, составляющее 380∙10¹⁷ppm×нейтронов/см². Характерными для облучения нейтронами являются: а) система H1g (~ 4444 см^-1 или ~ 2250 нм); б) дуплет узких линий поглощения (80К) при 638/643 нм; и в) система в ближнем ИК диапазоне с линией при 913 нм.

ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПЕРЕХОДНОГО СЛОЯ «ПЛАЗМЕННОЕ ПОКРЫТИЕ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ СТАЛИ-ПОДЛОЖКА»

2025-08-26T09:49:48+00:00

Одной из важных проблем практического использования высокопрочных плазменных покрытий быстрорежущими сталями в среде азота является анализ демпфирующих свойств и адгезии покрытия и подложки, поскольку именно эти свойства во многом определяют преждевременное зарождение хрупких микротрещин в зоне контакта. Покрытия молибденовой и вольфрам-молибденовой стали находят в последнее время широкое применение вместо хорошо известных вольфрамовых (Р18, Р9) и вольфрам-молибденовых сталей с повышенным содержанием вольфрама (Р6М5, Р6Ф2К8М6 и другие). Это связано с необходимостью замены дорогого и дефицитного вольфрама на молибден, который оказывает подобное влияние на структуру и свойства быстрорежущих сталей. Проведены исследования структурно-фазовых состояний, морфологии, свойств и элементного состава переходной зоны контакта систем наплавленная быстрорежущая сталь марки М9 и Р2М9 ‒ подложка (сталь марки 30ХГСА) в исходном состоянии. Для системы «покрытие (быстрорежущая сталь Р2М9) – подложка (сталь 30ХГСА)» в исходном состоянии переходная зона имеет мартенситную структуру с прослойками остаточного аустенита по границам пластин мартенсита. Выявлены частицы второй фазы наноразмерного (2 ‒ 60 нм) диапазона: карбиды ванадия, молибдена, вольфрама и железа, локализованные на дислокациях, на границах и объеме пластин мартенсита. Для системы «покрытие (быстрорежущая сталь М9) – подложка (сталь 30ХГСА) установлено, что формирование покрытия сопровождается созданием протяженного переходного слоя, который содержит α-фазу, γ-фазу, карбиды сложного состава.

МЕТОД ХАРТРИ-ФОКА ДЛЯ КРИСТАЛЛОВ С БАЗИСОМ ПСЕВДОАТОМНЫХ ОРБИТАЛЕЙ

2025-12-22T05:10:28+00:00

Рассматривается реализация расчетов электронной структуры кристаллов методом Хартри-Фока
в приближении псевдопотенциала с использованием базиса локализованных, псевдо-атомных орбиталей (PAO),
включая особенности расчета матрицы обменного оператора, в том числе в смешанном базисе, учитывающим
плоские волны (PAO+PW) , организацию вычислений для получения самосогласованного решения уравнений
Хартри-Фока и последующего расчета зонной структуры, а также обсуждение результатов расчетов,
выполненных для группы соединений AIV (C, Si, Ge, alpha-Sn), которые показали хорошее качественное
и количественное согласие с результатами, полученными другими методами, в том числе полноэлектронными.

ЗОННАЯ СТРУКТУРА И ЭНЕРГИЯ СВЯЗИ В СОЕДИНЕНИЯХ Cu2X И AgCuX (X = S, Se, Te)

2025-10-31T10:01:51+00:00

В данной работе приведены результаты расчета зонной структуры, плотности состояний и энергии связи в бинарных халькогенидах меди Cu₂X и тройных халькогенидах меди и серебра AgCuX (X = S, Se, Te) в высокотемпературной кубической фазе с использованием программного пакета BIOVIA Materials Studio DMol³ и распределения электронной плотности с использованием программного пакета Quantum Espresso, которые основаны на теории функционала электронной плотности. Установлено, что зонная структура характеризуется p-d- и s-p-гибридизацией энергетических уровней металлов и халькогена. Бинарные халькогениды меди Cu₂X и тройные халькогениды меди и серебра AgCuX (X = S, Se, Te) в высокотемпературной кубической фазе являются узкозонными полупроводниками. Тройные соединения имеют большую ширину запрещенной зоны, чем бинарные соединения.

Известно, что одним из факторов, влияющих на величину ионной проводимости, является энергия связи. Показано, что при анионном замещении Te-Se-S в соединениях Cu₂X и AgCuX происходит уменьшение энергии связи на пару ионов, что способствует переходу катионов в подвижное состояние и соответственно приводит к росту ионной проводимости.

ИЗУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ НЕЭКВИАТОМНЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ CoCrNi, ЛЕГИРОВАННЫХ Nb И Mn

2025-11-30T08:41:40+00:00

Представлены результаты комплексного исследования структуры и элементного состава неэквиатомного среднеэнтропийного сплава системы CoCrNi, легированного ниобием (Nb) и марганцем (Mn), с номинальным составом Nb₂Co₄₀Cr₁₄Ni₄₀Mn₄. Основной целью работы было экспериментальное подтверждение прогнозируемого однофазного состояния твердого раствора и анализ микроструктурных особенностей, формирующихся в процессе вакуумно-дуговой плавки. Для исследования сплава использован комплекс современных методов: рентгеноструктурный анализ, сканирующая электронная микроскопия с энергодисперсионной спектроскопией и просвечивающая электронная микроскопия. Методом: рентгеноструктурного анализа подтверждено, что сплав имеет гранецентрированную кубическую (ГЦК) решетку с параметром 3,568 Å. Установлено, что экспериментальный состав сплава незначительно отклоняется от номинального, а также выявлено наличие примесей железа и алюминия. Микроструктурный анализ выявил развитую дендритную структуру с распределением размера зерен в диапазоне 50–80 мкм. Элементное картирование продемонстрировало однородное распределение кобальта, хрома, никеля и марганца в матрице, в то время как ниобий проявляет склонность к сегрегации в междендритных областях, что объясняется его высокой температурой плавления и положительной теплотой смешения с другими компонентами. Исследования методом просвечивающей микроскопии на наноуровне подтвердили формирование однофазной ГЦК-матрицы с локальными обогащенными ниобием участками на границах зерен. Полученные результаты являются важным этапом в установлении корреляции «структура-свойства» в перспективных среднеэнтропийных сплавах и подтверждают возможность целенаправленного управления их микроструктурой за счет легирования.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАЛЬКОГЕННОЙ СВЯЗИ В СТРУКТУРЕ СЕЛЕНИТА НАТРИЯ NA2SEO3

2025-11-27T13:05:49+00:00

В статье представлено исследование нековалентных халькогенных связей Se···O в кристаллической структуре селенита натрия (Na₂SeO₃). Впервые синтезированный в 1889 году и исследованный с точки зрения кристаллической структуры лишь в начале 2000-х, селенит натрия до настоящего времени не подвергался детальному изучению нековалентных халькогенных связей. Проведен квантово-химический расчет (DFT с периодическими граничными условиями) кристалла селенита натрия по данным рентгеноструктурного анализа. Топологический анализ электронной плотности выявил три критические точки, соответствующие халькогенным взаимодействиям. В исследовании проанализированы геометрические параметры контактов Se···O, характерные для халькогенных связей, и показано, что такие взаимодействия действительно присутствуют в структуре селенита натрия. Значения плотности полной электронной энергии H_b в критической точке слабо положительны, что говорит о нековалентном характере взаимодействия. Для подтверждения фильности участников взаимодействия проведен анализ сечения одноэлектронного потенциала (OEP). На сечении OEP связевой путь между атомами селена и кислорода проходит через поделенную пару атома селена, и неподеленную пару атома кислорода. Атом селена выступает в качестве электрофила, а кислород в качестве нуклеофила.

ПРОГНОЗИРОВАНИЕ СВОЙСТВ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫХ СПЛАВОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ

2025-10-26T09:01:36+00:00

В статье рассматривается применение нейронных сетей для прогнозирования свойств высокоэнтропийных сплавов (ВЭС), которые характеризуются сложным химическим составом и многофазной структурой. Традиционные методы прогнозирования (феноменологические правила, CALPHAD и молекулярная динамика) часто требуют значительных вычислительных ресурсов и обладают ограниченной точностью. Предлагается использовать нейронные сети, способные выявлять сложные зависимости в данных, для решения этой задачи. Описана методология разработки модели, включая предобработку данных, архитектуру сети с полносвязными слоями и Dropout, а также процесс обучения и оценки. Результаты показывают высокую точность предсказаний, подтвержденную средней абсолютной ошибкой (MAE) для следующих свойств: микротвердость, модуль Юнга, предел текучести и прочности. Исследование демонстрирует потенциал нейронных сетей в ускорении разработки новых ВЭС с заданными свойствами и открывает перспективы для дальнейших исследований в материаловедении.

ВОДОРОД-СОРБЦИОННАЯ ЁМКОСТЬ ЧЕШУЙКИ СКОМКАННОГО ГРАФЕНА С ЧАСТИЦАМИ ЛИТИЯ

2025-10-23T11:25:11+00:00

Методом молекулярной динамики исследовано влияние количества атомов лития на водород-сорбционную емкость чешуек скомканного графена. Рассмотрены структуры с разным числом атомов лития: 0, 5,6 и 22,4 ат.% Li соответственно. Наводораживание структур проводилось при температурах 77 и 300 К. Показано, что легирование чешуек скомканного графена литием приводит к увеличению их гравиметрической плотности. Наибольшая водород-сорбционная емкость (5,5 масс. %) достигнута для чешуек с 5,6 ат. % лития при 77 К. Увеличение количества лития до 22,4 ат. % приводит к снижению сорбционной емкости из-за формирования агломератов лития на поверхности графена, что затрудняет адсорбцию водорода. При повышении температуры до 300 К водород-сорбционная емкость снижается до 1,5-2 масс.% у структур с 5,6 ат.% Li. Однако данная сорбционная емкость в два раза выше, чем у графеновой чешуйки без атомов лития. Результаты исследования демонстрируют перспективность использования чешуек скомканного графена модифицированные атомами лития, в качестве материалов для хранения и транспортировки водорода, поскольку они демонстрируют оптимальные показатели водород-сорбционной емкости.

ЭНЕРГООБМЕН ВНУТРИ СВЕРХЗВУКОВЫХ КРАУДИН-ФОКУСОННЫХ ПАР В 3D КОМПЬЮТЕРНОЙ МОДЕЛИ КРИСТАЛЛА Cu

2026-01-28T06:37:17+00:00

Методом молекулярной динамики с использованием модифицированного потенциала Морзе рассмотрен вопрос о взаимодействии краудина и фокусона внутри краудион-фокусонной пары в модельном кристалле меди. Показано, что два атома, находящиеся друг от друга на некотором расстоянии в одном плотноупакованном ряду и запущенные с одной скоростью, на порядок и более превышающей пороговую скорость образования пары Френкеля, образуют краудион-фокусонную пару, внутри которой в процессе движения происходит обмен энергией. Сначала краудион, перемещаясь со сверхзвуковой скоростью, оставляет за собой след из атомов с более высокой потенциальной энергией по сравнению с той, что была у них до его прохождения. Фокусон, движущийся вслед за краудионом, ускоряется относительно краудиона за счёт потенциальной энергии атомов следа; догнав краудион, он передаёт ему часть своей кинетической энергии. После этого происходит увеличение расстояния между краудионом и фокусоном до первоначального. Затем фокусон снова догоняет краудион и передаёт ему энергию. Эти процессы повторяются несколько раз до полной остановки краудиона. Благодаря такому взаимодействию краудион-фокусонная пара перемещается на заметно большее расстояние в кристалле по сравнению с одиночным краудионом. Характер взаимодействия краудиона и движущегося за ним фокусона даёт основание считать эту пару единым целым – неким тандемом.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВ TI₃AL, АРМИРОВАННОГО ФУЛЛЕРЕНОМ C₆₀, ПРИ ОДНООСНОЙ ДЕФОРМАЦИИ РАСТЯЖЕНИЯ: МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

2026-02-04T12:38:54+00:00

В данном исследовании представлено моделирование металломатричного композита Ti₃Al, армированного фуллеренами. Моделирование выполнялось с использованием методов молекулярной динамики (MD simulation), а расчёты проводились на суперкомпьютере СПбПУ. Методы молекулярной динамики были использованы для анализа поведения материала на атомном уровне с учётом межчастичных взаимодействий. Для более точного описания этих взаимодействий применялся гибридный потенциал (hybrid potential). Было проведено сравнение механических свойств «чистого» материала и композита, армированного фуллеренами, а также дополнительное сравнение с армированными материалами, содержащими различное количество вакансий. Оценивались такие характеристики, как предел текучести, временное сопротивление растяжению (ultimate tensile strength), деформация и нагрузка разрушения. Деформация прикладывалась вдоль кристаллографического направления, соответствующего индексу Миллера [100]. Для армирования в центр расчётной ячейки помещался фуллерен C₆₀. Результаты показали снижение механических свойств как в армированном материале, так и в материале с повышенной концентрацией вакансий. Уменьшение временного сопротивления растяжению в обоих случаях объясняется рядом факторов. В первую очередь, фуллерен проявлял благоприятное поведение при деформации сжатия, но оказывал негативное влияние при деформации растяжения из-за своих геометрических ограничений. Вакансии способствовали образованию дислокаций, что приводило к ускоренному разрушению металлической матрицы. Экспериментальные условия, в частности периодические граничные условия (periodic boundary conditions), наложенные на модель, также играли существенную роль. Полученные результаты показывают, что как дефектные структуры, так и армирующие элементы критически влияют на механические свойства материала.

О ЛОКАЛИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ В КВАДРАТНОЙ РЕШЕТКЕ β-ФПУЦ ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ ДВИЖУЩИХСЯ ДИСКРЕТНЫХ БРИЗЕРОВ

2026-03-19T09:08:38+00:00

Интерес к нелинейным колебаниям решетки вызван, с одной стороны, наличием в природе и технике периодических в пространстве дискретных систем, а с другой стороны тем, что во многих областях применения они могут подвергаться высокоамплитудным воздействиям, когда начинает проявляться нелинейная природа связей между частицами. Важным эффектом нелинейности в дискретных периодических структурах является возможность существования пространственно локализованных колебаний большой амплитуды, которые получили название "дискретные бризеры" (ДБ) (или внутренние локализованные моды). Колебания, локализованные на дефектах, могут быть реализованы и в случае линейных взаимодействий, однако ДБ существуют в бездефектных решетках, но только за счет их нелинейности. В работе представлено компьютерное моделирование столкновения движущихся ДБ, которые испускаются от двух пар колеблющихся атомов, находящихся в плотноупакованных рядах в квадратной решетке с потенциалом -ФПУЦ (Ферми-Паста-Улама-Цингу). Две пары вынужденно колеблющихся атомов могут находиться в одном плотноупакованном ряду или со сдвигом на несколько рядов. В первом случае наблюдаются лобовые столкновения ДБ, в других случаях ДБ взаимодействуют, двигаясь в параллельных плотноупакованных рядах. Описаны основные сценарии сталкивающихся движущихся ДБ в такой решетке, а также проведен расчёт максимальной энергии решетки в момент столкновения ДБ. При проведении вышеописанных расчетов удалось показать, что взаимодействующие ДБ повышают максимальную энергию атомов в системе в зоне их столкновения. Повышенная энергия атомов, наблюдаемая при столкновении ДБ, может облегчать преодоление потенциальных барьеров, связанных со структурными перестройками

ОБЗОР ТЕХНОЛОГИЙ И ПЕРВЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ЭФФЕКТА ЭЛЕКТРОПЛАСТИЧНОСТИ

2026-03-19T09:10:34+00:00

Электропластичность – это повышение деформируемости металла при снижении действующих напряжений во время пропускания через него импульсного электрического тока. Это явление, открытое ещё в 1969 году советским учёным Олегом Троицким, позволяет снизить энергозатраты по сравнению с традиционными методами горячей деформации, так как электрический ток оказывает локальное воздействие именно в зоне деформации, не вызывая значительного нагрева всего объёма образца. Электроимпульсная обработка металлов и сплавов, основанная на электропластическом эффекте, нашла широкое применение в разных отраслях промышленности. Электропластический эффект чаще всего объясняется совместным воздействием тепловых и атермических эффектов, а также воздействием магнитного поля. Целью данного обзора был анализ работ по открытию и изучению электропластического эффекта, объяснению и приведению примеров электроимпульсной обработки металлов и сплавов, рассмотрению областей применения, таких как залечивание трещин контактным и бесконтактным способами, растворение включений и модификация структуры, а также описание первых работ и начинаний авторского коллектива в области физических основ энергосберегающей технологии формоизменения металлов на основе эффекта электропластичности. Были рассмотрены первые полученные результаты, связанные с исследованиями прироста деформации растяжения для меди и алюминия при повторяющихся импульсах тока. Представлены программы для ЭВМ и патенты на изобретение в области автоматизации работы лабораторной установки для исследования эффекта электропластичности. Показаны результаты экспериментальных исследований влияния импульсов электрического тока на эффект пружинения пластин из титанового сплава. Апробированы подходы к определению параметров самовосстановления усталостных трещин с помощью электрического импульса. Произведено моделирование процесса разряда конденсаторной батареи через образец в виде медной проволоки. Также показаны перспективы продолжения исследований в области бесконтактной электроимпульсной обработки металлов и сплавов и улучшения их коррозионных свойств