№ 3-1 (2022)

В работе исследуется пучок ориентированных углеродных нанотрубок (УНТ) при поперечном сжатии в условиях плоской деформации в рамках молекулярно-динамической модели с уменьшенным числом степеней свободы. Модель учитывает растяжение и изгиб стенки УНТ, а также вандерваальсовы взаимодействия. Каждая УНТ представлена кольцом атомов, имеющим две степени свободы в плоскости кольца. Дискретный характер модели позволяет описать большую кривизну стенки УНТ и разрушение УНТ при очень высоком давлении. Получены равновесные структуры кристалла УНТ при двухосном нагружении, контролируемом деформацией. Отдельные УНТ достаточно большого диаметра имеют два равновесных состояния – с круглым и схлопнутым поперечным сечением. УНТ малого диаметра в свободном состоянии могут иметь только круговое поперечное сечение. Установлено наличие двух качественных структурных трансформаций, наблюдаемых при двухосном сжатии пучка УНТ. Первая трансформация, аналогичная фазовому переходу второго рода, приводит к эллиптизации поперечных сечений УНТ. В результате второй трансформации типа фазового перехода первого рода в пучке появляются схлопнутые УНТ, доля которых постепенно растет с увеличением деформации сжатия. Рассчитаны константы упругости пучка, такие как модули Юнга, модуль сдвига и коэффициенты Пуассона. Показано, что одна из равновесных структур (с эллиптическими поперечными сечениями УНТ) обладает свойством частичного ауксетика, то есть имеет отрицательный коэффициент Пуассона при одноосном нагружении в определенном направлении. Предлагаемая цепная модель может быть эффективно применена для анализа физических и механических свойств пучков одностенных или многостенных УНТ в условиях плоской деформации, а после простых модификаций может применяться также к аналогичным структурам, изготовленным из других двумерных наноматериалов.

Большой интерес представляет установление особенности трансформации структуры и свойств объемных металлических стекол (ОМС) при воздействии интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК). Известно, что при ИПДК степень деформации разнится от центра к краю диска, что приводит к неоднородности структуры получаемых образцов. Изменение величины микротвердости отражает направление изменения структуры ОМС при ИПДК, а распределение микротвердости – неоднородность ИПДК-образцов. Целью работы является установление влияния ИПДК на величину микротвердости и распределение микротвердости по поверхности образцов аморфных сплавов на примере ОМС Vit105 на основе циркония (Zr_52,5Cu_17,9Ni_14,6Al₁₀Ti₅). Исследовано распределение микротвердости по поверхности ОМС Vit105 на основе циркония в исходном состоянии, в состоянии после ИПДК на n=1 и n=5 оборотов и после релаксирующего отжига. Показано, что исходные ОМС Vit105 характеризуются небольшим разбросом значений микротвердости, что свидетельствует о высокой однородности материала. Релаксирующий отжиг, снижая избыточный свободный объем, приводит к повышению микротвердости без значительного увеличения разброса ее значений. ИПДК приводит к снижению микротвердости циркониевого ОМС, что свидетельствует о росте избыточного свободного объема в результате деформации, но в то же время повышает неравномерность распределения микротвердости по образцу, при этом значения микротвердости в одной половине образца ИПДК (n=1) выше, чем в другой. Это показывает, что деформирование образца ОМС в процессе ИПДК обусловлено специфическими механизмами нагружения. 

Медь находит широкое применение при изготовлении токоведущих деталей, в основном электротехнических шин силового оборудования. Сварка меди традиционными способами осложняется высокой теплопроводностью, жидкотекучестью, значительным окислением при температуре плавления и склонностью к образованию трещин. Одним из путей решения проблем, возникающих при сварке меди, является применение способов сварки в твердой фазе, ярким представителем которых является сварка трением с перемешиванием (СТП). В работе проведены экспериментальные исследования влияния формы рабочей части инструмента и параметров режима сварки: скорости сварки, частоты вращения инструмента и угла наклона инструмента – на возможность возникновения дефектов в сварных соединениях пластин из меди марки М1 толщиной 5 мм, выполненных СТП. Приведены результаты механических испытаний на статическое растяжение и изгиб сварных соединений с туннельным дефектом и без него. Сварные соединения с туннельным дефектом показали снижение уровня механических свойств: величина временного сопротивления при растяжении ниже на 33 %, а относительного удлинения – на 8 %, чем у соединений без дефектов. Указан ряд факторов, влияющих на вероятность возникновения дефектов при СТП: скорость сварки, частота вращения инструмента, конструкция рабочей части инструмента, угол наклона инструмента, сила и глубина погружения, смещение пина, толщина заготовки и условия закрепления. Установлено, что применение инструмента с конической формой заплечика с вогнутой поверхностью позволяет получить сварные соединения без наружных и внутренних дефектов. На основании данных, полученных в ходе экспериментальных исследований, были определены режимы сварки, позволяющие получать сварные соединения с величиной электрического сопротивления на уровне основного металла: частота вращения инструмента – 1250 об/мин, скорость сварки – 25 мм/мин, глубина погружения инструмента – не менее 0,41 мм.

Изделия из бериллиевых бронз получили широкое распространение в промышленности благодаря уникальному комплексу свойств: высокой теплопроводности, прочности, твердости, износостойкости, коррозионной стойкости. Они не магнитные и не дают искры при ударе, поэтому незаменимы для изготовления искробезопасных инструментов. Сплавы данной системы применяются в электротехнической промышленности, следовательно, стоит уделять внимание повышению электропроводности материалов. Работа посвящена исследованию микроструктуры, микротвердости и электропроводности сплава Cu‒2 вес. % Be, подвергнутого интенсивной пластической деформации кручением (ИПДК). Проведены исследования микроструктуры и тонкой структуры сплава в различных состояниях. Показано, что ИПДК приводит к формированию ультрамелкозернистого наноструктурного (УМЗ НС) состояния со средним размером зерен/субзерен 22±1 нм. Дальнейшее старение образцов после ИПДК привело к незначительному увеличению размера зерен/субзерен до 31±1 нм. В обоих состояниях прослеживаются наноразмерные деформационные двойники. Проведены исследования зависимости микротвердости и электропроводности сплава после ИПДК от времени последующего старения. Установлено, что микротвердость возрастает с 122±3 HV в исходном состоянии до 525±8 HV после ИПДК и старения. Показано, что электропроводность значительно лучше восстанавливается после проведения старения УМЗ НС состояния по сравнению с исходным состоянием. Электропроводность УМЗ НС состояния возросла с 14,5±0,1 % IACS до значения 27,5±0,6 % IACS при условиях, аналогичных случаю старения исходного состояния. Таким образом, в результате данных обработок сплав Cu–2 вес. % Be характеризуется повышенными прочностными свойствами и электропроводностью. 

В настоящее время для повышения качества жизни широко используется дентальная имплантация, и обеспечение надежного функционирования и долговечности имплантируемых изделий представляет собой одну из важнейших задач современной стоматологии. Разработка новых биоматериалов с улучшенными свойствами, таких как наноструктурные материалы, расширяет возможности миниатюризации медицинских изделий для создания имплантатов нового поколения. При проектировании этих устройств большую роль играет компьютерное моделирование, позволяющее эффективно определять дизайн имплантата в зависимости от используемых материалов и условий эксплуатации. В настоящей работе представлены результаты моделирования методом конечных элементов для сравнительного анализа деформированного поведения имплантата в условиях циклической нагрузки. В качестве материала имплантата рассматривали крупнозернистый технически чистый титан и наноструктурный титан с улучшенными свойствами. Рассматривали различные компоновки имплантируемого устройства в соответствии с условиями проведения усталостных испытаний – с учетом и без учета влияния абатмента и реакции основания. Установлены характеристики имплантата, такие как усталостная долговечность и коэффициент запаса для конкретного типа компоновки и типа материала, а также распределение эквивалентных напряжений, в том числе с учетом знака. Показано, что наиболее реалистичные результаты достигаются при моделировании устройства в компоновке «абатмент – имплантат – база». Продемонстрировано, что прочностные характеристики, определяющие разрушение изделия, описываются максимальными главными напряжениями, а исследованная конфигурация имплантата обеспечивает его длительное надежное функционирование в случае изготовления исключительно из наноструктурного титана с повышенными свойствами.

Саморастворяющиеся имплантаты из магниевых сплавов, в отличие от традиционных имплантатов из титановых сплавов и нержавеющих сталей, обладают способностью полностью растворяться в теле человека, что позволяет обойтись без повторной операции по их извлечению. Вопрос о возможности использования магниевых имплантатов совместно с изделиями из титановых сплавов на данный момент остается в недостаточной мере изученным. В то же время широко известно, что элементы с более положительным электродным потенциалом, чем у магния, такие как титан и железо, пагубно влияют на коррозию магниевых сплавов, поскольку за счет гальванического эффекта растворение магния происходит существенно быстрее. Целью работы было установить, какое влияние на скорость коррозии образца из магниевого сплава ZX10 с ультрамелкозернистой структурой оказывает расстояние до титанового имплантата. Поскольку речь идет о медицинских приложениях, коррозионные испытания проводились в условиях, имитирующих условия внутри человеческого тела: циркуляция коррозионной среды и поддержание температуры 37±1 °C. В качестве коррозионной среды использовался физиологический раствор. Во время коррозионных испытаний титановый имплантат располагали в 3, 6 и 12 см от образца из магниевого сплава. Дополнительно были проведены испытания образцов контрольной группы без титанового имплантата. Согласно полученным данным при расстоянии между титаном и магнием в 3 см гальванический эффект ярко проявляется: увеличивается скорость коррозии и размер коррозионных повреждений, однако на расстоянии в 6 см титановый имплантат уже не оказывает видимого влияния на коррозию образца.