ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm <p>ISSN 1811-1416 (print)</p> <p><strong>Свидетельство о регистрации</strong><em><strong>:</strong></em> ПИ № ФС 77-75026 от 01.02.2019 г.</p> <p><strong>Периодичность:</strong> раз в квартал.</p> <p><strong>Главный редактор: </strong>Старостенков Михаил Дмитриевич, доктор физико-математических наук, профессор.</p> <p><strong>Индексация:</strong> ВАК, РИНЦ, RSCI</p> <p>Тел. +7 (3852)29-08-52</p> <p>e-mail: genphys@mail.ru</p> ru-RU genphys@mail.ru (Главный редактор: Старостенков Михаил Дмитриевич) genphys@mail.ru (Черных Евгения Владимировна) Wed, 20 Dec 2023 01:12:47 +0000 OJS 3.3.0.8 http://blogs.law.harvard.edu/tech/rss 60 ВЛИЯНИЕ АНСАМБЛЕЙ ДИСКРЕТНЫХ БРИЗЕРОВ НА ТЕПЛОЕМКОСТЬ НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПОЧЕК https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/620 <p>Дискретный бризер (ДБ) представляет собой пространственно-локализованную и периодическую во времени колебательную моду большой амплитуды в нелинейной решетке. Экспериментальные и молекулярно-динамических исследования подтвердили, что ДБ могут возбуждаться в различных кристаллических решетках, и при взаимодействии с точечными дефектами они могут снижать потенциальный барьер их миграции. Это в свою очередь может влиять на структуру кристалла и его свойства. В данной работе моделируется нелинейный одномерный кристалл с частицами, взаимодействие которых описывается линейным межчастичным и нелинейным локальным потенциалом. В кристалл с жестким или мягким типом нелинейности вводились ДБ в количестве от 1 до 7 и с амплитудой колебаний от 0,5 до 3. Было установлено, что количество ДБ в ансамбле не влияет на изменение теплоемкости, но при этом выявлена зависимость теплоемкости от задаваемой амплитуды колебаний ДБ. В случае мягкого типа нелинейности значение теплоемкости увеличивается с ростом амплитуды колебаний, а при жестком типе нелинейности наблюдается обратная зависимость. Также было изучено влияние ансамбля, состоящего из ДБ с разной амплитудой колебаний. Получено выражение для определения теплоемкости в таких случаях. Данная работа показывает, что о присутствии ДБ в кристаллах можно судить по их влиянию на теплоемкость. Для достижения этой цели предстоит рассчитать концентрацию ДБ в кристалле как функции температуры. Развитие методов косвенного подтверждения существования ДБ в кристаллах является важной задачей ввиду отсутствия на сегодняшний день методов их прямого наблюдения.</p> Алина Юрьевна Моркина, Юрий Владимирович Бебихов, Сергей Владимирович Дмитриев, Елена Александровна Корзникова Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/620 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 ОСНОВНЫЕ МЕХАНИЗМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕТАЛЛО-ОКСИДНЫХ НАНОПЛЕНОК С ГАЗОВЫМИ МОЛЕКУЛАМИ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/617 <p>Газовые сенсоры, сделанные на основе полупроводниковых метало-оксидов, являются очень привлекательными объектами прикладных исследований из-за возможного производства их даже технологиями микроэлектроники. Так как основой механизма чувствительности являются химические реакции между поверхностью твердого тела и газовыми молекулами, то наиболее востребованными являются материалы с большим соотношением поверхности к объему и с большой степенью пористости, т.е. порошки из наночастиц. Основной существующей здесь проблемой является зависимость сенсорных параметров от морфологии и состава используемого материала. В представленной статье, на примерах ZnO и SnO<sub>2</sub>, были исследованы основные особенности проводимость метало-оксидных пленок. Пленки состояли из соединенных между собой наночастиц, проводимость была обусловлена взаимодействием определяемого газа с поверхностью полупроводникового слоя. Показано, что при расчете проводимости сети из контактов между частицами необходимо проводить усреднение по проводимости соединений разного вида, что ведет к перколяционным эффектам. Исходя из имеющихся экспериментальных данных, создана модель, учитывающая широкий спектр распределения размера частиц и их проводимости. На основе моделирования в рамках данной модели можно выяснить, при каких условиях происходит наступление перколяционных эффектов и как они могут повлиять на чувствительность рассматриваемого газового датчика, что может позволить создать концепцию газовых сенсоров нового поколения.</p> Юрий Яковлевич Гафнер, Дарья Антоновна Рыжкова Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/617 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 ПЕРВОПРИНЦИПНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СЖИМАЕМОСТИ МЕТАЛЛ-ОРГАНИЧЕСКОГО КАРКАСА MIL-69 https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/474 <p>В настоящее время металл-органические каркасы активно исследуются как экспериментальными, так и теоретическими методами. Это связано с уникальными свойствами данных соединений, которые представляют интерес для практического применения в различных областях. На основе первопринципных расчетов изучена сжимаемость металл-органического кристаллогидрата Al(OH)(O<sub>2</sub>C–C<sub>10</sub>H<sub>6</sub>–CO<sub>2</sub>)·H<sub>2</sub>O (MIL-69). Расчет был выполнен в рамках теории функционала плотности с использованием метода псевдопотенциала и базиса плоских волн. Для учета ван-дер-ваальсовых сил в кристалле MIL-69 использовалась вычислительная схема DFT-D3(BJ). Вычисленные значения параметров решетки данного кристалла демонстрируют хорошее согласие с имеющимися экспериментальными данными. Для этого каркасного кристалла вычислены зависимости структурных параметров от давления, полный набор упругих постоянных, а также зависимости линейной сжимаемости от направления. Установлено, что под действием давления поведение параметров <em>a</em> и <em>c</em> кристалла MIL-69 является схожим. Параметр решетки <em>b</em> под действием давления уменьшается значительно сильнее. Полученный полный набор упругих постоянных позволил сделать вывод о механической устойчивости кристалла MIL-69. Обнаружена отрицательная линейная сжимаемость MIL-69 и показана её взаимосвязь с особенностями атомной структуры MIL-69 и их барическими изменениями. На основании значений упругих постоянных были вычислены базовые механические характеристики данного кристалла. Модуль Юнга, модуль сдвига и коэффициент Пуассона в аппроксимации Фойгта-Реусса-Хилла составляют 40,99 ГПа, 15,88 ГПа и 0,29, соответственно. Установлено, что модули объемного сжатия монокристалла и поликристалла MIL-69 существенно различны. Модуль сдвига почти в два раза меньше модуля сжатия.</p> Игорь Александрович Федоров, Дмитрий Васильевич Корабельников Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/474 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДИСПЕРСИОННОГО УПРОЧНЕНИЯ КОГЕРЕНТНЫМИ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНЫМИ ФАЗАМИ В ОЦК ВОЛЬФРАМЕ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/524 <p>Дисперсионное упрочнение играет важную роль в изменении механических свойств конструкционных материалов. Особенно важно поминать механизм такого упрочнения в материалах, используемых при экстремальных воздействиях. Вольфрам применяется в виде защитного материала в ядерных реакторах, и при облучении в нем накапливаются дефекты и выделяются различные когерентные и некогерентные дисперсные частицы. Изучение взаимодействия дислокаций с выделившимися фазами поможет обеспечить длительную и безопасную работу реактора. В данной работе представлены результаты молекулярно-динамического моделирования взаимодействия краевой дислокации с частицей, содержащей атомы рения с различной стехиометрией, возникающие в реальности в процессе трансмутации вольфрама с ОЦК кристаллической решеткой когерентной основному металлу. Полученные результаты демонстрируют повышение напряжения течения по мере увеличения среднего размера частицы, при этом зависимость от температуры является слабовыраженной. В силу того, что данный вид дефектов является одним из многих (поры, границы зерен, некогерентные частицы), целесообразным представляется продолжение работы в ключе моделирования движения дислокации в поле напряжений, индуцированным рядом вышеупомянутых дефектов. Исследование влияния макроскопических дефектов на динамику движения дислокации в кристалле вольфрама является важным для понимания стабильности кристаллической решетки материала в далеких от равновесия условиях.</p> Юлия Равильевна Шарапова, Арсений Максимович Казаков, Александр Сергеевич Семенов, Мария Николаевна Семенова, Жанна Геннадьевна Рахматуллина; Елена Александровна Корзникова Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/524 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 БОРСОДЕРЖАЩИЕ ПОКРЫТИЯ, СФОРМИРОВАННЫЕ НА ВЫСОКОЭНТРОПИЙНОМ СПЛАВЕ: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/476 <p>Целью работы является анализ результатов, полученных при исследовании структуры, элементного и фазового состава, прочностных и трибологических свойств борсодержащих покрытий, полученных на высокоэнтропийном сплаве комплексным ионно-плазменным методом. В качестве материала подложки использовали сплав CoFeCrMnNi неэквиатомного состава (25,2Co, 15,1Cr, 37,8Fe, 3,4Mn, 16,3Ni; ат. %). Борсодержащие покрытия элементного состава Al–Mg–Ti–B толщиной 1, 3 и 5 мкм формировали методом ионно-плазменного высокочастотного напыления (магнетронное ВЧ-осаждение в условиях ионно-плазменного ассистирования при использовании генератора газовой (аргон) плазмы «ПИНК»). Для осуществления процесса напыления борсодержащего покрытия была использована мишень диаметром 200 мм, изготовленная из смеси двух порошков AlMgB<sub>14</sub> + 50 % TiB<sub>2</sub>. Для интенсификации процесса распыления мишени был применен генератор газовой плазмы «ПИНК», с помощью которого в рабочей вакуумной камере установки создавалась объёмная аргоновая плазма. При подаче ВЧ потенциала на мишень ионы аргона извлекались из плазмы и бомбардировали мишень, производя ее интенсивное распыление. Формирование покрытия на поверхности подложки происходит в результате подачи на нее напряжения смещения 35 В. Температура подложки при напылении покрытия (350-360) °C. Скорость напыления покрытия 0,05 мкм/мин. Исследования структуры и элементного состава борсодержащего покрытия элементного состава Al–Mg–Ti–B, сформированного на образцах высокоэнтропийного сплава состава CoFeCrMnNi комплексным ионно-плазменным методом осуществляли методами электронной дифракционной микроскопии. Установлено, что покрытие имеет аморфно-кристаллическую структуру. Размер областей кристаллического состояния материала (3-5) нм. Твердость покрытия H = 11,0 ГПа; модуль Юнга Е = 185 ГПа; отношение H/Е = 0,059, параметр износа k = 4×10<sup>-7</sup> мм<sup>3</sup>/Н×м; коэффициент трения μ = 0,12. Для подложки без покрытия H = 2,1 ГПа; k = 2,9×10<sup>-4</sup> мм<sup>3</sup>/Н×м; μ = 0,62.</p> Юрий Федорович Иванов, Владимир Викторович Шугуров, Иван Иванович Ажажа, Елизавета Алексеевна Петрикова, Олег Сергеевич Толкачев Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/476 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 ОБЗОР ПОСЛЕДНИХ ДОСТИЖЕНИЙ В ОБЛАСТИ ЭЛЕКТРОПЛАСТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛОВ ДАВЛЕНИЕМ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/621 <p>Технология электропластической обработки металлов давлением (ЭОМД) – это относительно новый процесс формоизменения металлов, который является энергоэффективным, экологически чистым и универсальным. В частности, он может быть использован для обработки металлов или сплавов, которые трудно обрабатывать с помощью обычных производственных процессов. Эффект электропластичности был открыт советскими учеными, но в настоящее время Россия утратила первенство в его практическом применении. В настоящее время во всех технологически развитых странах ведутся активные научные исследования и технологические разработки в области ЭОМД. В России несколько активных групп работают с целью сокращения наметившегося отставания. Практическая целесообразность использования эффекта электропластичности в ОМД ни у кого не вызывает сомнения, в то же время, признаётся, что физические механизмы реализации данного эффекта остаются не до конца понятыми и продолжают активно обсуждаться. Дискутируются такие конкурирующие идеи как электронный ветер и негомогенное выделение джоулева тепла, рассматривается влияние скин- и пинч-эффектов. За последнее десятилетие в ЭОМД были достигнуты значительные успехи, и в этом обзоре обобщается текущее состояние проблемы, и описываются последние разработки в области ЭОМД. Особый акцент сделан на описании механизмов, ответственных за электропластический эффект и эволюции микроструктуры металлов и сплавов, подвергнутых такой обработке. Также обсуждаются проблемы, стоящие перед теоретиками и экспериментаторами, для повышения эффективности процессов ЭОМД. Делается прогноз эффективности использования ЭОМД на предприятиях мелкого и среднего металлургического передела.</p> Дина Ураловна Абдуллина, Юрий Владимирович Бебихов, Павел Семенович Татаринов; Сергей Владимирович Дмитриев Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/621 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ПОКРЫТИЙ БОРА, НАНЕСЕННЫХ МЕТОДОМ МАГНЕТРОННОГО НАПЫЛЕНИЯ В АРГОНЕ И АЗОТЕ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/461 <p>Представлен сравнительный анализ свойств покрытий бора на поверхности нержавеющей стали, нанесенных в среде аргона и азота с использованием планарного магнетрона с термоизолированной нагреваемой в разряде мишенью из чистого кристаллического бора. Измерены скорости нанесения покрытий, которые при постоянной мощности разряда уровня 40 Вт при использовании в качестве рабочих газов аргона и азота составляли около 4 и 4,7 нм/мин, соответственно. Методом сканирующей электронной микроскопии исследован рельеф поверхности покрытия. Показано, что, несмотря на различие характера рельефа покрытий, формирующихся в аргоне и азоте, морфологические свойства поверхностей близки. Результаты, полученные методами рентгенофазового анализа и просвечивающей электронной дифракционной микроскопии, свидетельствуют о преобладании аморфной фазы бора в покрытиях, нанесенных в этих газах. На границе раздела покрытия и подложки выявлено формирование частиц боридов железа и кристаллического бора с размерами от 3 нм до 4,5 нм, образующихся как в среде аргона, так и азота.</p> Юрий Федорович Иванов, Георгий Юрьевич Юшков Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/461 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 МИКРОСТРУКТУРНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В СПЛАВЕ Al-3 вес. % Cu В ПРОЦЕССЕ РАВНОКАНАЛЬНОГО УГЛОВОГО ПРЕССОВАНИЯ ПРИ ПОВЫШЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/622 <p>Исследовали изменение микроструктуры крупнозернистого бинарного сплава Al-3 вес. % Cu в процессе равноканального углового (РКУ) прессования при Т=150 °C ≈ 0,5Т<sub>пл</sub> (где T<sub>пл</sub> – температура плавления чистого алюминия). Перед началом деформации в сплаве были получены гомогенные выделения упрочняющей фазы Q(Al<sub>2</sub>Cu) со средним размером около 16 нм. Как и в условиях низкотемпературной деформации, основной особенностью РКУ прессования данного сплава при 0,5Т<sub>пл</sub> было развитие на начальной стадии деформации (e=1) полосовых деформационных структур, приводящих к фрагментации исходных зерен. Однако, при дальнейшем РКУ прессовании такие дислокационные структуры трансформировались в характерную для горячей деформации смешанную (суб)зеренную структуру, что сопровождалось измельчением зерен. В результате при e=8 в сплаве формировалась бимодальная микроструктура с долей высокоугловых границ около 50 %, состоящая на 60 % из областей новых зерен размером около 1 мкм и нерекристаллизованных фрагментов исходных зерен, содержащих субзерна. Показано, что в отсутствие дисперсных алюминидов переходных металлов выделения основной упрочняющей фазы Q оказывали существенное влияние на процессы накопления и релаксации энергии деформации. В результате эти выделения контролировали формирование дислокационной структуры, протекание динамического возврата и миграцию границ (суб)зерен, определяя характер и кинетику процессов формирования новой мелкозернистой структуры.</p> Олег Шамилевич Ситдиков, Ринат Рустемович Загитов, Елена Викторовна Автократова, Михаил Вячеславович Маркушев Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/622 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 СИНТЕЗ И СТРУКТУРА ПРИПОЯ Cu–Sn–Ti ДЛЯ ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННЫХ МИШЕНЕЙ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/623 <p><em>П</em>роведено исследование структуры и физико-механических свойств паяного соединения сплава 29НК (ковар) с керамикой В<sub>4</sub>С. Разработана методика синтеза припоя Cu–Sn–Ti для изготовления электрон-позитронных мишеней ускорителей нового поколения. В среде GEANT4 проведено моделирование распределения тепловыделения в потоке жидкого свинца толщиной 28 мм для энергии первичного электронного пучка 6 ГэВ. Показано, что температура достигает максимальных значений вблизи выходного окна мишени. Приготовление припоя и пайка проводились в вакууме при давлении 10<sup>-4</sup> Па. Массовое соотношение компонентов припоя составляло: 73 % Cu, 18 % Sn, 9 % Ti. Максимальная температура при синтезе припоя 1100 °С. В процессе пайки образец нагревался до температуры 800 °С и выдерживался в течение 40 минут. Затем производился нагрев до температуры 950 °С, время выдержки 10 минут. Использовался ступенчатый режим охлаждения для снятия остаточных напряжений с выдержкой при температурах 800 °С, 700&nbsp;°С, 550 °С. Исследование показало возможность использования припоя Cu–Sn–Ti для пайки электрон-позитронных мишеней. Паяное соединение ковар-керамика имеет слоистую структуру, позволяющую выделить три основных слоя: интерметаллический слой, состоящий из фазы Cu<sub>3</sub>Sn, эвтектический слой и диффузионную зону. Образование интерметаллического слоя может происходить как на поверхности ковара, так и на поверхности керамики. Интерметаллический слой на границе с керамикой препятствует диффузии бора в припой и образованию диффузионной зоны, которая обеспечивает высокую адгезию припоя с керамикой. Возможны режимы пайки, при которых интерметаллиды на поверхности керамики не образуются, что позволяет сформировать обширную диффузионную зону. При использованных режимах пайки на границе с коваром образуется интерметаллическая фаза, что может привести к хрупкому разрушению паяного соединения. Измерение микротвердости паяного соединения показали следующие значения: зона интерметаллидов – 2,5 ГПа, зона эвтектики – 1 ГПа, диффузионная зона с переменной микротвердостью, возрастающей от 1 до 5,5 ГПа.</p> Борис Федорович Демьянов, Алексей Гранитович Никифоров, Михаил Дмитриевич Старостенков, Данила Алексеевич Никифоров, Михаил Федорович Блинов Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/623 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 ПЕРВОПРИНЦИПНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫХ СПЛАВОВ CoCrFe40-xMnxNi (x = 5, 10, 15, 20) https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/625 <p>В работе проведено первопринципное исследование стабильности четырех сплавов с различным содержанием Fe и Mn CoCrFe<sub>40-x</sub>Mn<sub>x</sub>Ni (x = 5, 10, 15, 20 ат. %). Для каждой композиции были созданы специальные квазислучайные сверхструктуры, имеющие тип строения гранецентрированной кубической решетки и состоящие из 32 атомов. В программном комплексе QUANTUM ESPRESSO проводилась полная релаксация полученных сверхструкур и определение полной энергии основного состояния при температуре 0 К. На основании полученных результатов рассчитаны энтальпии смешения и показано, что ГЦК твердые растворы являются термодинамически стабильными структурами для исследуемых сплавов при заданной температуре. Наименьшим значением энтальпии смешения обладает сверхструктура Co–Cr–Fe–Mn–Ni, что подтверждает концепцию того, что высокоэнтропийные сплавы с эквиатомной композицией демонстрируют наибольшую устойчивость, по сравнению с не эквиатомными сплавами. Были получены значения параметров решетки, которые продемонстрировали сохранение кубической структуры после полной релаксации исследованных структур. Также рассчитаны значения плотности и объема полностью релаксированных сверхструктур, указывающие на то, что при увеличении содержания Fe и одновременном уменьшении содержания Mn объем сверхструктур уменьшается, а их плотность, соответственно, увеличивается.</p> Кирилл Александрович Осинцев, Виктория Сергеевна Панова, Валентина Анатольевна Кузнецова, Сергей Валерьевич Коновалов, Ирина Алексеевна Панченко Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/625 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЖДУ АТОМАМИ Al–C НА МЕЖФАЗНОЙ ГРАНИЦЕ АЛЮМИНИЙ-УГЛЕРОДНАЯ НАНОЧАСТИЦА https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/618 <p>Предложена аналитическая модель взаимодействия между атомами Al и C на межфазных границах, образованных алюминием и углеродными наночастицами. Модель удобна для практического использования при расчете свободной энергии межфазной границы, которая является существенной для нанокомпозитов и определяет их механические, теплофизические и другие свойства. В работе рассмотрены наночастицы различной структуры, нашедшие применение при разработке алюмоматричных композитов: фуллерены различных диаметров, однослойные углеродные нанотрубки металлического и полупроводникового типов, различных радиусов и хиральности, графен и графит. Предложенная в работе модель использует потенциал Леннарда-Джонса и предполагает приближенный учет влияния локальной структуры наночастицы на взаимодействие пар атомов алюминия и углерода путем введения дополнительных параметров. В настоящей работе в качестве величины, определяющей глубину и расположение потенциальной ямы, принята средняя локальная кривизна поверхности наночастицы. Работа дополнена исследованием межфазного взаимодействия в рамках теории функционала плотности. Путем сравнения результатов вычислений, выполненных с использованием приближений различного уровня точности, установлены границы применимости предложенного потенциала и показана возможность его применения для исследования межфазного взаимодействия в нанокомпозитах на основе алюминия и наноуглерода.</p> Виктор Витальевич Решетняк, Артемий Витальевич Аборкин Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/618 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 АНОМАЛЬНЫЙ МАССОПЕРЕНОС БОРА ПРИ ИНДУКЦИОННОМ БОРИРОВАНИИ СТАЛИ 20 https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/626 <p>Формирование обширной диффузионной зоны размером до 980 мкм при 1000 °C и выдержке в течение 5 минут в индукционной печи свидетельствует об аномальном высоком массопереносе бора в ходе высокотемпературного борирования стали 20. Такой массоперенос бора в диффузионной зоне обеспечен аномально высокой диффузией бора в α-матрицу. Из анализа высокой диффузионной подвижности, влияющей на диффузию бора, следует, что аномально высокий диффузионный массоперенос может быть обеспечен действием нескольких факторов различной физической природы. Во-первых, одним из факторов является градиент химического потенциала, обеспечивающий протекание реакционной диффузии и образование боридов железа FeB и Fe<sub>2</sub>B. Во-вторых, высокая температура определяет высокую кинетическую энергию и высокую диффузионную подвижность атомов бора. В-третьих, высокий тепловой эффект реакции образования боридов (43118,4 кДж/моль) вызывает локальное повышение температуры, следствием чего является увеличение диффузионной подвижности бора в диффузионной зоне. Основным маршрутом бора в стали при борировании является диффузионный массоперенос по границам зерен. Высокая скорость зернограничной диффузии связана сособенностями атомного строения границы зерен и, прежде всего, с наличием свободного объема, избыточной концентрацией вакансий при высоких температурах и областей растяжения и сжатия. Диффузия по границам зерен в условиях действия нескольких факторов, перечисленных выше, на несколько порядков больше, чем внутри зерна. Такой эффект может быть связан с появление жидкой фазы в границах зерен задолго до температуры плавления поликристаллического агрегата, то есть коэффициент диффузии по границам зерен становится по существу равным коэффициенту диффузии в жидкости. Формально учет факторов, влияющих на диффузионный процесс, можно описать как снижение потенциального барьера в условиях действия этих факторов. Разумеется, потенциальный барьер не снижается, а снижается эффективное значение энергии активации на величину работы внешних сил. При снижении эффективной энергии активации до нуля, вероятностный экспоненциальный множитель в формуле коэффициента диффузии становится равным единице, а процесс массопереноса бора при таких условиях принимает надбарьерный характер и переходит в своеобразный автокаталитический процесс массопереноса. Представленныев статье данные показывают, что при борировании необходимо учитывать и исследовать аномальный массоперенос. Продолжение исследований в этой области поможет лучше понять физические механизмы этих сложных процессов и разработать более эффективные методы химико-термической обработки.</p> Евгения Петровна Шевчук, Владимир Александрович Плотников, Сергей Викторович Макаров Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/626 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ СВАРКИ ДАВЛЕНИЕМ И ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ТВЕРДОФАЗНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ИЗ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ ЭП975 И ЭК61 https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/454 <p>Проанализировано влияние температуры сварки давлением (СД) и термической обработки на структуру и свойства твердофазного соединения деформируемых гетерофазных никелевых сплавов в сочетании ЭП975//ЭК61с различным типом упрочняющей фазы. По результатам энерго-дисперсионного анализа установлено, что в процессе СД в вакууме в температурно-скоростных условиях (850-925 °С; 10<sup>-4</sup> с<sup>-1</sup>) проявления низкотемпературной сверхпластичности сплава ЭК61 между соединяемыми сплавами ЭП975 с микродуплексной структурой (6-8 мкм) и ЭК61 с ультрамелкозернистой (≤1 мкм) структурой в результате протекания процессов взаимной диффузии легирующих элементов формируется узкая переходная зона диффузионного взаимодействия. Ее ширина возрастает от 3 мкм до 8 мкм с увеличением температуры СД с 850 до 925 °С. Изучено влияние последующей термической обработки на изменение фазового состава в зоне твердофазного соединения (ТФС) и прочность сварных образцов. Показано, что увеличение температуры СД с 850 до 925 °С, а также последующая термическая обработка приводят к расширению зоны диффузионного взаимодействия до 10-20 мкм. По результатам механических испытаний на растяжение при комнатной температуре установлено, что наибольшая прочность сварных образцов после СД при температуре 850 ºС достигает величины 0,8 от прочности соединяемого сплава ЭК61, а после термической обработки сохраняется на том же уровне.</p> Эльвина Венеровна Галиева, Екатерина Юрьевна Классман; Венер Анварович Валитов Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/454 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ДИФФУЗИОННЫХ СЛОЁВ НА АРМКО-ЖЕЛЕЗЕ ПРИ ПОРОШКОВОМ БОРОМЕДНЕНИИ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/627 <p>В работе представлены результаты исследований диффузионных слоёв полученных на образцах из АРМКО-железа в порошковых смесях содержащих бор и медь. Целью являлось исследование влияния содержания меди в составе насыщающей смеси на строение, структуру и толщину диффузионного слоя. Подробно описана методика проведения эксперимента: описание составов насыщающей смеси, режимы проведения боромеднения, дальнейшие металлографические исследования и измерения микротвердости. Проведен сравнительный анализ литературных источников о состоянии и развитии ситуации с поверхностным упрочнением на машиностроительных предприятиях. В результате на образцах из АРМКО-железа были получены диффузионные слои толщиной от 120 до 220 мкм различные по структуре и строению. При толщине 120 мкм слой имеет «классическое» игольчатое строение, а при толщине в 220 мкм слой теряет игольчатую структуру и приобретает вид сплошного слоя с примыкающей перьевидной фазой. Увеличение концентрации меди в 3 раза (состав № 2) по сравнению с составом № 1 оказало влияние на распределение микротвердости. Разница между наибольшими значениями микротвердости несущественна, составляет 50&nbsp;HV, но дальнейшее распределение имеет более плавный характер, без резких скачков или перепадов. Было установлено, что увеличение содержания меди в насыщающей смеси способствует увеличению толщины диффузионного слоя и изменению строения и структуры слоя. Также медь оказывает влияние на распределение микротвердости полученных диффузионных слоёв. При максимальной концентрации меди в составе насыщающей смеси микротвердость имеет более плавный характер распределения, без резких скачков и перепадов.</p> Степан Алексеевич Лысых, Ундрах Лхагвасуренович Мишигдоржийн, Василий Николаевич Корнопольцев, Сяо Цзон Хе, Юрий Петрович Хараев Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/627 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 ВЛИЯНИЕ РЕДКОЗЕМЕЛЬНОГО CeCl3 НА МИКРОСТРУКТУРУ И АДГЕЗИЮ БОРИДНОГО СЛОЯ ДЛЯ СТАЛИ AISI H13 https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/628 <p>В данном исследовании сталь AISI H13 была подвергнута борированию редкоземельным композитом с использованием процесса пастообразного борирования. Были проанализированы структура и морфология боридного слоя, а также протестированы его твердость и адгезия к поверхности раздела. Результаты показывают, что слой борида имеет плотную пилообразную морфологию с минимальным количеством пор. По сравнению с боридным слоем без добавления CeCl<sub>3</sub> толщина восстановленного боридного слоя увеличилась с 53,7 мкм до 66,3 мкм. Кроме того, боридный слой из редкоземельного композита продемонстрировал твердость в диапазоне 1200-1700 HV с небольшим градиентом твердости. При испытании на адгезию наблюдалось лишь незначительное отслоение слоя борида редкоземельных элементов, что позволяет предположить, что редкоземельные элементы эффективно снижают хрупкость боридного слоя и улучшают адгезию к поверхности раздела.</p> Цюань Чжэн, Шунчи Мэй, Сяо Чжи, Цзинюй Ян, Цзэкуй Ху, Алексей Михайлович Гурьев, Сергей Геннадьевич Иванов, Михаил Алексеевич Гурьев Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/628 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000 ЖУРНАЛ «ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ»: 20 ЛЕТ ВМЕСТЕ С ЧИТАТЕЛЕМ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/616 <p>Анализируются достижения первых двадцати лет работы международного специализированного научного издания «Фундаментальные проблемы современного материаловедения» (ФПСМ), освещающего оригинальные результаты научных исследований российских и зарубежных ученых в области физического материаловедения. На основании сведений, представленных на информационно-аналитическом портале eLIBRARY.ru, проведена оценка публикационной активности и библиометрических показателей, определен уровень журнала. Отмечена заслуга главного редактора и редакционной коллегии в становлении и продвижении журнала в международном информационном пространстве.</p> Татьяна Александровна Стопорева Copyright (c) 2023 ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ https://ojs.altstu.ru/index.php/fpsm/article/view/616 Wed, 20 Dec 2023 00:00:00 +0000