Физико-химические основы формирования диссипативных структур при реакционном спекании и в условиях сухого трения материалов, содержащих селениды переходных металлов (стр. 4 )

односторонний нагрев лучистой энергией на гелиоустановке реакционных

композиций позволял наблюдать не только локальное поведение системы,

но и эволюцию неравновесной системы в пределах всего образца. 

Конечный  фазовый  состав  и  характер  структурообразования  после

необратимого  взаимодействия  в  реакционных  композициях  изучались

методами  рентгенофазового  анализа,  световой  и  электронной

микроскопии.

Поведение  композиций  при  спекании  исследовали  стандартными

методами определения объемных изменений.

Исследования  физико-механических  свойств,  прочности  на  разрыв,

прочности  на  изгиб,  ударной  вязкости,  твердости,  предела

пропорциональности,  предела  текучести,  относительного  удлинения 

проводилось  по  стандартным  методикам  и  на  стандартном  испытательном

  16

оборудовании.  Триботехнические  характеристики  материалов  с

нелинейными  механизмами  адаптации  изучались  линейным  и  весовым

методами  на  стандартизованном  оборудовании.  Служебные  характеристики

определялись  на  стендах  и  по  методикам,  принятым  на  предприятиях

изготовителях, предполагаемого использования материалов. 

Научная новизна полученных результатов

1.  Впервые  при  исследовании  процессов  разложения  диселенидов,

взаимодействии  их  и  атмосферного  кислорода  с  переходными  металлами

IVA, VA  и  хромом  теоретически  и  экспериментально  показано

возникновение  автоколебательных  реакций  с  характерным  существованием

двух  форм  кислорода  и  его  аналога  селена,  атомарной  и  молекулярной.

Обнаружено  возникновение  неравновесных  фазовых  переходов  типа

бифуркации  Андронова-Хопфа,  процессов  термохимической  синхронизации

всей  системы  в  пределах  макроскопического  образца  и  образования

диссипативных  структур  за  порогом  термодинамической  устойчивости

селенидов.

2.  Установлены  механизмы  возникновения  автоколебательных

реакций,  заключающиеся,  в  генерации  атомарного  селена,  при

топохимическом  взаимодействии  его  молекулярной  формы  с  переходными

металлами IV, VA групп и хромом с участием реакции рекомбинации.

3.Установлены  механизмы  возникновения  диссипативных  структур  с

динамическим  характером  устойчивости  в  неравновесных  композициях  на

основе  переходных  металлов IVA, VA  групп  Периодической  системы  и

одного  представителя  из VIA  группы –  хрома  с  селенидами,

заключающийся  в  реализации  замкнутого  цикла  трех  неустойчивостей:

термодинамической, химической и неравновесного фазового перехода.

4.  Установлена  взаимосвязь  термокинетики  взаимодействия  с

характером  объемных  изменений  при  реакционном  спекании  порошковых

неравновесных  композиций.  Реализованы  методы  управляемого  активного

  17

уплотнения  в  условиях  реакционного  взаимодействия  с  участием  жидкой

фазы в неравновесных многокомпонентных и многофазных системах.

5.Впервые,  разработаны  локальные  модели  реакционного

взаимодействия  компонентов  при  контактном  плавлении  в  перитектических

и  эвтектических  системах  с  промежуточными  соединениями.  Показано

существование  термокинетических  колебаний,  бегущих  тепловых  и

концентрационных  волн.  Возникновение  их  обусловлено  конкуренцией

реакции  первого  порядка,  конвективного  или  капиллярного  течения

жидкости  в  пористом  теле  и  диффузии  в  жидкости.  Экспериментально

подтверждено  проявление  суперпозиции  химических  волн,  в  частности

интерференции и синхронизации.

6.Изучены  закономерности  сухого  трения  модельных  материалов  и

влияние  структурных  составляющих  композиции  на  процессы  износа  в

вакууме,  на  воздухе  и  в  среде  СО2.  Установлено,  что  в  случае  введения

селенидов переходных металлов в металлические гетерогенные композиции,

содержащие  твердые  упрочняющие  фазы  и  соединения,  во  всех  средах  на

поверхности  трения  реализуются  процессы  самоорганизации,  возникают

диссипативные  структуры,  приводящие  к  существенному  снижению  темпа

износа.

Практическое значение полученных результатов.

Повышена  износостойкость  в 5-10  раз  порошковых  материалов  на

основе  железа  и  титана,  работающих  в  зубчатых  передачах  космических

аппаратов в экстремальных условиях трения без смазки в вакууме, на воздухе

и  среде  СО2  за  счет  реализации  процессов  самоорганизации  и  образования

диссипативных структур при сухом трении.

Прогнозирование  характера  неравновесных  процессов  при  окислении

металлических  материалов  в  экстремальных  условиях  спуска  многоразовых

космических  аппаратов  позволило  улучшить  жаростойкость  порошкового

нихрома,  способного  обеспечить  более  чем 100  циклов  выхода  на  орбиту

  18

Земли  и  возвращения  с  нее,  что  предусмотрено  ресурсом  проектируемых  в

настоящее время МКС. 

Повышена  работоспособность  узла  трения (шарнир  рулевой  тяги

троллейбуса) в 10-15 раз за счет реализации процессов самоорганизации при

трении  модифицированного  материала  на  основе  мартенситностареющей

стали.

Достоверность  полученных  результатов  базируется  на  взаимном

дополнении  современных  теоретических  и  экспериментальных  методов

изучения  неравновесных  процессов.  Теоретических  модели  получены  на

основе  синергетического  подхода  в  рамках  коллективного  взаимодействия

совокупности  элементарных  процессов  и  известных  законов.  Точные

решение  большей  части  их  основано  на  аналитических  методах.

Адекватность  приближенных  решений,  полученных  методами

компьютерного  эксперимента,  проверялась  законом  сохранения  массы  в

пределах погрешности 0,5 %. мас. Экспериментальные результаты получены

с  применением  современных  взаимодополняющих  методов  исследования

кинетического  поведения,  термокинетики,  масс-спектрометрии,

рентгеновского  фазового  и  микро-рентгеноспектрального  анализа,

электронной  микроскопии  и  других  методик.  Физико-механические  и

функциональные  свойства  материалов  изучались  на  стандартном

оборудовании с применением стандартных методик. 

Личный  вклад  автора.  Автор  обосновал  необходимость

теоретического  и  экспериментального  исследования  неравновесных

процессов  в  порошковых  системах,  определил  четыре  основных,  наиболее

важных  направления  изучения  неравновесных  процессов:  фундаментальное,

технологическое, функциональное и прогнозное значение их в решении задач

современного  материаловедения.  Теоретические  и  экспериментальные

исследования,  представленные  в  диссертации,  являются  результатом

самостоятельной  работы  автора.  В  работах,  написанных  с  соавторами,

соискателю  принадлежат  ведущая  роль  в  постановке  задач  и  проведение

  19

экспериментов.  С  участием  соавторов  организовано  проведение

компьютерного  моделирования  и  экспериментов  по  изучению

термокинетики  реакционного  взаимодействия,  кинетики  масс-спектрометрическим методом. 

Апробация  результатов  диссертации.  Основные  результаты  работы

доложены  на  международных  симпозиумах,  конференциях  и  семинарах,

среди  которых: «Синергетика.  Структура  и  свойства  материалов.

Самоорганизующиеся  технологии» (  Москва, 1996  г.), «Новейшие  процессы

и  материалы  в  порошковой  металлургии» (  Киев, 1997  г.); V  Межд.  конф.

«Актуальные  проблемы  материаловедения  в  металлургии» (  Новокузнецк,

1997); IX  Наук.-техн.  конф. «Химия,  физика,  технологія  халькогенидов  и