Структурная наследственность и структурно-фазовые превращения в конденсированных металлических системах при термическом и деформационном воздействиях и разработка физико-химических основ технологий получения перспективных композиционных и функциональных материалов и градиентных покрытий с нано-, микро- и мезоструктурами

Показано, что политермы вязкости расплавов Ni-Si (с содержанием кремния от 0 до 36 ат.%) и Cr88-xFe12Cx (x=11-18 ат.%) совпадают в режиме нагрева и охлаждения и имеют монотонный характер. Для сплавов Ni-Si с содержанием 40, 46, 50 и 54 ат.% Si наблюдается гистерезис политерм вязкости ниже 1300°С. Концентрационные зависимости вязкости и энергии активации вязкого течения для системы Ni-Si имеют немонотонный куполообразный вид с максимумом при 33 ат.% Si, обусловленным концентрационным изменением типа ближнего порядка в расплаве. При этом повышение концентрации углерода в системе Cr88-xFe12Cx (x=11-18 ат.%) сопровождается значительным ростом кинематической вязкости ее расплавов. Исследование физических свойств (вязкости, плотности и электрического сопротивления) аморфизующихся расплавов систем Al-(La/Ce/Sm), Al-Ni-(Y/La/Ce) и Al-(Ni,Co)-Tb показало наличие долговременных релаксационных процессов перехода расплавов в более однородное состояние, проявляющихся в длительной релаксации значений свойств расплава после плавления и гистерезисе политерм нагрева и последующего охлаждения. Установлено, что переход в более однородное состояние может быть достигнут при длительной изотермической выдержке, а перегрев расплава существенно уменьшает время релаксации. Показано, что в расплавах Al-РЗМ, Al-ПМ-РЗМ длительная релаксация обусловлена разрушением унаследованных при плавлении неравновесных атомных микрогруппировок с упорядочением типа химических соединений AlxРЗМу, присутствующих в твердых сплавах. Показано, что температурные зависимости вязкости расплавов Al–Mg (2,5-95 ат.% Mg) и Al-Zn (2,5-25 ат.% Zn) хорошо описываются экспоненциальной зависимостью, а на концентрационных зависимостях вязкости и переохлаждения расплавов Al-Mg наблюдаются резкие изменение химического ближнего порядка при 20 и 80 ат.% Mg. Тогда как вязкость расплавов Al-Zn немонотонно уменьшается при увеличении концентрации Zn и имеется два минимума: в областях 5-7 ат.% и 15-17,5 ат.% Zn. Особенности локального атомного порядка в расплавах приводят к неравновесной кристаллизации сплавов Al-Mg и Al-Zn. Построены концентрационные срезы диаграммы состояния системы Al-Cu-Co при 15 ат.% Сo (10-30 ат.% Cu) и 25 ат.% Сu (2,5-20 ат. % Со), позволяющие определить концентрационные интервалы по границам которых наблюдаются экстремумы на линии ликвидус и при кристаллизации из которых в условиях медленного охлаждения на первой стадии образуются разные фазы. Обнаруженные особенности линии ликвидус и концентрационных зависимостей переохлаждения обусловлены изменением химического ближнего порядка при этих концентрациях, как в жидком, так и в твердом состояниях. Исследование процессов кристаллизации расплавов (Fe0,75B0,15Si0,1)100-xTax (х=0-4) показало, что независимо от скорости охлаждения концентрационные зависимости переохлаждения имеют немонотонный характер с локальным максимумом в области 1 ат.% Та. При этом кристаллизация расплавов в условиях максимального переохлаждения протекает в более узком температурном интервале, с образованием двух промежуточных метастабильных фаз Fe3B и Fe2Ta. Исследована структура твердых образцов после затвердевания расплавов Al-Ni-Co-РЗМ (Al86Ni6Co4Gd2Tb2, Al86Ni2Co6Gd6 и Al86Ni6Co4Gd2Er2) под высоким давлением 7-10 ГПа, Тзак=1800 К. Установлено, что полученные образцы имеют однородную плотную, мелкодисперсную структуру, содержащую фазы высокого давления, метастабильные в нормальных условиях, в формировании которых основную роль выполняют редкоземельные элементы. Показано, что средняя микротвердость образцов, полученных в условиях высоких давлений, в два раза выше, по сравнению с исходным состояние и составляет 2 ГПа. Теоретическое описание природы медленных релаксационных процессов, наблюдаемых после плавления в стеклообразующих эвтектических расплавах показало, что их причиной является нелинейность диффузионных процессов в гетерогенном расплаве с включениями тугоплавкой стехиометрии, обусловленная термодинамической неустойчивостью, имеющей место при спинодальном распаде. На примере Al–Y и Al–Yb, используя потенциалы Гиббса из стандартной базы данных, показано, что при условии начальной неоднородности в этих системах может развиться нестабильность, приводящая к медленным процессам релаксации, и определены области нестабильности на фазовых диаграммах. С использованием калибровочной теория стеклования и метода фазового поля предложена математическая модель перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое в процессе его равномерного охлаждения. В качестве параметра, описывающего переход вещества из жидкого состояния в стекольное, использовали «ротор» калибровочного поля, характеризующего топологические искажения локально упорядоченной структуры вещества. Модель качественно описывает конкуренцию стеклования и кристаллизации при закалке с конечной скоростью охлаждения. Методом алюмотермического самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) получен композиционный материал на основе 2Nb-1Si-1C. Показано, что в образце формируются фазы γ-Nb5Si3, NbC, NbSi2. Исследование структуры и свойств литых сплавов Nb–5мас.%Si–3 мас.%X (Х= Al, N), полученных СВС в разной среде (аргон и азот) показало, что в структуре сплава Nb–5Si–3N (мас.%) наблюдается образование фаз Nb2N, Nbss, α-Nb5Si3, а в литом сплаве Nb–5Si–3Al (мас.%) - неравновесной структуры, состоящей из фаз Nbss, Nb3Al и β-Nb5(Si, Al)3. Повышение давления азота при проведении СВС реакции приводит к увеличению доли упрочняющих фаз и возрастанию твердости сплава. Показано, что термодеструкция фуллерита с формированием фуллеритоподобной фазы наблюдается при перегреве выше 900оС, а последующее упорядочение углерода наблюдается при 1600оС с формированием графитоподобной аморфной фазы. Процесс графитации протекает с образованием турбостратного углерода и кристаллического графита с низкой степенью упорядочения. Показано, что в присутствии Fe температура фазового перехода фуллерит-графит значительно снижается от 1600 до 760°C. Графит, сформированный после распада Fe3C, характеризуется более высокой степенью упорядочения. Установлены оптимальные параметры осаждения покрытий Nb на Ст3. Методом термодинамического анализа показано, что осаждение ниобиевых покрытий может быть выполнено восстановлением пентагалогенидов ниобия кадмием или цинком, причем Zn позволяет проводить восстановление при меньших температурах (NbI5-Zn c 740К, в NbBr5-Zn c 800K, NbCl5-Zn и NbI5-Cd c 840К, NbBr5-Cd c 910К). Проведена термодинамическая оценка процесса кристаллизации карбида титана из железоуглеродистых расплавов в зависимости от их температуры и состава. Показано, что применение легирующей композиции состава Ti – C обеспечивает, за счёт протекания процесса СВС, образование в исследуемых расплавах карбида титана, что приводит к увеличению их твёрдости, в среднем на 20 ÷ 30 % по сравнению с основным металлом, а количество карбидной составляющей определяется смачиванием TiC металлическим расплавом. Методом СВС в варианте алюминотермии произведены слитки композита с матрицей Fe-Cr-Mn-Mo-N-C и армирующими частицами в виде структурированных конгломератов из оксидов магния (преимущественно) и алюминия, нитрида алюминия. Установлено, что повышение содержания углерода в композите от 0,01 до 0,50 мас.% приводит к повышению твердости с 238 до 271 HV и износостойкости. Установлены закономерности совместного влияния водорода и интенсивной пластической деформации на структуру и свойства аморфных и нанокристаллических металических материалов на основе Fe и Co. При совместной обработке порошков Al (Mg) с поверхностно активными веществами (ПАВ) в высокоэнергетической шаровой мельнице установлено, что при измельчении в гептане частицы Al образуют агломераты, затрудняющую диффузию водорода, что исключает использование гептана в качестве ПАВ. Показано, что использование толуола в качестве средства, предотвращающего агломерацию порошков при механоактивации (МА), позволяет увеличить абсорбцию водорода, при этом при МА в толуоле уровень абсорбции увеличивается при длительной обработке, что связано с устойчивостью толуола к деформационным воздействиям.