Анотація до роботи:

Лябук Світлана Іванівна. Релаксація напружень в вакуумних конденсатах дисперсно зміцнених композитів Ni та Cu. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 – матеріалознавство. –Інститут монокристалів НАН України, Харків, 2004.

Дисертацію присвячено розвитку фізичних уявлень про вплив структури вакуумних дисперснозміцнених композитів Ni та Cu з субмікрокристалічною основою та нанодисперсним зміцнювачем на кінетику релаксації напружень та розробці на їх основі шляхів підвищення релаксаційної стійкості вказаних матеріалів. Розвинуто методику вивчення кінетики релаксації напружень при використанні комп’ютерної обробки даних. На основі рентгенівської дифрактометрії та просвічувальної електронної мікроскопії атестовано структуру об’єктів дослідження. Встановлено та проаналізовано залежність відносної глибини релаксації (релаксаційної стійкості) від розмірів зерен, дисперсності зміцнювальної фази та складу композитів. Розвинуто модельні уявлення про процеси релаксації напружень у нанофазних композитах, згідно яких відносна глибина релаксації визначається адитивним вкладом трьох основних параметрів, пов’язаних з впливом границь зерен, міжфазних границь та різномасштабних дефектів кристалічної гратки. Вперше було показано, що коалесценція часток зміцнювальної фази при відпалі, що зумовлює закономірне зниження межі текучості, приводить до немонотонної зміни кінетичних характеристик релаксації унаслідок конкуруючого впливу міжфазних та зерномежевих джерел дислокацій. Вперше виявлений ефект зміцнення композитів при релаксації напружень, який пояснюється закріпленням дислокацій на частках зміцнювальної фази та вичерпанням дислокаційних джерел. Цей результат покладений в основу запропонованого методу значного підвищення релаксаційної стійкості композитів Ni та Cu шляхом повторних релаксацій на межі текучості і оформлений у вигляді патенту на винахід.

1. Проведено комплексне дослідження структури і фізико-механічних властивостей вакуумних конденсатів дисперснозміцнених композитів Ni-SiO, Ni-ZrO₂, Ni-Al₂O₃ з концентрацією оксидів від 0,1 об. % до 2 об. %. Ці матеріали з субмікрокристалічною основою (зерна ~ 0,5 мкм) та розподіленими наночастками аморфних оксидів розміром 4 – 10 нм суттєво перевищують рівень міцності відомих масивних дисперснозміцнених композитів і можуть бути порівняні з нанокристалічним нікелем. Так, значення межі текучості композитів Ni-0,4 об. % ZrO₂ досягають ~0,8 ГПа. Значення активаційного об’єму, отримані шляхом обробки релаксаційних кривих, корегують зі структурними параметрами композитів.

2. Встановлений та проаналізований зв’язок релаксаційних характеристик нанофазних композитів з дисперсністю зерен та часток. На прикладі гомогенних конденсатів Ni показано, що при зменшенні розміру зерен від 8 мкм до 0,9 мкм релаксаційна стійкість знижується у ~ 4,5 рази, за рахунок зростання густини висококутових границь зерен як джерел дислокацій, а також розвитку мікропористості. Встановлено, що згідно уявленням про природу дисперсного зміцнення, зростання зміцнювальних часток від ~5 нм до 45 нм (і міжчасткової відстані відповідно) при постійному складі супроводжується безперервним зниженням міцності (композити Сu-Мо). Однак, відносна глибина релаксації змінюється немонотонно – після помітного зниження на кривій з’являється максимум, висота якого близька до вихідних значень. Цей новий результат свідчить про зерномежеву релаксацію напружень.

3. Показано, що на відміну від послідовного росту межі текучості вивчених композитів на основі нікелю, при збільшенні концентрації оксидів до 2 об. % спостерігається немонотонна зміна релаксаційної стійкості, мінімальні значення якої виявлено при складі ~ 0,5 - 1 об. %. Оскільки релаксація напружень визначається густиною рухомих дислокацій і величиною їх вільного пробігу, отримані результати зумовлюються конкуруючим впливом міжзеренних та між- фазних границь як джерел та стопорів рухомих дислокацій.

4. Встановлено, що при релаксації напружень в нанофазних композитах виникає суттєве зміцнення, яке пов’язане з закріпленням рухомих дислокацій на частках оксидів та вичерпанням дислокаційних джерел. Коефіцієнти зміцнення при релаксації у 1,5 – 2 рази перевищують коефіцієнти зміцнення при активному розтягненні. Цей новий результат свідчить про необхідність коректування експериментальних значень активаційного об’єму композитів.

5. Розвинуто уявлення про основні структурні параметри, що визначають кінетику релаксації напружень у дисперснозміцнених нанофазних композитах, згідно яких відносна глибина релаксації визначається адитивним впливом границь зерен, міжфазних границь та різномасштабних дефектів кристалічної гратки.

6. На основі виконаних досліджень розроблений ефективний спосіб значного підвищення (у 3 – 5 разів) релаксаційної стійкості нанофазних композитів та помітного збільшення межі текучості при збереженні пластичності, який являється окремим випадком відомого програмного зміцнення. Цей спосіб дозволяє отримувати об’єкти, які поєднують високу міцність та релаксаційну стійкість, що важливо для практичного використання нанофазних композитів.

Публікації автора:

1. Лябук С.И. О влиянии содержания упрочняющей фазы на субструктуру и прочность дисперсноупрочненных композитов Ni-ZrO₂ //Вестник ХГПУ.-1999.-Вып.54.-С.71-79.

2. Лябук С.И., Ящерицын Е.В., Топтунова С.Н. Релаксация напряжений в дисперсноупрочненных вакуумных пленках Ni //Вестник ХГПУ.-2000. – Вып.82. –С. 31-33.

3. Ilinsky A.I., Lyabuk S.I., Kogut S.K. Structure property relationships in dispersion-hardened Ni-SiO and Ni-Al₂O₃ films //Functional Materials.-2001. –8, №3. – P.535-537.

4. Лябук С.И., Бармин А.Е., Мандибура О.Е. О методе повышения релаксационной стойкости гетерогенных материалов на примере стали У8 //Вестник НТУ «ХПИ». – 2002. – Т.2. – С.76-81.

5. Ilinsky A.I., Lyabuk S.I., Zubkov A.I. Relaxation resistance of copper films strengthened with molybdenum nanoparticles // Functional Materials.-2003.-10, №1.-P.52-54.

6. Лябук С.И., Ильинский А.И., Стеценко А.Н. О влиянии содержания упрочняющей фазы на релаксационную стойкость вакуумных композитов на основе Ni //Восточно-Европейский журнал – Передовые технологии.-2003.-в.4.(4). – С.31 – 33.

7. Патент України № 61835А, МПК 7 С21D7/00. Спосіб підвищення релаксаційної стійкості дисперснозміцнених матеріалів/ О.І.Ільїнський, С.І.Лябук. НТУ « Харківський політехнічний інститут», (UA) - Приоритет 06.10.03., опубл. 17.11.03., Бюл. № 11.

8. Ильинский А.И., Лях Г.Е., Лябук С.И., Русинова С.В. Релаксация напряжений в быстрозакаленных ультрамелкозернистых композитах Ni-SiO //Вестник ТГУ. Материалы 2 Международной конференции «Микромеханизмы пластичности, разрушения и сопутствующих явлений».-Тамбов.-Серия: «Естественные и технические науки».-2000.-Т.5, вып. 2-3.-С.308-310.

9. Ильинский А.И., Лябук С.И. Закономерности релаксации напряжений в высокопрочных дисперсноупрочненных фольгах на основе Ni //Труды 2 Международного симпозиума. «Оборудование и технология т/о металлов и сплавов в машиностроении».- Харьков.- 2001.- С.184-185.

10. Ильинский А.И., Лябук С.И., Зеленская Г.И. Упрочнение при релаксации напряжений в субмикрокристаллических фольгах композитов на основе Ni //Научные Труды 5 Международного семинара «Современные проблемы прочности». - Старая Русса (Великий Новгород)- Т.2.- 2001.- С.184-187.

11. Ilinsky A., Terletsky A., Stetsenko A., Lyabuk S. Structure property relationships in dispersion-hardened films of Nickel-Silika (Zirconia) //Abstracts of Fall Meeting Materials Research Society.-Boston (Massachusetts).-1998.-Nov.30-Dec.4. -P.27-28.

12. Ильинский А.И., Лябук С.И, Зеленская Г.И. Релаксация напряжений в субмикрокристаллических фольгах Ni, упрочненных наночастицами окислов //Тезисы докладов 37 Международный семинар «Актуальные проблемы прочности». – Киев. -2001.-С.89.

13. Ильинский А.И., Лябук С.И., Зубков А.И. Релаксационная стойкость кристаллизуемых в вакууме субмикрокристалличеких композитов, упрочненных нанодисперсными частицами // Тезисы доклада 15 Международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов». – Тольятти (Россия).- 2003.- C. 168.