авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и наук

и Российской Федерации

Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

ФИЗИКА И ХИМИЯ

НАНОРАЗМЕРНЫХ СИСТЕМ

Сборник тезисов докладов

Всероссийской молодежной конференции

Екатеринбург, 1317 ноября 2012 г.

Екатеринбург

УрФУ

2012

УДК 669.017 (06)

ББК 34.2я5

Ф50

Рецензенты:

Д-р физ-мат. наук, проф. Ивлиев А. Д. (Российский государственный профессионально-педагогический университет) Д-р физ.-мат. наук, проф. Попель П. С. (Уральский государственный педагогический университет) Научный редактор – проф. д-р физ.-мат. наук А. А. Повзнер Ф50 Физика и химия наноразмерных систем: сборник тезисов докла дов Всероссийской молодежной конференции (Екатеринбург, ноября, 2012 г.). – Екатеринбург : УрФУ, 2012. 174 с.

ISBN В сборник включены тезисы докладов на Всероссийской молодеж ной конференции “Физика и химия наноразмерных систем”. Тематика конференции связана с теоретическими и прикладными аспектами физики, а также с вопросами синтеза наносистем. Приводятся результаты исследо ваний физических, физико-механических и физико-химических свойств наноматериалов, а также освещены актуальные вопросы методов неразру шающего контроля наноматериалов, численного моделирование процессов формирования наноструктур разной размерности, разработки и совершен ствования способов и технологий синтеза наноструктурированных мате риалов.

Редакционная коллегия:

проф., д-р физ.-мат. наук А. А. Повзнер (научный редактор);

проф., д-р техн. наук А. А. Попов (председатель редколлегии);

доц., канд. физ.-мат. наук А. Г. Волков (ответственный за выпуск) УДК 669. (06) ББК 34.2я ISBN 9785321022191 © Уральский федеральный университет, 1. Электрические и магнитные свойства наносистем В. И. Пряхина, В. Я. Шур, С. А. Негашев, Д. О. Аликин, П. С. Зеленовский Лаборатория сегнетоэлектриков НИИ ФПМ ИЕН УрФУ, victoria.pryahina@labfer.usu.ru Изучение кинетики доменной структуры в монокристаллах ниобата лития, легированного магнием, модифицированных ионно-плазменным облучением Известно, что в результате облучения ионами в монокристаллах ниобата лития формируются модифицированные слои, значительно изменяющие свойства материала. Подбирая параметры облучения – тип ионов, энергию, дозу и поток, можно создавать как аморфные поверхностные несегнетоэлектрические слои, так и слои, обладающие повышенной проводимостью по сравнению с исходным кристаллом [1,2].

В работе представлены результаты исследования влияния ионно плазменного облучения на проводимость кристаллов ниобата лития, легированного магнием (MgO:LN) и на кинетику микро- и нанодоменных структур в модифицированных монокристаллах.

Вырезанные перпендикулярно Z полярной оси кристалла пластины ниобата лития (легированные 5 % Mg) толщиной 1 мм облучались ионами Ar+ на Z+ поверхность. В процессе облучения образец нагревался до температуры 500-600 С. Измерение поверхностной проводимости осуществлялось двухзондовым методом. Зависимость величины проводимости от глубины исследовалась при помощи последовательного удаления с модифицированной поверхности слоя толщиной от 10 до 100 мкм. Регистрация токов переключения поляризации и мгновенных конфигураций доменной структуры осуществлялось с помощью экспериментальной установки на базе оптического микроскопа Carl Zeiss.

Визуализация статической доменной структуры на поверхности образца осуществлялась с помощью оптической микроскопии (Olympus BX-51), в объеме кристалла с помощью конфокальной микроскопии комбинационного рассеяния (NT-MDT Ntegra Spectra).

Показано, что облучение ионами приводит к увеличению поверх ностной проводимости на облучённой Z+ стороне (до 10-3–10-5 Ом-1см-1).

Исследование зависимости проводимости от глубины кристалла выявило, что глубина модификации в зависимости от энергии и дозы облучения составляет от 10 мкм до толщины всего кристалла.

В модифицированных кристаллах наблюдалось формирование несквозной доменной структуры с заряженными доменными стенками (ЗДС). Рост доменов останавливался в слое с величиной проводимости 10-5–10-6Ом-1см-1 за счёт перераспределения переключающего поля в объёме кристалла. Эффективное уменьшение толщины переключаемого слоя в кристалле приводило к существенному понижению пороговых полей переключения поляризации (с 6 кВ/мм до 150 В/мм).

Анализ токов переключения показал наличие двух компонент – тока переключения поляризации и значительно преобладающего тока проводимости по ЗДС. Определено время релаксации тока по ЗДС ( = 0,84 с). Ток переключения поляризации аппроксимирован модифицированной для линейно растущего поля формулой Колмогорова Аврами [3]. Определена подвижность доменных стенок ( = 0,004 см2/Вс).

Полученные результаты представляют интерес, как с фундаментальной точки зрения, как пример неравновесного переключения поляризации в присутствии модифицированного слоя, так и с прикладной для развития методов доменной инженерии. В частности, полученные результаты позволят перейти к созданию доменных структур с субмикронными периодами, что даёт возможности для создания качественно новых нелинейно-оптических и электрооптических устройств.

1. Olivares J., et al Appl. Phys. Lett. 86, 183501 (2005).

2. Schreck E., Dransfeld K. Appl. Phys. A. 44, 265 (1987).

3. Shur V., Rumyantsev E., Makarov S. J. Appl. Phys. 84, 445 (1998).

М. Л. Сугробов, С. О. Волчков, В. Н. Лепаловский, А. А. Ювченко, В. O. Васьковский, Г. В. Курляндская Уральский федеральный университет Mais2072@yandex.ru Влияние полей рассеяния различных конфигураций ферромагнитных микросфер на гигантский магнитный импеданс многослойных меандровых структур Магнитный импеданс (МИ) – это эффект изменения комплексного электросопротивления, Z, ферромагнитного проводника переменному току под действием внешнего магнитного поля, H [1]. МИ был интерпретирован в терминах классической электродинамики как разновидность скин эффекта в условиях изменения динамической магнитной проницаемости [1]. Отличительной особенностью МИ является очень высокая чувствительность к магнитному полю, вызывающая практический интерес, как физическая основа сенсоров магнитного поля [2]. В однослойных пленках МИ наблюдается только на частотах порядка ГГц. Для смещения в область частот около 50 МГц, приемлемых для современных технологических приложений, образец делают многослойным, содержащим центральную проводящую прослойку. Выбор меандровой структуры обуславливается увеличением индуктивности системы и повышением МИ. Настоящая работа посвящена исследованию МИ эффекта многослойных пленочных литографических элементов на основе пермаллоя в форме меандров в присутствии полей рассеяния различных конфигураций, создаваемых ансамблями ферромагнитных микросфер.

Таблица.

Сравнительные характеристики исследуемых образцов.

a/b RDC, Н, Э Z/Z, % S(Z/Z), %/Э № 1 1/2 28,6 6,4 115 2 1/2 23,6 5,3 82 3 1/3 22,6 6,4 112 4 2/2 19,9 7,4 124 RDC – электросопротивление на постоянном токе;

a/b соотношение между геометрическими параметра ми меандра (зазор/полоса).

Многослойные пленки [FeNi/Cu]4/FeNi/Cu/[FeNi/Cu]4/FeNi были получены методом ионно-плазменного распыления в постоянном магнитном поле 100 Э, которое обеспечивало создание одноосной анизотропии при ориентации оси легкого намагничивания вдоль короткого плеча меандра. Меандры были получены методом фотолитографии.

Измерения полного импеданса проводились с помощью импедансного анализатора Agilent E4991A в диапазоне частот от 1 МГц до 600 МГц (Таблица). Внешнее поле прикладывалось вдоль длинного плеча меандров соосно с протекающим током. Относительное изменение МИ определялось по формуле: Z/Z(H)= 100 (Z(H) – Z(Hmax)/ Z(Hmax), где Z(Hmax) – импеданс в поле насыщения. Чувствительность импеданса, S(Z/Z), к внешнему полю определялась как (Z/Z)/H для выбранного интервала H. Исследование МИ меандровых структур проводилось также с использованием моделирования в программе Comsol MultiPhysics.

Рассматривали одну полосу меандра шириной 275 мкм и железную сферу диаметром 500 мкм, находящуюся на расстоянии 50 нм от поверхности. Все свойства системы (частота и амплитуда тока, геометрия объектов и т.д.) соответствовали реальным свойствам образцов.

8 mm Рис. Примеры частотных зависимостей максимального значения полного импеданса меандра № 4, в присутствии различных ансамблей ферро- маг нитных микросфер. Геометрия измерений с одной ферромагнитной сферой.

В таблице представлены результаты измерений МИ. Для последующих экспериментов с ферромагнитными сферами был выбран образец № 4, обладающий максимальной чувствительностью 24 %/Э. Как видно из рис. присутствие сфер оказывает сильное влияние на МИ отклик, максимальное изменение полного импеданса составило порядка 1.

Подобное поведение связано с создаваемым магнитной микросферой вкладом в суммарное магнитное поле, действующее на образец. Высокая степень распознаваемости различных ансамблей ферромагнитных микросфер указывает на возможность использования исследованной системы в миниатюрных системах кодирования и в качестве магнитных ключей.

Работа выполнена в рамках исследований по теме № 215 “Магнито динамика наноструктурированных сред с высокой магнитной проницаемо стью”.

1 Beach R. S., Berkowitz A. E. J. Appl. Phys. 76, 6209 (1994) 2 Volchkov S. O., Lepalovskii V. N. Svalov A. V., Vas’kovskii V. O., Kurlyandskaya G. V. Russian Phys. J. 52, N 10, 1092 (2009) Е. Н.Тарасов, В. Х. Осадченко, М. С.Аникин, А.В Зинин.

Институт естественных наук Уральского федерального университета им. Первого президента России Б. Н.Ельцина, Evgeniy.Tarasov@usu.ru Магнетокалорический эффект в порошках сплава HoCo1,76Fe0, Среди разнообразных альтернативных технологий, которые могли бы использоваться в холодильных устройствах, все большее внимание ис следователей во всем мире привлекает технология магнитного охлажде ния, основанная на магнетокалорическом эффекте (МКЭ) магнетиков. Для численной характеристики МКЭ обычно используют, либо адиабатическое изменение температуры Tад, либо изотермическое изменение энтропии Sм.

В последнее время найдены сплавы и материиалы обладающие значитель ными величинами МКЭ, фазовых 1-ого рода – это Gd5Si2Ge2, MnFe(P1-xAsx), La(Fe13-xSix), Ni-Mn-Ga и другие [1]. Однако в этих материа лах отмечаются гистерезисы МКЭ, температурный и полевой, характерные для фазовых переходов 1-го рода. Кроме того эти материалы имеет недос таточные величины Sм и Tад при измени магнитного поля в широком диапазоне температур, кроме узких диапазонов в окрестностях фазовых переходов. С точки зрения практического применения, необходимы мате риалы с большими параметрами МКЭ, в широком температурном диапазо не.

Рис. Температурные зависимости Т порошков гадолиния (1) и соединения HoCo1,76Fe0,24, измеренные через 8 недель после изготовления порошка (2), через 2 года (3), через 3 года (4), при включение - выключения магнитного поля Н =4,6 кЭ.

В работе [2], при исследованиях некоторых квазибинарных соедине ний R(Cо1-хFeх)2 было обнаружено, что эти материалы, особенно в виде по рошков, способны спонтанным образом, при нормальных условиях, погло щать атмосферный водород. Причем, даже в малых количествах 1.5–3ат.%, примесь водорода в некоторых случаях способна привести к существен ным изменениям магнитных свойств и кристаллической решетки.

В данной работе, прямым методом исследовался Tад., порошков сплава HoCo1,76Fe0,24, ситовой фракции 200 – 500 мкм, разного времени вы держки на воздухе. На рис. приведены результаты измерения температур ных зависимости Tад. порошков HoCo1,76Fe0,24. Обнаружен аномально большой МКЭ в малых, до 0,5 Т, значениях индукции магнитных полей, в широком диапазоне температур (150–270) К, расположенном ниже темпе ратуры Кюри.

Предполагается, что наблюдаемый аномальный МКЭ обусловлен по глощением порошками атмосферного водорода. Изменения Tад. могут происходить из-за перемещений атомов водорода в кристаллической ячей ке, под действием магнитоупругих напряжений, при включении выключении магнитного поля.

1. Gschneidner Jr K. A., Pecharsky V.K., Tsokol A. O. Rep. Prog.Phys. 68, 1479 (2005).

2. Королев А. В., Мушников Н. В., Андреев А. В., Гавико В. С. ФММ № 2, В. В. Быканова1, П. А. Козуб1, В. И. Булавин1, С. Н. Козуб Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьковский национальный медицинский университет foggymorning1@rambler.

ru\ Физические и энергетические характеристики поливалентных металлов для фотокатализа В настоящее время фотокатализ привлекает боьшое внимание ученых со всего мира. Однако применение фотокатализаторов для решения раз личных проблем в масштабах промышленности очень ограничено вследст вие отсутствия упорядоченных данных о составах, структурах, свойствах фотокаталитических контактных масс для тех или иных химических реак ций и процессов. Учитывая тот факт, что реакции на фотокатализаторах протекают за счет поглощения фотонов света при условии генерации пары электрон-дырка с последующей диффузией их к поверхности контактной массы и химическим взаимодействием с адсорбированными на поверхно сти акцепторными или донорными молекулами, становится очевидно, что особо важное значение имеют физические и энергетические характеристи ки потенциальных фотокатализаторов.

Расчет энергетических характеристик проводился согласно статистике Ферми-Дирака по модели свободных электронов Зоммерфельда 1. Был проведен расчет следующих физических и энергетических характеристик:

плотности электронов проводимости, радиуса сферы Ферми, энергии Фер ми, скорости Ферми электронов, волнового вектора Ферми, температуры Ферми. В качестве металлов были выбраны титан, кадмий, цирконий и це рий, как одни из наиболее перспективных материалов для создания фото катализаторов на их основе. Результаты расчетов приведены в таблице.

Таблица.

Энергетические характеристики титана, циркония, кадмия и церия согласно теории металлов Зоммерфельда Плотность электро- Радиус Энер- Скорость Волновой Темпе нов про- сферы гия электронов вектор ратура rs/а Металл водимо- Ферми, Ферми, Ферми, Ферми, Ферми, rs108 см F108 см/с kF10 см-1 TF104 К сти, эВ n1022 см- Титан 11,332 1,2 2,27 9,74 1,85 1,60 11, Кадмий 9,28 1,3 2,59 7,47 1,62 1,40 8, Цирконий 8,516 1,4 2,65 7,15 1,59 1,37 8, Церий 5,819 1,6 3,02 5,48 1,4 1,20 6, Как следует из таблицы, наиболее близкими значениями энергии Ферми, скорости электронов Ферми и температуры Ферми обладают кад мий и цирконий, несмотря на то, что схожие значения можно было ожи дать в ряду Ti-Zr, поскольку они принадлежат к одной группе в периоди ческой системе. Согласно проведенным расчетам, энергетические характе ристики церия несколько отличаются от Cd и Zr, однако, не столь значи тельно по сравнению с Ti. Действительно, титан по некоторым рассчитан ным величинам превышает аналогичные показатели практически в 2 раза по сравнению с церием. Разница в показателях энергии и скорости элек тронов Ферми между Ti и Cd с Zr также довольно существенна. Однако окончательные выводы можно будет сделать только после анализа некото рых, весьма существенных, физических свойств поливалентных металлов.

1. Киселев В. Ф., Козлов С. Н., Зотеев А. В. Основы физики поверхности твердого тела (Изд-во Московского университета, Москва, 1999).

А. А. Захарова1,2, С. О. Волчков1, В. А. Лукшина2, А. П. Потапов УрФУ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, ИФМ УрО РАН, Stanislav.Volchkov@usu.ru, 2lukshina@imp.uran.ru Магнитный импеданс нанокристаллического сплава Fe72.5Сr1Si13.5B9Nb3Cu1 c наведенной магнитной анизотропией В работе исследовалось поведение магнитного импеданса образцов (100 мм 1 мм 20 мкм) нанокристаллического сплава Fe72.5Сr1Si13.5B9Nb3Cu1 до и после термомагнитной обработки в постоянном поперечном (длинной стороне образца) магнитном поле (ТМО). Форма кривых магнитного импеданса имела однопиковую структуру, что говорит о наличии одноосной эффективной магнитной анизотропии с очень малой дисперсией осей легкого намагничивания и преимущественной ОЛН, ориентированной в плоскости ленты и вдоль ленты. Присутствие после ТМО на кривой магнитного импеданса «провала» в области малых полей ± 0,6 Э (поле анизотропии) говорит о наличии малой доли магнитной фазы с непродольной компонентой намагниченности, которая возникает в процессе термических воздействий в присутствии поперечного магнитного поля (особенно при отжиге в мaгнитном поле, совмещенном с нанокристаллизацией). Кривые магнитного импеданса коррелируют с видом статических петель гистерезиса до и после ТМО.

С помощью метода разделенного детектирования составляющих импеданса было показано, что активное сопротивление образцов изменятся во внешнем магнитном поле сильнее, чем реактивное сопротивление (165 и 130 %, соответственно), что говорит о целесообразности раздельного использования составляющие магнитного импеданса для более эффективного исследования свойств материалов и разработки датчиков, основанных на ГМИ-эффекте.

Работа выполнена при частичном финансировании, РФФИ (пр. 11-02 00288), УрФУ (пр. 215) и УрО РАН (пр. 12-Т-2-1007).

Л. Р. Калимуллина1, А. Н. Лачинов1,2, Г. Ш. Байбулова2, Э. Р. Жданов Институт физики молекул и кристаллов УНЦ РАН, Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы, KalimullinaLR@yandex.ru, 2102galiya102@rambler.ru Выбор методики расчета электронной структуры производных фталида на основе экспериментальных данных Целью данной работы является исследование влияния избыточного заряда на электронную и геометрическую структуру, а также теоретиче ская оценка потенциала ионизации (IP) и сродства к электрону (EA) неко торых представителей ариленфталидов.

В пленках полиариленфталидов было обнаружено множество эффек тов, связанных с переключением из низкопроводящего в высокопроводя щее состояние. Очевидно, наличие подобных эффектов связано с измене нием электронной структуры молекул этих полимеров. Поэтому для объ яснения природы наблюдаемых эффектов чрезвычайно важным является привлечение методов квантово-химического моделирования. В качестве основного метода исследования применялся метод теории функционала плотности UB3LYP/6-31+G(d).В докладе представлены результаты опти мизации геометрии и рассчитаны энергетические характеристики модель ных молекулярных систем. В частности, были определены полные энергии молекул и их отрицательных и положительных ионов в молекулярной и оптимизированной ионной геометриях;

энергии верхних занятых и нижних вакантных молекулярных орбиталей;

величины вертикального и адиабати ческого электронного сродства и потенциала ионизации для каждой рас сматриваемой системы.

Существует несколько подходов для теоретической оценки IP и EA.

Первый подход связан с использованием так называемого приближения теоремы Купманса. Для количественного согласия с экспериментом, ре зультаты расчета подвергаются процедуре шкалирования EA a b, где a и b константы. Второй подход теоретической оценки IP и EA следует из определений потенциала ионизации и энергии сродства к электрону.

В работе были проведены теоретические оценки потенциалов иониза ции и энергии сродства нескольких модельных соединений в рамках обоих подходов. Проведенный анализ полученных результатов показал, что эти параметры значительно отличаются друг от друга. Поэтому предлагается для выявления более точного подхода полученные оценки величины EAa использовать в качестве параметров статистической модели, описывающей процесс автоотщепления дополнительного электрона из отрицательных ионов молекул. Времена жизни этих ионов измерены с помощью метода масс-спектрометрии отрицательных ионов резонансного захвата электро нов.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 11-02-01445-а.

С. О. Волчков, Е. И. Духан Уральский федеральный университет Stanislav.Volchkov@usu.ru, Eduhan@pm.convex.ru Угловая зависимость магнитоимпедасного эффекта чувствительных элементов на основе аморфных лент FeCoCrSiB различной топологии Магнитный импеданс (МИ) – актуальное направление исследований свойств магнитомягких материалов. Эффект заключается в изменении комплексного сопротивления ферромагнитного проводника Z() при про текании через него переменного тока высокой угловой частоты в усло виях приложения внешнего квазистатического магнитного поля HEXT [1].

Это классический электродинамический эффект, связанный с уменьшени ем эффективного поперечного сечения ферромагнитного проводника при протекании электрического тока высокой частоты.

Z /Z R /R X/X Z/Z, R/R;

X/X (%) -20 -10 0 10 H ( ) Рис. Относительное изменение импеданса Z/Z, действительной R/R и мнимой X/X компонент от внешнего магнитного поля для МП в виде одной ленты.

Магнитные преобразователи (МП) на основе МИ-элементов, ввиду высокой чувствительности (до 500 %/Э) в малых магнитных полях (до 10 Э), используются в различных приложениях: системах магнитного не разрушающего контроля, биодетектировании, робототехнике, системах обнаружения и др. [2]. Наибольшее количество исследований угловой за висимости МИ-эффекта в МП в виде аморфных лент было выполнено для случая МП в виде одной ленты [3]. Примеры использования более слож ных конфигураций МП единичны [4]. Информации о систематических ис следованиях подобного рода конфигураций МП, включая математическое моделирование МИ сигналов, в научной литературе не встречается.

Измерения импеданса Z и его активной R и реактивной X состав ляющих в магнитном поле различной напряженности были проведены с использованием импедансного анализатора Agilent HP E4991A по схеме [5]. Относительные изменения импеданса Z/Z, активного сопротивления R/R и реактивного сопротивления X/X были определены как:

Z / Z ( H EXT ) Z ( H EXT ) Z ( H MAX ) / Z ( H MAX ) R / R( H EXT ) R ( H EXT ) R( H MAX ) / R( H MAX ) X / X ( H EXT ) X ( H EXT ) X ( H MAX ) / X ( H MAX ), где H MAX – поле магнитного насыщения образца. Амплитуда тока через образцы составляла 10 мА, частота – 13 МГц. На рис. представлена зави симость изменения Z/Z аморфной ленты Fe3Co67Cr3Si15B12 от внешнего магнитного поля, приложенного вдоль длинной стороны образца, т.е. со осно с протекающим по нему переменным током. Кривая характеризуется высоким относительным изменением импеданса (до 54 %) и большой чув ствительностью в интервале малых полей от 0,2 до 0,7 Э.

Проведено исследование особенностей магнитных свойств и магнит ного импеданса аморфных лент Fe3Co67Cr3Si15B12 в зависимости от угла приложения внешнего постоянного магнитного поля. Представлено мате матическое моделирование параметров МИ-элемента, позволяющее рас ширить угловую характеристику. Проведено экспериментальное подтвер ждение результатов математического моделирования с МП на основе двух скрещенных лент. Результат показал монотонность активного, реактивного сопротивления и импеданса в области углов от 0 до 360 град., т.е. под тверждена возможность создания МП близкого к изотропному.

Работа выполнена в рамках исследований по теме № 215 УрФУ.

Литература.

1. Antonov, A. S. Gadetskii, S. N. et al, Phys. Met. Metallogr. 83 (6), (1997).

2. Kurlyandskaya G. V., de Cos D., Volchkov S. O. Russ. J. Nondestr. Test., (6), 377 (2009).

3. Kurlyandskaya G. V., Levit V.I., Biosens. Bioelectron, 20, 1611 (2005).

4. Prida V. M., Garca-Miquel Hector, Kurlyandskaya G.V., Sens. Actuat. A, 142, 496 (2008).

5. Volchkov S. O., Cerdeira M. A., Gubernatorov V. V., Duhan E. I., Potapov A. P., Lukshina V. A. Chin. Phys. Lett., 24 (5), 1357 (2007).

Е. П. Павкин, Н. А. Смоланов Мордовский государственный университет smolanovna@yandex.ru Парамагнетизм пылевых частиц из плазмы дугового разряда Магнитные свойства пылевых частиц, возникающих в дуговом раз ряде при получении тонких пленок, определены в работе [1]. Плазма дуго вого разряда рассматривается как суперпозиция газоразрядной плазмы и металлической плазмы. В ее составе электроны, ионы и частицы, в том числе и капельная фракция. По этим признакам ее можно отнести к пыле вой плазме. В основе образования пылевых частиц лежат процессы в ка тодном пятне [2,3]. Исследования структур и свойств материалов при их конденсации дают понимание механизмов их возникновения. В докладе рассмотрены возможные механизмы обратного (ретроградного) поведения катодного пятна, когда при определенном значении внешнего магнитного поля катодное пятно вакуумной дуги перемещается в противоположном силе Ампера направлении [3]. В данной работе обращено внимание на одинаковый характер процессов, протекающих в катодном пятне и пыле вой плазме при наложении внешнего магнитного поля. По мере увеличе ния индукции возможна остановка вращения пылевой плазмы с после дующей переменой его направления [4,5]. Однако причина порогового ха рактера возникновения вращения, как и в случае обратного движения ка тодного пятна, остается до конца неясной.

Анализ ЭПР спектров показал (рис. 1,2), что порошки характеризу ются магнитными свойствами с различными g-факторами. Особенностью спектра ЭПР исследуемых порошков является его несимметрия. Отметим также, что с уменьшением размеров фракции в спектре поглощения возни кают дополнительные линии. Магнитная сепарация также приводит к по явлению новых линий в спектре поглощения частицами магнитной и сла Рис. 1. ЭПР – спектры пылевых частиц при азотной температуре бомагнитной фракций, не наблюдаемых в исходном состоянии.

При Т=78 К у немагнитного порошка с размерами 30–60 мкм появля ется сверхтонкая структура и дополнительная линия поглощения (Н = 1590 кЭ, g = 4,18). Число линий поглощения магнитной фракцией, по лученной при отсутствии потенциала на подложке – одна (g = 2,47), в то время как у немагнитной – 5 (g = 4,21;

3,08;

2,28;

1,99;

1,94). Отжиг на воз духе при 300С в течении 1 час приводит к изменению спектров. У магнит ной фракции остается одна широкая линия (g = 2,33), а у немагнитной фракции – две (g = 2,22;

2,00). При изменении режимов получения частиц наблюдается сдвиг одних линий поглощения в область слабых, а других линий - в область сильных полей. При этом, естественно, изменяется g – факторы. Обсуждаются механизмы этих эффектов.

Рис. 2. ЭПР - спектры пылевых частиц после отжига В работе предложены механизмы парамагнетизма этих частиц и ус тановлено существование пылевых структур двух типов - сильно – и сла бомагнитных. Микрочастицы образуются при плазмохимической реакции карбонитрида титана с внедренными в них (капсулированными) магнит ными элементами подложки.

Литература.

1 Smolanov N. A., Pan’kin N. A. EASTMAG – 2010, 231 (2010).

2. Бобров Ю. К., Быстров В. П., Рухадзе А.А., ЖТФ 76, 35 (2006).

3. Любимов Г. А., Раховский В. И. УФН 125, 665 (1978).

4. Дьячков Л. Г. ФНТП-2011,140-146 (2011).

5. Карасев В. Ю., Дзлиева Е. С., и др. ФНТП-2011,140 (2011).

А. Г. Волков, А. А. Повзнер, А. Н. Черепанова, Н. А. Зайцева Уральский федеральный университет a.g.volkov@usu.ru Автоколебания тока в слоистой системе сильнопарамагнитный полупроводник – металл Целью настоящей работы являются исследования возникновение ав токолебаний тока в нестационарных условиях. Рассмотрена простая мо дельная система, состоящая из последовательного соединения слоев силь нопарамагнитного полупроводника и металла. Вследствие саморазогрева вольтамперная характеристика тока в слоистой системе сильнопарамаг нитный полупроводник – металл является нелинейной. Показано, что вольтамперные характеристики в широком интервале толщин металличе ского слоя сохраняют S-образный характер в стационарных условиях, что указывает на формирование бистабильного состояния таких систем.

Таким образом, колебание тока в слоистой системе магнитный полу проводник – металл при их последовательном соединении получается в результате колебаний тока в полупроводнике, которые индуцируют коле бания тока в металле (см. рис.).

При увеличении слоя полупроводника изменяется амплитуда и пери од автоколебаний. При малых долях полупроводника колебания исчезают.

j10-3, A/м t, c Рис. Временная зависимость плотности тока в слоистой системе при Т0 = 95 К, U = 0,2 В А. Г. Гофман, Ф. А. Сидоренко, А. А. Шелль, С. Ю. Смирнов Уральский федеральный университет agg12@e1.ru Исследование электросопротивления тонких пленок на основе дисилицида хрома В работе исследованы образцы тонких пленок, полученные методом термического испарения дисилицида хрома CrSi2 на подложки из полиро ванного оксида алюминия. Для измерения электросопротивления поверх пленки были напылены алюминиевые контакты. Аттестация образцов про водилась методами электронографии и резерфордовского обратного рас сеяния протонов и показала наличие в них единственной фазы с соотноше нием кремний/металл, близким к 2.

Отжиг образцов проводился в вакуумной ячейке, позволяющей про изводить непрерывное измерение электросопротивления, при температу рах от 375 до 550 оС. После отжига проводилось электронографическое ис следование фазового состава образцов.

Установлено, что неотожженные пленки дисилицида хрома находят ся в мелкодисперсном (квазиаморфном) состоянии, а в результате отжига происходит, с одной стороны, их кристаллизация, приводящая к увеличе нию электропроводности среды, а с другой – окисление с образованием оксида кремния SiO2, увеличивающее электросопротивление.

Предложена модель, позволяющая описать эволюцию электросопро тивления полученных структур «проводник-диэлектрик» в зависимости от времени отжига на основе метода эффективной среды, учитывающая про цессы кристаллизации и окисления пленок и соотношение скоростей их протекания при различных температурах отжига.

А. Г. Волков, А. А. Повзнер, А. Н. Черепанова, Н. А. Зайцева Уральский федеральный университет a.g.volkov@usu.ru Неравновесные фазовые переходы в пленках ферромагнитногополупроводника (на примере EuO1-) Исследованы особенности кинетического фазового превращения ме талл- полупроводник в ферромагнитном полупроводнике EuO1-. Показано, что возникающий при пропускании электрического тока джоулевый нагрев образца, ведет к исчезновению намагниченности и, как следствие, восста новлению энергетической щели между валентной зоной и зоной проводи мости. При этом ширина возникшей запрещенной зоны, продолжает изме няться благодаря росту флуктуаций внутренних обменных полей, расщеп ляющих электронные состояния.

В рамках f-d-модели и спин-флуктуационной теории записана система уравнений, описывающая электронную подсистему ферромагнитного по лупроводника во внешнем электрическом поле, численный анализ которой выполнен на примере EuO1-. Показано, что в тонких пленках EuO1 (l/h100, l – продольный, а h – поперечный размер образца) при значениях температур подложки ниже температуры Кюри должен наблюдаться кине тический фазовый переход металл-полупроводник, сопровождаемый воз никновением S-образной вольтамперной характеристики (ВАХ). При этом нижняя и верхняя ветви ВАХ лежат по разные стороны от точки Кюри, оп ределяемой внутренним значением температуры. Нижняя соответствует ферромагнитному металлическому состоянию («холодная» фаза), а верх няя - парамагнитному полупроводниковому («горячая» фаза). При этом имеет место гистерезис внутренней температуры по напряжению, что ве дет к зависимости электронных характеристик ферромагнитного полупро водника от электрического поля.

А. Г. Волков, К. А. Шумихина Уральский федеральный университет k.a.shumihina@ustu.ru Изменение оптических свойства пленок манганита лантана в окрестности фазовых переходов Манганиты лантана относятся к сильно коррелированным системам, в которых имеется тенденция к расслоению на фазы (сосуществование про водящих ферромагнитных и изолирующих антиферромагнитных облас тей). С разделением фаз, в частности, связывают природу колоссального магнетосопротивления. Обычные электрические и магнитные методы ис следования манганитов лантана дают усредненные по образцу характери стики. Для изучения существенно неоднородных систем предпочтительны локальные методы, позволяющие анализировать отдельные составляющие неоднородной системы. Такую информацию можно получить при исследо вании оптических свойств. Основная идея использования оптических ме тодов при изучении фазового разделения связана с различием оптического отклика от металлической и изолирующей фаз. В данной работе проводи лись исследования спектров поглощения, пропускания монокристалличе ских пленок (La1-xPrx)0.7Ca0.3Mn03 при x=0, 0.5, 0.75, напыленных на SrTiO и LaAlO3 подложки в исследуемом диапазоне длин волн 0.8–12 мкм (0.1–1.6 эВ), температурном интервале 80–300К. При этом эксперимен тально наблюдаемые в пленках манганитах особенности оптических свойств и разделения фаз рассмотрены в рамках спин-флуктуационной теории в s-d-модели Хаббарда и дополнительно учитывается наряду с гиб ридизационными эффектами, спиновые флуктуации в системе сильно кор релированных электронов.

Обнаружено, что при T Tc во всех исследуемых пленках наблюдает ся появление зонных носителей и соответствующая перестройка спектра, которая сопровождается увеличением поглощения при понижении темпе ратуры. Аналогичное перераспределение спектрального веса наблюдается в спектрах манганитов лантана, легированных Ca, Pr, Ba, Sr. Исследование температурных зависимостей поглощения La1-xCaxMnO3 (0.1x0.8) пока зало, что рост поглощения при понижении температуры T Tc в окне про зрачности может быть вызван только поглощением свободными носителя ми заряда.

Более отчетливую картину температурной зависимости поглощения, исследуемых пленок, показывают температурные зависимости интенсив ности света, прошедшего через пленку (пропускание I(T)). Зависимость I(T) в области взаимодействия света с носителями заряда обычно отражает температурное поведение электросопротивления (T). Пленки x=0, 0.5 яв ляются примером довольно однородных образцов, что подтверждается не только корреляцией зависимостей I(T) и (T), но и достаточно узким тем пературным диапазоном (~15о), в котором происходит переход изолятор – металл. Наблюдается резкое изменение пропускания света (в ~ 400 раз) при этом падение электросопротивления, составляет около четырех поряд ков, соответствующее переходу изолятор – металл.

Рост концентрации празеодима Pr от 0.5 до 0.75 увеличивает неодно родность пленки. При этом наблюдается уменьшение оптического пропус кания в области взаимодействия света с носителями заряда при охлажде нии ниже Tc при сохранении полупроводникового характера зависимости (T). Несовпадение в поведении I(T) и (T) связано с нечувствительно стью сопротивления к изолированным “металлическим” каплям в непро водящей матрице. Данный результат может быть объяснен на основе раз витого в работе подходе, поскольку в этих условиях разброс электронных энергий на длине свободного пробега внутри объема флуктуации оказыва ется малым и не приведет к их локализации. Вследствие чего состояние электронов внутри данного объема флуктуации будет металлическим. Од нако переход между объемами разных флуктуаций окажется невозможным из-за локализации электронных состояний в пограничном слое. Подобная ситуация и приведет к возникновению металлических капель разделенных полупроводниковыми областями.

А. Е. Ласкина, Л. Р. Кабирова Руководители: А. А. Повзнер, А. Г. Волков Уральский федеральный университет Спиновые флуктуации в системе сильно коррелированных электронов соединений на основе 5f-металлов (на примере Np0.1Pu0.9CoGa5) Интерес к изучению свойств актинидов был усилен открытием сверхпроводимости в соединении PuCoGa5 с критической температурой Тс=18,5 К [1]. При этом установлено, что при замещении Pu актинидами (U, Np), или Co — переходными металлами (Fe, Ni, Rh) в PuCoGa5, крити ческие параметры снижаются. Так в случае Np0.1Pu0.9CoGa5 Тс=7,2 К [2].

Целью настоящей работы является исследование спиновых флуктуа ций соединения Np0.1Pu0.9CoGa5, полученного путем замещения в узле плу тония PuCoGa5 элементом Np (процент легирующего элемента 10%Np).

Такое замещение можно реализовать, основываясь на данных об электрон ной структуре родительского соединения PuCoGa5 (электронная структура посчитана методом FP-LAPW в рамках приближения LDA+U+SO), меняя концентрацию электронов путем сдвига химического потенциала 0 (новое положение 0 = - 0.1753 эВ соответствует Np0.1Pu0.9CoGa5).

Анализ электронной структуры нормальной фазы и особенностей спин-флуктуационных возбуждений в Np0.1Pu0.9CoGa5 выполнен в рамках самосогласованной процедуры [3], объединяющей первопринципный рас чет плотности электронных состояний с модельным численным расчетом магнитной восприимчивости (Т), которая для нормальной фазы находится в согласии с экспериментом (см. рис.). Как следует из анализа полученных зависимостей, основной вклад в зависимость (Т) вносят f-электроны, спи новые флуктуации в системе которых близки к насыщению, поэтому их восприимчивость описывается законом Кюри-Вейсса. В свою очередь маг нитная восприимчивость d, p, s-подсистемы описывается Паулиевской за висимостью и слабо изменяется с температурой. Cпин-флуктуационные перенормировки электронного спектра f-электронов ведут к возникнове нию максимума на температурной зависимости их магнитной восприимчи вости.

Рис. Зависимость магнитной восприимчивости от температуры (Т) Np0.1Pu0.9CoGa5 в сравнении с экспериментом [2].

Использованные значения константы U, найденное из условия под гонки под экспериментальные данные о магнитной восприимчивости, и, определенное в методе FP-LAPW в рамках приближения LDA+U+SO, совпадают. Последнее указывает на то, что определенное первопринцип ными расчетами основное состояние Np0.1Pu0.9CoGa5, соответствует реали зующемуся в действительности.

1. Sarrao J. L., Morales L. A., Thompson J. D. et al., Nature, 420, 297 (2002).

2. Boulet P., Colineau E., Wastin F. et al., Phys. Rev. В 72, 104508 (2005).

3. Повзнер А. А., Волков А. Г., Филанович А. Н. Письма в ЖТФ., 36, (2011).

В. С. Цепелев, В. В. Конашков, Д. С. Гайпишеваров Уральский федеральный университет, ipml@mail.ustu.ru Особенности термической обработки магнитомягкого нанокристаллического сплава Исследовано влияние температуры отжига нанокристаллического сплава Fe72,5Cu1Nb2Mo1,5Si14B9 на структуру и магнитные свойства, а именно на начальную и максимальную магнитную проницаемость, коэрцитивную силу и коэффициент прямоугольности петли магнитного гистерезиса, а также удельные магнитные потери. Работа проводилась с целью оптимизации ре жима отжига, при котором достигается наиболее высокая начальная магнит ная проницаемость, при которой трансформаторы тока имеют наименьшую погрешность измерений.

Тороидальные образцы размером 20/32-10, намотанные из аморфной ленты сплава Fe72,5Cu1Nb2Mo1,5Si14B9, отжигали на воздухе при разной тем пературе в течение 1 часа. Параметры статической петли гистерезиса изме ряли баллистическим методом, а удельные магнитные потери суммарно разностным резонансным методом в режиме синусоидальной магнитной индукции на частоте 20 кГц. Структурное состояние образцов исследовали методом просвечивающей электронной микроскопии на микроскопе JEM 200CX. Данные для расчета среднего размера зерен и гистограмм распре деления зерен по размерам были получены по результатам обработки тем нопольных снимков на 400–450 зернах. Обнаружено, что температура тер мической обработки сплава Fe72,5Cu1Nb2Mo1,5Si14B9, при которой достига ется наибольшее значение начальной магнитной проницаемости, на 15– градусов выше температуры, обеспечивающей минимальную коэрцитив ную силу. Соотношение между численными значениями коэрцитивной си лы, начальной магнитной проницаемости и коэффициента прямоугольно сти петли магнитного гистерезиса позволяет оптимизировать режим тер мической обработки нанокристаллического сплава.

Н. В. Казанцева, Н. Н. Степанова, Н. И. Виноградова, М. Б. Ригмант, Д. И. Давыдов Институт физики металлов УрО РАН davidov@imp.uran.ru Изменение структуры и магнитных свойств сплава ЧС-70ВИ после высокотемпературной деформации Жаропрочные никелевые сплавы применяются для изготовления турбинных лопаток стационарных газотурбинных установок, длительно работающих в широких интервалах температур и напряжений. Основными фазами таких сплавов являются твердый раствор на основе никеля и упрочняющая фаза на основе интерметаллида Ni3Al со сверхструктурой типа L12 (-фаза). Кроме интерметаллидной фазы также присутствуют карбиды (MeC и Me23C6), которые выделяются на границах и внутри зерен в виде включений [1].

В работе проведено исследование лопатки из сплава ЧС-70ВИ после эксплуатации по экспериментальному режиму при температуре 880С.

Изучено влияние структуры и химического состава на магнитных свойства различных зон турбинной лопатки.

Все фазы сплава как при комнатной температуре, так и в интервале рабочих температур при эксплуатации по стандартному режиму (например, 800С для сплава ЧС-70ВИ) находятся в парамагнитном состоянии. Однако длительная эксплуатация при повышенных температурах, способствующих высоким скоростям диффузии, при действии вибрационных напряжений и центробежных сил может привести к появлению ферромагнитных свойств. Изменение магнитного состояния в литературе связывают с образованием ферромагнитных окислов на поверхности лопатки или в районе микротрещин [2].

При исследовании лопатки, работавшей по экспериментальному режиму, наблюдается значительное увеличение магнитной восприимчивости (в 20 раз) на внешней стороне лопатки. На поперечном сечении пера лопатки обнаружено, что величина магнитной восприимчивости увеличена в 10 раз и снижается при приближении к центру. В средней части лопатки магнитная восприимчивость практически совпадает с исходной.

В структуре сплава наблюдается лишь различие в плотности, а также различие в геометрии дефектов в разных частях поперечного среза пера.

Максимальное количество дефектов обнаружено в районе карбидных выделений.

Появление восходящей диффузии атомов в неоднородном поле механического напряжения приводит к обогащению поверхностного слоя материала лопатки атомами с большим ионным радиусом. В поверхностном слое увеличивается концентрация железа, кобальта и титана. При этом концентрация никеля, вольфрама и молибдена, также существенно снижена. Повышение магнитной восприимчивости на поверхности лопатки связано с образованием ферромагнитных оксидов железа и хрома.

Повышение магнитной восприимчивости во внутренней части лопатки, при отсутствии формирования новых фаз, по-видимому, связано с локальным изменением химического состава и формированием в местах пересечения дефектов упаковки микрообъемов с искаженной кристаллической решеткой, которые могут выступать в роли магнитных кластеров.

Работа выполнена по бюджетной теме ИФМ УрО РАН «Структура» с частичной финансовой поддержкой гранта РФФИ № 11-02-12189 и проекта Уральского отделения РАН № 12-У-2-1017.

1. Векслер Ю. Г., Копылов А. А., Богаевский В. В. Структурная стабиль ность дисперсионно-твердеющих сплавов. Жаропрочные и жаростойкие металлические материалы. Физико-химические принципы создания. М:

Наука, 1987. 173 с.

2. Канайкин В., Матвиенко А. Повреждение и разрушение лопаток газопе рекачивающих агрегатов. Екатеринбург: Банк культурной информации, 2000. 179 с.

А. Е. Ласкина, Л. Р. Кабирова Руководители: А. А. Повзнер, А. Г. Волков, Уральский федеральный университет Магнитные свойства нормальной фазы U0.1Pu0.9CoGa Открытие сверхпроводимости в интерметаллическом соединении PuCoGa5 при TС =18.5 K дополнительно стимулировало интерес к изуче нию и анализу природы электронных свойств актинидов. При этом уста новлено, что замещение Pu актинидами (U, Np) в PuCoGa5 приводит к снижению критических параметров. Так в случае U0.1Pu0.9CoGa5 Тс=8,4 К [1].

Целью настоящей работы является исследование магнитных свойств U1-xPuxCoGa5, полученного замещением родительского материала PuCoGa малым количеством актинида (x=0,9). Данное замещение было реализова но при помощи смещения положения химического потенциала 0 в элек тронной структуре исходного соединения PuCoGa5 до тех пор, пока не бы ла получена необходимая концентрация, соответствующая соединению U0.1Pu0.9CoGa5 (при 0= - 0,23 эВ). Расчет плотности электронных состоя ний (методом FP-LAPW в рамках приближения LDA+U+SO), обменноуси ленной спиновой и орбитальной магнитной восприимчивости U0.1Pu0.9CoGa5 выполнен в рамках спин–флуктуационного подхода разви того в работе [2]. В основу подхода [2] положена обобщенная s(p),d,f модель, учитывающая наряду с зонным движением электронов их внутри узельное и межузельное взаимодействия. В рамках развитой модели полу чена также зависимость магнитной восприимчивости от температуры (Т), которая для нормальной фазы находится в согласии с экспериментом (см.

рис.). Восприимчивость f-электронов описывается законом Кюри-Вейсса.

Магнитная восприимчивость d, p, s подсистемы описывается Паулиевской зависимостью и слабо изменяется с температурой. Следует отметить, что вклады f- и d-электронов компенсируют друг друга. Этот факт также под тверждается тем, что на уровне ферми вклады f- и d-электронов в плот ность электронных состояний равны. А спин-флуктуационные перенорми ровки электронного спектра f-электронов ведут к возникновению макси мума на температурной зависимости их магнитной восприимчивости.

Рис. Зависимость магнитной восприимчивости от температуры (Т) U0.1Pu0.9CoGa5, где 1 – суммарная (Т), 2 – эксперимент [1].

Использованные значения константы U, найденное из условия под гонки под экспериментальные данные о магнитной восприимчивости, и, определенное в методе FP-LAPW в рамках приближения LDA+U+SO, совпадают. Последнее указывает на то, что определенное первопринцип ными расчетами основное состояние U0.1Pu0.9CoGa5, соответствует реали зующемуся в действительности.

1. Boulet P., Colineau E., Wastin F.et al., Phys. Rev. В 72, 104508 (2005).

2. Повзнер А. А., Волков А. Г., Филанович А. Н., Письма в ЖТФ., 36, (2011).

С. В. Гребенкин, К. В. Саврасов Уральский федеральный университет Текстура и анизотропия магнитных свойств прутков титановых сплавов Важной задачей физического материаловедения является исследова ние связи между параметрами кристаллографической текстуры и физико механическими свойствами поликристаллических материалов что позво ляет осуществить научно-обоснованный выбор конструкционных материа лов. В связи с этим в данной работе было проведено исследование кри сталлографической текстуры и анизотропии магнитной восприимчивости прутков титановых сплавов, находящих широкое применение промыш ленности.

Прутки сплавов ВТ6, ПТ-3В, ВТ5-1 были изготовлены путем прессо вания, прокатки и гидропрессованием. Исследования текстуры проводи лись рентгеновским методом с помощью прямых и обратных полюсных фигур. Измерения магнитной восприимчивости проводились методом Фа радея на специально разработанной для этого установке.

Таким образом, в работе изучено формирование кристаллографиче ской текстуры в прутках титановых сплавов, подвергнутых деформации разного вида. На примере сплавов ВТ6, ПТ-3В, ВТ5-1 показано, что в зави симости от симметрии приложенной деформации текстура формирующая ся в образцах различна. На примере сплава ВТ6 рассмотрено влияние тем пературы деформации на образующуюся текстуру. Установлено опреде ляющее влияние кристаллографической текстуры на анизотропию магнит ных свойств прутков титановых сплавов.

2. Физико-механические и теплофизические свойства наносистем М. С. Сафронов1, И. В. Ушаков Тамбовский государственный университет им. Г. Р. Державина Московский государственный горный университет safronovms@mail.ru, 2ushakoviv@mail.ru.

Особенности формирования разрушений в тонкой пленке аморфно-нанокристаллического металлического сплава обработанного лазерными импульсами Аморфно-нанокристаллические металлические сплавы находят все более широкое применение в современной технике благодаря своим уни кальным свойствам. Сверхбыстрая закалка дает возможность получать аморфные металлические сплавы с такими свойствами, как высокая твер дость, пластичность, уникальные магнитные свойства. В некоторых мно гокомпонентных аморфных металлических сплавах дополнительная обра ботка контролируемым отжигом формирует нанокристаллическую струк туру. Изучение лазерного воздействия на тонкие пленки аморфно нанокристаллических металлических сплавов показывает принципиальную возможность улучшения комплекса механических характеристик. В пред ставленной работе исследовали влияние локальной лазерной обработки предварительно отожженной тонкой пленки аморфно-нанокристалл лического металлического сплава на особенности развития разрушения.

Исследования проводили на аморфном металлическом сплаве Co71,66B4,73Fe3,38Cr3,14Si17,09. Образцы переводили в кристаллическое состоя ние контролируемым отжигом в температурном интервале 530–1030 °С, после чего локальные области обрабатывали серией лазерных импульсов.

Лазерную обработку образцов осуществляли с использованием оптическо Eимп = 50–100 мДж, го квантового генератора ELS-01, = 1064 нм, 15–20 нс. Выбранные области образцов подвергали облучению серией импульсов. Трещины инициировали локальным нагружением на микро твердомере ПМТ-3. Структурное состояние материала исследовали на ди фрактометре ДРОН-2. Методика эксперимента подробно описана в [1].

На образцах подвергнутых отжигу в температурном интервалом 530–700 °С выявлена закономерность повышенной вероятности возникнове ния трещин на границе зоны облучения в результате микроиндентирования.


В то же время экспериментально установлено, что для всех режимов лазер ной обработки и исходных структур материала граница области облучения является барьером для растущей трещины, в случае если трещина иницииро вана вне границы зоны облучения. На образцах облученных короткой серией импульсов (время обработки 0,2–1 с, частотой следования импульсов 20 Гц) отмечено подавление формирования линий сдвига в области обра ботки. Таким образом, при воздействии различных режимов лазерной обра ботки возникают определенные изменения механических свойств, и различ ный отклик материала на надавливание индентором. В результате воздейст вия единичных импульсов изменяются механические характеристики, что вызвано кратковременным воздействием ударной волны, высокими скоро стями нагрева и охлаждения. При облучении серией лазерных импульсов реализуется другой режим обработки материала. Область облучения успе вает прогреться, при этом реализуется режим обработки во многом схожий с печным отжигом.

В областях обработанных серией лазерных импульсов пластичность материала выше, чем в области, не затронутой лазерным излучением, а гра ница зоны облучения является барьером для растущей трещины. Получен ные результаты позволяют определить условия лазерной обработки позво ляющие оптимизировать комплекс механических характеристик тонких лент аморфно-нанокристаллического металлического сплава.

1. Ушаков И. В., Сафронов И. С., Людчик О. Р. Деформирование и разрушение наноструктурного материала на границе области лазерной обработки // Труды IV междунар. конф. «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». Москва 2011 г. С. 500.

И. С. Сафронов1, И. В.Ушаков Тамбовский государственный университет им. Г. Р. Державина Московский государственный горный университет safronovfamili@rambler.ru, 2ushakoviv@mail.ru Изменение механических характеристик аморфно-нанокристаллических металлических сплавов в результате воздействия лазерных импульсов Большое значение в современной науке приобретают исследования на ноструктурных материалов. Несмотря на потенциально широкие возможно сти использования таких материалов, их практическое применение ослож нено проблемами, возникающими из-за не стабильного комплекса физиче ских и химических характеристик. Развитие технологий обработки наност руктурных материалов дает возможность улучшить качество уже сущест вующих материалов и в перспективе получить возможность создания новых материалов с характеристиками, значительно превосходящими современный уровень. Одним из направлений исследований является изучение возмож ностей управления структурой и свойствами тонких лент наноматериалов импульсной лазерной обработкой.

Исследования проводили на аморфном металлическом сплаве Co71,66B4,73Fe3,38Cr3,14Si17,09. Образцы толщиной 30 мкм переводили в нанок ристаллическое состояние контролируемым отжигом в температурном ин тервале 530–730 °С, после чего локальные области обрабатывали серией лазерных импульсов. Лазерную обработку образцов осуществляли с ис пользованием оптического квантового генератора ELS-01, = 1064 нм, Eимп =50–100 мДж, 15–20 нс. Выбранные области образцов подвергали облучению серией импульсов с частотой 1-50 Гц. Микротвердость опреде ляли на микротвердомере ПМТ-3. Структурное состояние материала ис следовали на дифрактометре ДРОН-2.

В интервале температур отжига 530-550 °С отмечено плавное увели чение микротвердости образцов при переходе из области обработки лазе ром в область не затронутую лазерным импульсом. Для образцов ото жженных при 565 °С отмечено незначительное увеличение микротвердо сти, за исключением границы области обработки, где микротвердость ми нимальна. При температуре отжига 580 °С микротвердость максимальна среди всех образцов в центре области лазерной обработки и плавно снижа ется к краю зоны обработки, затем возрастает у границы и незначительно снижается при удалении от зоны лазерного воздействия до значения харак терного для исходного материала.

В интервале температур отжига 590–670°С происходит плавное увели чение микротвердости при переходе от центра зоны лазерной обработки в сторону исходного материала. При температуре отжига 680 °С отмечено рез кое увеличение микротвердости рядом с краем области лазерной обработки.

В интервале температур отжига 690–715 °С определено резкое изменение микротвердости в центре и на краю зоны лазерной обработки, где микро твердость достигает максимальных значений. При этом между краем и цен тром данной зоны микротвердость имеет минимальное значение. В темпера турном интервале 720–750 °С отмечено плавное увеличение микротвердости при переходе из области обработки лазером в приграничные области, при этом наблюдаются незначительные снижения микротвердости на расстоянии 200–250 мкм от края зоны лазерной обработки и минимальное значение в центре.

В зависимости от температуры отжига (интервал температур 530-730 °С) образцы аморфно-нанокристаллического металлического сплава характе ризуются различной аморфно-нанокристаллической структурой, следова тельно, различные механические свойства образцов подвергнутых иден тичной лазерной обработке являются следствием различного отклика раз ных нанокристаллических структур на лазерную обработку.

И. Ю. Захарова1, А. А. Бочегов2, А. В. Ермаков2, И. В. Вандышева Уральский федеральный университет, ЗАО «Уралинтех»

1 vand@r66.ru, aleksandr.bochegov@pm-ural.com Организация наноструктурированных областей и их влияние на свойства композитов на основе оксидной плазмокерамики Создание композитных слоистых материалов, сочетающих положи тельные свойства керамик и металлов сложная научно-техническая задача.

Один из путей ее решения – применение метода плазменного напыления для формирования объемных изделий. Использование газотермического напыления для создания композитных материалов и изделий из них позво ляет получать хорошие показатели термостойкости изделий несмотря на различие в значениях температурных коэффициентов линейного расшире ния (ТКЛР). Существует мнение [1], что при больших градиентах темпе ратур в области масштабов 30 нм–50 мкм образуются микро- и нанострук туры фрактального типа, демпфирующие тепловое расширение, что суще ственно повышает термостойкость материала.

В представленной работе проведено изучение микроструктуры ком позитных материалов, изготовленных на основе оксида алюминия и сплава Н80Х20 методом плазменного напыления. Экспериментально установле но, что при наличии наноструктурированных слоев в металлической фазе композитов происходит увеличение механической прочности и стойкости к термоударам, на фоне сохранения высокой прочности и износостойкости.

1. Палатников М. Н., Фролов А. А., Щербина О. Б., Сидоров Н. В., Кикова Е. Г. Цветные металлы. № 2, 61 (2012).

А. А. Москвичев1, А. В. Писклов2, В. Б. Федосеев Нф. ИМАШ им. А. А. Благонравова РАН, Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского triboman@mail.ru, 2avpisklov@yandex.ru, 2vbfedoseev@yandex.ru Поведение субмикрокристаллических алюминиевых сплавов системы Al–Mg–Sn и Al–Cu–Zn, полученных интенсивной пластической деформацией, при отжиге В работе описываются результаты экспериментальных исследований влияния отжига на изменение запасённой энергии в субмикрокристалличе ских алюминиевых сплавах, полученных интенсивной пластической де формацией. Для проведения исследований использовались образцы алю миниевых сплавов системы Al–Mg–Sn и Al–Cu–Zn в крупнокристалличе ском и микрокристаллическом состоянии. Образцы с микрокристалличе ской структурой получены методом равноканального углового прессова ния. Образцы с крупнокристаллической структурой получены высокотем пературным отжигом в инертной атмосфере микрокристаллического мате риала. Размер зерна в микрокристаллических образцах определен метода ми электронной микроскопии и составлял 80±6 нм и 50±5 мкм у крупно кристаллического алюминия.

Изменения запасенной энергии в процессе отжига наблюдались мето дами ДСК и электрофизическими измерениями. С помощью ДСК регист рировалось различие тепловых потоков между микрокристаллическим и крупнокристаллическим образцом. На кривой ДСК субмикрокристалличе ского алюминиевого сплава системы Al–Mg–Sn присутствуют три харак терных пика. При температурах 80 °C и 275 °C наблюдаются эндотермиче ский эффект, при 320 °C – экзотермический. Для алюминиевого сплава системы Al–Cu–Zn на кривой ДСК присутствуют только два пика. При температуре 150°C наблюдается эндотермический эффект, при 229 °C – эк зотермический. На кривых охлаждения и при повторном нагревании эти эффекты отсутствуют. Так как образцы имеют тождественный химический состав, то наблюдаемые эффекты были связаны с изменениями, происхо дящими с дефектной структурой материала.

Величина электрохимического потенциала определялась на установке состоящей из потенциостата, программатора и высокоомного вольтметра, с помощью которых регистрировалось значение потенциала материала отно сительно электрода сравнения при Т = 298,15 К в водном растворе элек тролита. Разность электрохимических потенциалов микрокристаллическо го и крупнокристаллического материала можно рассматривать как разницу между работой выхода для крупнокристаллического и микрокристалличе ского материала. Для образцов, имеющих тождественный химический со став, как и в случае ДСК, эта величина может быть связана только с разли чием структуры исследуемых образцов, и была интерпретирована как за пасенная энергия.

Исследование структуры материала методами электронной микроско пии показало, что при отжиге не наблюдается существенного изменения размеров зерна и наблюдаемые тепловые и электрохимические эффекты можно связать с релаксацией неравновесных дефектов, образовавшихся при равноканальном угловом прессовании.

Установлено, что отжиг СМК материалов, полученных интенсивной пластической деформацией сопровождается тепловыми эффектами и одно временным изменением физических свойств материала, таких как пара метр кристаллической решетки, микротвердость, рельеф поверхности травления[1].


1. Князев А. В. и др. Изменение запасённой энергии при низкотемпе ратурном отжиге субмикрокристаллических материалов, полученных методами интенсивной пластической деформации // Материалы Междунар. конф. "Актуальные проблемы прочности" 16-20 мая 2011. НИЦ ХФТИ Харьков, Украина. С.384.

В. К. Афанасьев, М. В. Попова, А. Н. Прудников, Н. В. Кибко Сибирский государственный индустриальный университет кrivicheva_nv@mail.ru, m.popova@rdtc.ru Свойства деформируемых объемных наноматериалов Al-(2025)%Si-P-H Актуальность проблемы разработки наноматериалов определяется особенностями их физико-механических свойств, позволяющих создавать новые материалы с качественно и количественно новыми свойствами для практического использования. Формирование специфической микрострук туры в объемных наноматериалах определяет их необычные свойства, весьма привлекательные для практического использования.

Установлено, что элементы внедрения (водород, азот, углерод) игра ют ведущую роль в формировании свойств металлических сплавов, в том числе и алюминиевых. Увеличение содержания водорода в алюминиевых сплавах оказывает не только модифицирующее влияние, но и способствует также образованию пересыщенного твердого раствора внедрения водорода в алюминии и изменению состава промежуточных фаз. Кроме того, водо род взаимодействует с легирующими элементами (титаном, цирконием, марганцем, ванадием), способствуя образованию высокодисперсных выде лений промежуточных фаз, равномерно распределенных по телу зерен.

Благодаря этому легирование водородом позволяет получить нанодис персную структуру.

Формирование наноструктуры повышает технологическую пластич ность высоколегированных силуминов. Это увеличивает предельную сте пень деформации до разрушения и обеспечивает получение качественных деформированных заготовок из сплавов с нанодисперсной структурой. В свою очередь, пластическая деформация приводит к дроблению или час тичному разложению выделений промежуточных фаз и за счет этого – к дополнительному увеличению содержания атомарного водорода в сплаве и повышению его прочности.

На основе этих представлений разработана серия новых деформируе мых алюминиево-кремниевых сплавов, содержащих водород и фосфор в качестве обязательных легирующих элементов, обеспечивающих форми рование нанодисперсной структуры.

Разработан конструкционный деформируемый сплав на основе Al-(2025)%Si, содержащий следующие легирующие элементы (мас. %): 1,0– 3,0 Cu, 0,00008–0,0005 Н, 0,01–0,03 Р, 0,1–0,3 Pb или Bi, 0,1–0,3 Ti или Zr. После пластической деформации и упрочняющей термической обработки сплав имеет следующие физико-механические свойства: в=288–303 МПа, =3,6– 6,1 %, коэффициент линейного расширения 20-200 = (17,0–17,8) 10–6 К–1.

Разработан также высокопрочный деформируемый сплав на основе Al-(2025)%Si, содержащий следующие легирующие элементы (мас.%):

1,0–3,0 Cu, 0,4–1,0 Mg, 0,8–1,1 Mn, 0,3–0,7 Cr, 0,01–0,03 P, 00008–0,0006 Н и один или более элементов из группы, включающей Ti(0,1–0,3), Zr(0,1– 0,3), V(0,1–0,3), Sb(0,3–1,0). После горячей пластической деформации и уп рочняющей термической обработки сплав имеет в=400–410 МПа, =2,0– 3,3%, коэффициент линейного расширения 20-200 =(17,0-17,4)10–6 К–1. При температуре 300С предел прочности разработанного сплава составляет МПа, относительное удлинение – 7,0 %, коэффициент линейного расшире ния 300 =(22,0–22,3)10–6 К –1.

Использование в промышленности сплавов с таким комплексом свойств позволит получать детали, обладающие размерной стабильностью, а также повышенными пластичностью и прочностью, что обеспечит уменьшение веса конструкций или увеличение нагрузки на эти конструк ции в среднем в 1,2–1,3 раза без увеличения их размеров.

Сочетание новых принципов легирования с новыми технологически ми режимами получения и обработки силуминов, позволяющими управ лять структурой и свойствами на атомном уровне, открывает перспективы создания новых металлических материалов с улучшенными физическими и механическими свойствами.

А. Н. Константинов1, О. А. Чикова Уральский государственный педагогический университет Уральский федеральный университет himcity@mail.ru, 2chik63@mail.ru Измерение модуля Юнга и нанотвердости фаз сплава Al-50%Sn методом наноиндентирования Система Al-Sn имеет диаграмму состояния эвтектического типа, а сплавы Al-Sn характеризуются тенденцией к расслоению на две фазы – раствор олова в алюминии и эвтектику. Эвтектика кристаллизуется при 228,3 °С и содержании 97,8%(ат.)Sn. Микроструктура сплава Al 50вес.(18,5ат.)%Sn представляет собой глобулярные области -раствора, окруженные прослойками эвтектики [1]. Сплав Al-50%Sn применяется в производстве в качестве лигатуры. Использование лигатуры Al-50%Sn предполагает ее прокатку с водяным охлаждением, что часто сопровожда ется отбраковкой металла из-за расслоения по границам раздела фаз [2].

Экспериментально установлено, что повышение температуры нагрева рас плава выше 950 °C, радикально понижает склонность лигатуры Al-50%Sn к расслоению при прокатке [2]. Также высказано предположение, что на механические свойства сплава Al-50%Sn может влиять скорость охлажде ния слитка и микродобавки некоторых химических элементов, например титана и циркония [3, 4].

Для выяснения физической природы причин расслоения сплава Al 50%Sn при прокатке авторы провели измерение модуля Юнга и твердости фаз данного сплава – раствора олова в алюминии и эвтектики. Опыты про ведены для образцов сплава Al-50%Sn, полученных различными способа ми: традиционным способом (нагрев расплава до 700 °C и охлаждение со скоростью 0,2 °C/c), при повышенной до 1150 °C температуре нагрева жидкого металла, увеличенной до 4 °C/c скорости охлаждения образца и при добавке в бинарный сплавав 0,06 %Ti или 1 %Zr. Измерения проводи ли с помощью Наносклерометрического модуля Зондовой НаноЛаборато рии NTEGRA (НТ-МДТ, Зеленоград, Россия) в ЦКП «Современные нано технологии» ИЕН УрФУ.

Установлено, что наиболее существенное влияние на значение моду ля Юнга фаз сплава Al-50%Sn оказывает повышение до 1150 °C темпера туры нагрева металлической жидкости (величина модуля Юнга -раствора уменьшилась на 30%, эвтектики – на 44%,) и введение в расплав Zr (по сравнению с образцом, полученным при Тн=700 °С и охл=0,2 °С/с, модуль Юнга твердого раствора Sn в Al уменьшился на 43%, эвтектики – на 64%, твердость -раствора уменьшилась на 14%, а твердость эвтектики – воз росла на 14%. Получилось, что отличие модуля упругости и твердости фаз данного образца всего 10%).

Таким образом, разность значений модуля Юнга фаз сплава Al-50 %Sn служила причиной расслоения данного сплава при прокатке с водяным охлаждением.

Литература:

1. Мондольфо Л. Ф. Структура и свойства алюминиевых сплавов. Пер с англ. М.: Металлургия, 1979. 640 с.

2. Попель П.С., Коржавина (Чикова) О.А., Мокеева Л.В. и др. Технология легких сплавов (ВИЛС). № 4, 87 (1989) 3. Brodova I. G., Popel P. S.and Eskin G. I. Liquid Metal Processing: Applica tions to Aluminium Alloy Production. Taylor&Francis, London and New York, 2002;

Gordon&Breach, London and New York, 2004;

269 p.

4. Матвеев В. М., Попель П. С., Чикова О. А. Расплавы, №2, 82 (1995).

А. Н. Константинов1, А. Д. Малов

Научный руководитель: О. А. Чикова1, Уральский государственный педагогический университет, Уральский федеральный университет himcity@mail.ru, 2chik63@mail.ru Микрогетерогенность расплавов Fe-Cu Сплавы системы Fe-Cu отличаются наличием на диаграмме состоя ния области несмешиваемости [1], которая появляется в переохлажденном расплаве (степень переохлаждения до 100°C и выше);

на диаграмме со стояния кривая расслоения располагается ниже кривой ликвидуса (рис).

Сплавы Fe-Cu обладают отличными демпфирующими характеристиками и имеют высокую коррозионную стойкость. При охлаждении расплавы Fe-Cu, расслаиваются до кристаллизации на две фазы, которые в поле силы тяжести разделяются по плотностям. В результате образуется неоднород ный слиток, нижняя часть которого обогащена тяжелым компонентом.

Авторы настоящей работы предлагают перспективный способ подав ления расслоения расплава Fe-Cu и получения материала с однородной структурой — гомогенизирующая термическая обработка металлической жидкости [2-4]. Этот способ позволяет получить массивные слитки с тре буемой структурой в условиях естественной гравитации даже при сравни тельно невысоких скоростях охлаждения. Идея метода основана на пред положении о том, что за пределами области несмешиваемости в металли ческой жидкости в течение длительного времени могут существовать мел кодисперсные капли коллоидного масштаба, обогащенные одним из ком понентов. Для их разрушения нужны перегревы над куполом расслоения до определенной для каждого состава температуры Тгом или иные энерге тические воздействия на расплав. После такого перегрева расплав необра тимо переходит в состояние истинного раствора, что существенно изменя ет условия кристаллизации металла.

По результатам измерений кинематической вязкости (измерения проведены в интервале температур 1250-1700 °С) сплавов системы Fe-Cu, содержащие 0, 4,4;

18,0;

27,4;

40,0;

46,8;

60,0;

67,2;

77,9;

88,8, 100 мол.% Cu в надликвидусной части диаграммы состояний системы Fe-Cu построены границы области существования в расплаве микронеоднородностей колло идного масштаба (рис.). Шихтовые материалы: медь марки Мк00 и слитки карбонильного железа марки ОСЧ.

Рис. Диаграмма состояния сплавов Fe-Cu - купол расслоения на две фа зы, обогащенные соответствен но железом и медью, построен ный по результатам изучения магнитной восприимчивости, - купол распада метастабильной микрогетерогенности, постро енный авторами данной работы по результатам измерения вяз кости расплава Литература.

1.Диаграммы состояния двойных металлических систем. Справочник в 3 т.

Т. 2 / Под общей ред. Лякишева Н.П. М.: Машиностроение, 1996.

2. Попель П. С., Чикова О. А., Бродова И. Г., Поленц И. В. Физика метал лов и металловедение, № 9, 111 (1992).

3. Колобова Т. Д., Чикова О. А, Попелъ П. С. Металлы, №6, 32 (2003).

4. Суханова T. Д., Чикова О. А., Попель П. С., Бродова И. Г. Расплавы,№6, 11 (2000).

Т. И. Чащухина, Д. К. Покрышкина, Л. М. Воронова, М. В. Дегтярев Институт физики металлов УрО РАН Уральский федеральный университе hihgpress@imp.uran.ru Влияние давления при деформации в наковальнях Бриджмена на термическую стабильность структуры меди При большой пластической деформации под давлением структура ме ди формируется в результате действия трех процессов: динамического воз врата, динамической и постдинамической рекристаллизации. В результате динамической рекристаллизации (ДР) элементы структуры имеют разную дефектность: чистые рекристаллизованные зерна с подвижными граница ми и высоким градиентом плотности дислокаций через них начинают рас ти по окончании деформации в ходе постдинамической рекристаллизации (ПДР). Наибольшая разнозернистость из-за ПДР наблюдается при дефор мации под давлением 6 ГПа. Повышение давления до 9 ГПа обеспечивает увеличение плотности зерен, способных к росту по окончании деформа ции, и повышает размерную однородность структуры. Понижение давле ния при деформации до 2 ГПа способствует активному развитию динами ческого возврата, приводящего к снижению движущей силы роста зерна при ПДР. В работе исследовано изменение структуры меди (99.99%), де формированной сдвигом под давлением 2, 6 и 9 ГПа при комнатной темпе ратуре, в результате отжига при 100 оС.

Независимо от приложенного давления, структура меди при деформа ции последовательно претерпевает 3 стадии: наклепа, частичной ДР и пол ной ДР. По окончании деформации на стадии полной ДР высокая плот ность центров рекристаллизации ограничивает их рост, и ПДР проявляется в совершенствовании границ зерен и снижении плотности дислокаций. На основании размерного фактора структура меди на стадии полной ДР может быть классифицирована как субмикрокристаллическая.

Исследование структуры после отжига при 100 С показало, что в ячеистой структуре за 4 ч рекристаллизация не начинается, а при переходе к стадии частичной ДР уже после выдержки 1 ч растут отдельные зерна из зародышей, сформированных при деформации. Отжиг при 100 С, 1 ч ме ди, претерпевшей ДР, приводит к катастрофическому росту отдельных зе рен более чем в 100 раз. Деформация под давлением 9 ГПа не обеспечивает термической стабильности структуры материала, несмотря на ее высокую размерную однородность. При снижении давления до 2 ГПа развитие ди намического возврата при сдвиге под давлением хотя и замедляет рекри сталлизацию, но не препятствует росту отдельных зерен при нагреве.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке Программы Уральского отделения РАН 09-М-23-2009.

Н. В.Кибко, М. В. Попова Сибирский государственный индустриальный университет, кrivicheva_nv@mail.ru, m.popova@rdtc.ru Особенности теплового расширения силуминов, модифицированных водородом Водород, вводимый в силумины различными способами и удерживае мый в них при кристаллизации в атомарном состоянии, оказывает моди фицирующее действие. Модифицирующий эффект связан с образованием наноразмерных центров кристаллизации, что способствует резкому из мельчению структуры и, в первую очередь, кристаллов кремнистой фазы.

Поскольку размер и морфология кремнистой фазы оказывают влияние на величину температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР), то измельчение ее в результате модифицирования может одновременно способствовать снижению ТКЛР силуминов [1, 2, 3].

Изучено влияние различных режимов наводороживания, в которых варьировались температура (860 и 900 °С) и время продувки расплава во дородом (1, 5, 10 и 20 минут), на температурный коэффициент линейного расширения, плотность и параметры микроструктуры сплава Al-15%Si.

Установлено, что снижение ТКЛР силумина наблюдается только при низких температурах испытания 50 и 100 С в результате наводороживания в течение 10 и 20 минут. Наименьшее значение соответствует температуре 50С (50 = 15,710–6 град–1). Снижение плотности наблюдается после всех режимов обработки расплава с 2,64 до 2,58 г/см3.

Изменения свойств силумина в результате модифицирования обу словлены структурными изменениями. После наводороживания в течение 1 минуты в структуре сплава отсутствует слабо модифицированная эвтек тика. Структура состоит из дендритов -твердого раствора и модифициро ванной эвтектики, размер которых больше, чем у сплава без обработки, а также полиэдрических кристаллов кремнистой фазы.

Повышение времени наводороживания до 5 минут приводит к дис пергированию эвтектического кремния, но он имеет игольчатую форму.

Продувка расплава водородом в течение 10 и 20 минут более значи тельно улучшает параметры структуры сплава Al-15%Si.

После повышения времени обработки с 5 до 10 минут первичные кри сталлы кремнистой фазы присутствуют в структуре в гораздо меньшем ко личестве, хотя имеют больший размер. Доля эвтектической составляющей увеличивается. Эвтектика мелкодисперсная, глобулярного строения. Ден дриты -твердого раствора отсутствуют.

С помощью растровой электронной микроскопии показано, что после этого режима обработки наблюдается более равномерное распределение кремния по объему сплава по сравнению с остальными способами обра ботки.

Повышение времени наводороживания до 20 минут вновь приводит к появлению в структуре дендритов -твердого раствора, однако они имеют меньший размер по сравнению с обработкой в течение 5 минут.

Таким образом, модифицирование водородом сплава Al-15%Si спо собствует снижению ТКЛР, плотности и улучшению его структуры. Наво дороживание в течение 10 минут является наиболее оптимальным режи мом обработки расплава, так как вместе со снижением температурного ко эффициента линейного расширения и плотности сплава Al-15%Si позволя ет получить структуру, состоящую из мелкодисперсной модифицирован ной эвтектики и небольшого количества кристаллов кремнистой фазы.

Литература.

1. Гельд П. В. Водород и несовершенства структуры металлов : моногра фия / Гельд П. В., Рябов Р. А., Кодес Е. С. – М.: Металлургия, 1979. – 221 с.

2. Крушенко Г. Г. Модифицирование алюминиевых сплавов нанопорош ками / Крушенко Г. Г., Фильков М. Н. Нанотехника №12, 58 (2007) 3. Водород и свойства сплавов алюминия с кремнием / Афанасьев В. К. [и др.]. – Абакан : Хакасское кн. изд-во, 1998. – 192с.

А. Л. Смирнов1, В. И. Горбатов2, В. Ф. Полев3, С. Г. Талуц Уральский государственный горный университет ek-smirnov@yandex.ru,2-4igk@cnct.ursmu.ru Температуропроводность циркония с субмикро- и нанокристаллической структурой при высоких температурах С помощью автоматизированного измерительного комплекса, реали зующего динамический метод плоских температурных волн, определена температуропроводность иодидного циркония с обычной поликристалли ческой и субмикро- и нанокристаллической структурами. Измерения вы полнялись в интервале температур 1000-2000 K на образцах в форме тон ких дисков диаметром 12 мм и толщиной 0,5 мм с погрешностью, не пре вышающей 3 %. Темп нагрева образцов составлял 30 K/c.

Формирование субмикро- и нанокристаллической структуры в исходных образцах циркония осуществлялось методом интенсивной пластической де формацией со сдвигом под давлением 8 ГПа в камере Бриджмена.

Методом электронной микроскопии установлено, что во время интен сивной пластической деформации в цирконии из исходной кристаллической структуры формируется беспористая субмикро- и нанокристаллическая структура со средним размером микрокристаллитов, не превышающим нм.

Установлено, что в исследованном температурном интервале температу ропроводность образца с субмикро- и нанокристаллической структурой на 12 14 % ниже чем у образца с исходной микроструктурой.

Это, по-видимому, является следствием того, что концентрация границ разделов микрокристаллитов в образцах с деформационной структурой зна чительно превышает указанную концентрацию в образцах с обычной микро структурой. В результате чего в субмикро- и нанокристаллических образцах возрастает влияние на теплоперенос механизма рассеяния электронов прово димости на межзеренных границах, что и приводит к уменьшению их тепло и температуропроводности.

Л. В. Редел., С. Л. Гафнер, И. С. Замулин Хакасский государственный университет им. Н. Ф. Катанова sgafner@khsu.ru Оценка теплоёмкости нанокластеров Pd В настоящее время основной технологический прорыв в создании новейших конструкционных и функциональных материалов связывают с использованием компактных наноматериалов. Теплоёмкость относится к тем основным теплофизическим свойствам наноматериалов, которые в обязательном порядке необходимо учитывать при их применении. Вместе с тем, с поведением теплоёмкости наночастиц связана важная нерешенная проблема по оценке её абсолютной величины. Поэтому был произведен подробный анализ теплоёмкости нанокластеров на примере палладия. Вы бор палладия основан на том, что именно для него имеются достаточно адекватные, с нашей точки зрения, экспериментальные данные. Основной задачей было как определение величины максимально возможного превы шения кластерной теплоёмкости над теплоёмкостью объёмного образца, так и выявление роли некоторых особенностей проведённого эксперимента с компактированными нанокристаллическим палладием.

При проведении компьютерного расчёта теплоёмкости в качестве начального объекта исследования был использован сферический идеаль ный ГЦК кластер палладия диаметром D = 6 нм. Полученные результаты приведены на рисунке 1 в сравнении с экспериментальными данными [1].

Рис. Зависимость теплоемкости палладия от температуры.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.