№ 1 (2024)

Исследовано влияние термообработки и деформации на изменение структуры аморфных сплавов Co₆₇Fe₇Si₁₂B₉Nb₅, Al₈₇Ni₈Y₅, Al₈₈Ni₆Y₆, Al₈₇Ni₈Gd₅, Al₈₇Ni₈La₅, Zr₅₀Cu₁₅Ti₁₆Ni₁₉, полученных методом скоростной закалки расплава. Установлено, что и термообработка, и деформация ведут к образованию гетерогенной структуры, а неоднородности структуры могут быть обусловлены как разной концентрацией компонентов (при термообработке), так и разной плотностью (концентрацией свободного объема). На ранних стадиях кристаллизации фазовый состав формирующейся системы зависит от типа воздействия на аморфную структуру и параметров обработки (температура, вид и степень деформации). Размеры нанокристаллов и доля нанокристаллической составляющей зависят от предыстории образца.

Представлены результаты комплексного экспериментального исследования влияния амплитуды напряженности импульсного магнитного поля на свойства и характеристики алюминиевого сплава Al–Si–Cu–Fe при старении. Приведены сведения о режимах термомагнитной обработки и результаты измерений микротвердости, параметра решетки и параметров тонкой структуры сплава, состаренного при температуре 175°С в течение 4 ч, в импульсном магнитном поле амплитудой напряженности от 79.6 до 557.2 кА/м и в его отсутствие. Сформулированы основные закономерности изменения структуры и свойств металлического сплава в процессе отжига.

Исследованы процессы эволюции структуры и морфологии поверхности аморфных сплавов Al₈₇Ni₈La₅ и Fe₇₆Si₁₃B₁₁ при деформации. Показано, что деформация происходит путем образования и распространения полос сдвига, которые при выходе на поверхность образуют ступеньки. Отмечено образование нанокристаллов в полосах сдвига. Показано, что ступеньки на поверхности образуются при совокупном воздействии нескольких элементарных полос сдвига. Полосы сдвига имеют переменную толщину в диапазоне от 5 до 20 нм. Элементарная ступенька имеет толщину около 15 нм. Полосы сдвига могут объединяться в зоны. Поперечный размер зон около 1 мкм. Образование нанокристаллов в зонах может приводить к анизотропии в ориентации нанокристаллов в аморфной матрице. При увеличении степени деформации нанокристаллы формируются не только в полосах сдвига, но и в примыкающих к ним областях. Наблюдается разница в кинетике образования нанокристаллов в сплаве на основе алюминия и железа.

Одной из основных структурных составляющих углеродистых и низколегированных сталей является перлит. В нем между объемно-центрированной кубической ферритной и ромбической цементитной Fe₃C фазами могут наблюдаться ориентационные соотношения Багаряцкого, Исайчева и Питча. В низкотемпературном перлите, имеющем наибольшую прочность, преобладают первые два, которые близки друг к другу и в эксперименте не всегда разделены. В настоящем исследовании проведено моделирование из первых принципов с помощью теории функционала плотности в программном пакете WIEN2k структуры и энергии когерентных межфазных границ α-Fe/Fe₃C. Суперячейки подвергали структурной и объемной оптимизации. Расчеты поверхностной энергии межфазных границ дали значения 0.383 и 0.594 Дж/м² для ориентационных соотношений Багаряцкого и Исайчева соответственно. Это хорошо согласуется с существующими экспериментальными значениями и результатами других молекулярно-динамических и первопринципных расчетов. Различие в поверхностной энергии может играть существенную роль для низкотемпературного перлита с малой толщиной пластин феррита и цементита и большой площадью межфазных границ в единице объема.

Исследовано влияние послеростового изотермического отжига в вакууме и на воздухе на оптические свойства образцов кристаллов Ca₃TaGa₃Si₂O₁₄ на срезах, перпендикулярных оси симметрии третьего порядка кристалла (Z-срез) и перпендикулярно оси симметрии второго порядка (Х-срез). Измерены спектральные зависимости коэффициентов пропускания с учетом анизотропии и дихроизма в диапазоне длин волн (240–700) нм. В исходном состоянии на Z срезе в ультрафиолетовом излучении наблюдается полоса поглощения на λ = 360 нм, в видимой области – две полосы поглощения на λ = 460 и 605 нм. На образцах Х-срезов дополнительно наблюдается полоса на λ = 290 нм; при повороте образца на 90° вокруг направления луча света наблюдается изменение интенсивности полос поглощения. Отжиг образцов в вакууме приводит к уменьшению интенсивности полос поглощения в ближнем ультрафиолетовом излучении и видимом диапазоне, кроме полосы поглощения на λ = 605 нм. Отжиг кристаллов на воздухе приводит к обратному эффекту – усилению интенсивности полос поглощения, кроме полосы λ = 605 нм. Методом Малляра оценена величина аномального двулучепреломления образцов. Рассчитана степень линейного дихроизма. Показано, что в результате отжига в вакууме степень дихроизма понижается, а при отжиге на воздухе увеличивается.

Методами моделирования из первых принципов исследовано влияние размерных эффектов на свойства монослоя гексагонального нитрида бора (h-BN), содержащего дефекты типа C_BV_N, N_BV_N, и O_BO_BV_N. Они потенциально способны генерировать одиночные фотоны в устройствах квантовой оптики и информатики. Под размерными эффектами здесь понимают зависимость свойств изучаемой модели от размеров моделируемого фрагмента 2D структуры при периодических граничных условиях. Физически это означает зависимость свойств монослоя от расстояния между дефектами. Такая зависимость позволяет судить о том, насколько сильно дефекты взаимодействуют друг с другом и взаимодействуют ли вообще. Для технических приложений важны характеристики зонной структуры (ширина запрещенной зоны, спектр и плотность индуцированных дефектом электронных состояний в запрещенной зоне) и атомной структуры дефекта (энергия образования дефектов, геометрия в равновесной конфигурации), формирующие эту зонную картину. В настоящей работе эти свойства изучены в рамках теории функционала электронной плотности c использованием базисов атомноподобных функций (пакет SIESTA) и плоских волн (пакет VASP). Полученные результаты согласуются друг с другом. Установлено, что при расстоянии между дефектами в 10 параметров элементарной ячейки их можно считать невзаимодействующими.

Теоретически исследовано формирование разориентированных субструктур в пластически деформируемых металлических материалах. Получены выражения для интенсивности накопления малоугловых и высокоугловых границ разориентации. В рамках математической модели сдвиговой пластической деформации и упрочнения выполнены численные расчеты зависимостей средних характеристик дефектной среды от степени деформации в условиях одноосного сжатия с постоянной скоростью деформации при комнатной температуре. Показано, что интенсивность генерации малоугловых стенок наклона существенно зависит от сценария изменения плотности порогов на винтовых сегментах дислокационных петель, испускаемых дислокационными источниками. Основным механизмом формирования малоугловых стенок является перестроение скоплений краевых сегментов дислокационных петель в стенки наклона под воздействием потоков межузельных атомов, генерируемых движущимися винтовыми сегментами. Предполагается, что малоугловые стенки сливаются в одну до тех пор, пока суммарный угол разориентации слившихся стенок не достигнет критической величины около 10°, после чего расстояние между дислокациями в стенке уменьшается до соответствующей критической величины и дальнейшее проникновение отдельных дислокаций в стенку становится невозможным. Выражение для интенсивности формирования высокоугловых границ получено как следствие продолжения работы дислокационных источников и формирования скоплений малоугловых стенок, суммарная энергия которых выше, чем энергия равновесной высокоугловой границы при той же разориентации.

Методами численного моделирования изучено влияние изгиба отражающих плоскостей на распространение аномальной волны при дифракции рентгеновского излучения в кристаллах. Установлено, что знак изгиба отражающих плоскостей кардинальным образом влияет на распространение рентгеновского волнового поля в кристалле. Показано, что при определенных параметрах изгиба подавляется эффект Бормана.