Секция «физика»

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ПОРОШКОВЫХ ЛИГАТУР НА ПРОЦЕСС ПОЛУЧЕНИЯ НОВЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ АЛЮМИНИЕВЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ СПЛАВОВ

Иванова Е.В., научный руководитель ст.преп. Кириллова А.В.

(Самарский государственный аэрокосмический университет)

Введение в сплавы алюминия высокопрочных частиц обеспечивает повышенные удельные прочность и жесткость, износостойкость при сохранении высоких электро- и теплопроводностей и малого удельного веса. В качестве упрочняющих дискретных фаз обычно используют частицы или короткие волокна керамики, например такие, как SiC, TiC, Al2O3, AlN, B4C и др., имеющие высокие механические свойства. Карбид кремния — одно из наиболее химически стойких соединений. Он не разлагается при действии минеральных кислот и их смесей, растворов щелочей.

Лучшим методом изготовления композиционных материалов системы Al-SiC являются жидкофазные. Поэтому для исследования влияния состава порошковых лигатур на процесс получения новых жаропрочных алюминиевых композиционных сплавов проведены экспериментальные плавки. В алюминиевый сплав А7 вводились лигатуры в виде брикетов, полученных путем прессования с различными удельными давлениями.

Из полученных отливок вырезали образцы, которые исследовали на химический состав, твердость, а также они подвергались макро- и микроструктурному исследованию.

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НАНОПОРОШКОВ МАРКИ СВС-АЗ

ДЛЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ

Сафаева Д. Р., научный руководитель асс Титова Ю. В.

(Самарский государственный технический университет)

Повышение эксплуатационных свойств алюминиевых сплавов возможно за счет модифицирования их дисперсными частицами другой фазы. К настоящему времени успешно используются алюмоматричные композиционные сплавы (АКС), содержащие в качестве армирующей фазы частицы SiC, Si3N4, AlN, Al2O3, TiC, TiB2, B4C, TiN; TiCN и их смеси. Однако, получение литых алюмоматричных композитов, армированных нанодисперсными частицами, затрудняется рядом нерешенных теоретических, технологических и экономических задач. Заметный вклад в решение этой проблемы может внести использование достижений порошковой технологии самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) тугоплавких химических соединений (карбидов, нитридов, боридов, оксидов и др.).

В работе показана перспективность использования порошков марки СВС-Аз для модифицирования алюминиевых сплавов на примере композиции нанопорошков SiC и Si3N4. В качестве основы алюмоматричного композита использовали промышленный алюминиевый сплав АК6М2 по ГОСТ 1583-2003. Использование прутков модифицирующей композиции позволило ввести в расплав небольшое количество (около 0,02 %) модифицирующих частиц SiC и Si3N4. Модифицирование сплава АК6М2 указанными наночастицами позволило повысить предел прочности на 20 %, относительное удлинение – в 3 раза, твердость – на 20 % по сравнению с исходными свойствами сплава АК6М2.

Исследование режимов получения псевдолигатур состава Cu-SiC

Куц А.В., Ручкина В.С., научный руководитель асс. Кузина А.А.

(Самарский государственный аэрокосмический университет)

Представлены режимы получения псевдолигатур состава Cu-SiC (2,5%), Cu-SiC (5%), Cu-SiC (10%), Cu-SiC (15%) путем механического смешивания исходных компонентов – порошков и последующего прессования полученной порошковой смеси. В качестве исходных компонентов использовались порошок меди с размером частиц до 100 мкм и порошковая смесь состава SiC+Si3N4 с размером частиц до 180 нм.

Смешивание осуществлялось в планетарной мельнице в течение 30…45 минут. Были определены некоторые технологические свойства полученных смесей. Наибольшей насыпной массой обладает порошковая смесь состава Cu-SiC (2,5%), однако все полученные порошковые смеси являются не сыпучими.

Уплотнение полученных порошковых смесей осуществлялось с давлением прессования 85…310 МПа. Определены относительная плотность и пористость полученных псевдолигатур, построены графики зависимости θ=f(Р) и П=f(Р), из которых видно, что с увеличением давления прессования относительная плотность брикетов увеличивается, а пористость, наоборот, снижается.

Исследованные режимы механического смешивания и прессования порошковых смесей состава Cu-SiC позволяют получать псевдолигатуры с необходимой пористостью и плотностью, применяемые для последующего модифицирования сплавов.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ НАНОПОРОШКА НИТРИДА БОРА ПО АЗИДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ СВС

Дружинина Е. В., научный руководитель асс. Титова Ю. В.

(Самарский государственный технический университет)

Традиционно нитрид бора получают синтезом из простых веществ, методом восстановления-азотирования кислородных соединений бора и методом осаждения из газовой фазы.

В работе исследовалась возможность получения BN методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в лабораторном реакторе из смеси «тетрафторборат аммония – азид натрия». Стехиометрическое уравнение получения нитрида бора по азидной технологии СВС выглядит следующим образом:

NH4BF4 + хNaN3 = BN + xNaF + 3x/2N2 + x/2H2 + (4–x)HF.

Исходя из результатов рентгенофазового и микроструктурного анализов продуктов горения СВС-смесей, для синтеза нитрида бора целесообразно использовать смесь состава «NH4BF4 + 4NaN3». Продукты синтеза указанной шихты представляют собой смесь двух фаз: нитрида бора и тетрафторбората аммония со средним размером частиц 100-200 нм.

ДИФФУЗИЯ ОЛОВА В железе в импульсном магнитном поле при 750 С

Сидюкова Н.Н., научный руководитель проф. Покоев А.В.

(Самарский государственный университет)

В работе предпринято экспериментальное исследование частотной зависимости КД олова в железе в импульсном МП при 750 С.

Импульсы МП заданной формы создавались электромагнитом ФЛ-1 с электронным блоком питания и управления. Рентгеносъемку образцов вели на камере РКЭ в СоК1-излучении. По смещению линии 310=80,95 определяли поверхностную концентрацию олова, по которой затем рассчитывали эффективный КД.

Полученные результаты показывают, что найденные значения КД заметно зависят от частоты импульсного МП и существенно отличаются от соответствующих значений в отсутствие импульсного МП. Предполагается по характеристикам «резонанса» КД установить атомный механизм его происхождения.

Влияние термической обработки и акустического воздействия на структуру и микротвердость сплава Cu-20 % Sn

Ярскова Д.М., научный руководитель доц. Журавель Л.В.

(Самарский государственный университет)

Проведено комплексное исследование по изучению влияния термической обработки на структуру и микротвердость оловянной бронзы Cu-20 % Sn. Так, в исходном закаленном от 700 С в воде образце наблюдается α-твердый раствор на основе меди. Отжиг (старение) при температуре 350 С в течение 2 ч привел к перераспределению структурных составляющих: наряду с α-твердым раствором наблюдается распад мартенсита с образованием эвтектоида (α+δ).

Акустическое воздействие при 2000 кГц на исходный расплавленный с последующим затвердеванием образец оказывает существенное влияние на характер микроструктуры сплава, она становится мелко дисперсной, при этом микротвердость сплава повышается по отношению к закаленному сплаву.

Проведенный рентгенофазовый анализ показал наличие фаз Cu3Sn, Cu3Sn8, Cu5Sn, ответственных за упрочнение сплава, что сказывается на демпфирующей способности сплава Cu-20 % Sn.

НЕСТАНДАРТНЫЙ ПОДХОД К ОБРАБОТКЕ СИГНАЛОВ АКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ ПРИ ЦАРАПАНИИ

Аглетдинов Э.А., научный руководитель проф. Виноградов А.Ю.

(Тольяттинский государственный университет)

Объектом данного исследования являлись сигналы АЭ при царапании с нарастающей нагрузкой Ti образцов с покрытием. Для таких сигналов характерно низкое отношение сигнал-шум и недостаточное количество явно различимых в шуме событий, что затрудняет статистический анализ. Применение разработанного ранее алгоритма нахождения событий малых амплитуд в шуме позволило обнаружить множество микросигналов невидимых на оригинальной записи, что решило проблему шума. Проводилось исследование эволюции временной и амплитудной структуры множества обнаруженных микрособытий. С помощью металлографических снимков царапин поведение вычисляемых характеристик было связано с происходящими при царапании макромеханическими процессами. Так движение индентора по покрытию, постепенное разрушение покрытия, царапание самого металла хорошо отражено на вычисляемых характеристиках. Впервые примененный к сигналам АЭ новый метод, основанный на симуляциях Монте-Карло с цепями Маркова и Байесовском выводе, позволил определить момент полного разрушения покрытия без каких-либо внешних, неконтролируемых данными параметров.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ

НИТРИДНОЙ КОМПОЗИЦИИ AlN-BN ПО АЗИДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ

САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩЕГОСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО СИНТЕЗА

Керсон И.А., научный руководитель доц. Шиганова Л.А.

(Самарский государственный технический университет)

Получение нитридной композиции AlN-BN в режиме СВС-Аз проводили в лабораторном реакторе СВС-Аз постоянного давления с рабочим объемом 4,5 литра. В ходе исследований было установлено, что в системах «хAlF3-NaN3-KBF4», «AlF3-NaN3-уKBF4», образуется композиция AlN-ВN-К2NaAlF6, BN присутствует в конечном продукте в небольшом количестве.

Конечный продукт синтеза, полученный из систем «хNa3AlF6-NaN3-KBF4» и «Na3AlF6-NaN3-уKBF4» полностью состоит из К2NaAlF6, но с увеличением Na3AlF6 в исходной смеси «Na3AlF6+NaN3+KBF4» конечный продукт представляет собой смесь AlN и КF.

Конечный продукт синтеза, полученный из систем «хAlF3-NaN3-NH4BF4» и «AlF3-NaN3-уNH4BF4», состоит из AlN, BN и Na3AlF6. Также исследовано структурообразование нитридной композиции AlN-ВN. Получен нитридный нано- и микропорошок двух составов AlN-ВN-К2NaAlF6 и AlN-ВN-Na3AlF6, имеющий неправильную и преимущественно игольчатую форму со средним размером частиц 50-100 нм; исключение составляет система «AlF3-NaN3-уKBF4», в которой средний размер частиц 400-600 нм.

МАГНИТОПЛАСТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ В ТИТАНОВОМ СПЛАВЕ ВТ6

Куликова А.И., научный руководитель проф. Покоев А.В.

(Самарский государственный университет)

С целью выяснения степени общности эффектов влияния внешних магнитных полей (МП) на физико-механические свойства сплавов и объяснения механизмов экспериментально обнаруживаемого эффекта влияния сравнительно слабых постоянных и импульсных МП на диффузионно-контролируемый магнитопластический эффект (МПЭ), возникающий при старении медно-бериллиевых сплавов, в настоящей работе впервые предпринята попытка обнаружения МПЭ в титановом сплаве ВТ6.

Выполнен анализ литературных данных, результаты которого свидетельствуют об актуальности рассматриваемых вопросов и недостаточности имеющихся данных по титановым сплавам. Обоснованы режимы термомагнитной обработки, при которых ожидаемый МПЭ максимален, режимы рентгеносъемки, обеспечивающие удовлетворительную точность определения параметров тонкой структуры сплавов и кинетики их изменения. Методами металлографии, микроиндентирования и рентгенофазового анализа впервые выполнено экспериментальное исследование МПЭ в титановом сплаве ВТ6, которые дают дополнительную информацию о механизмах МПЭ. Полученные данные позволяют развивать представления об атомных механизмах влияния МП на МПЭ в титановом сплаве ВТ6 при старении в МП.

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ ХАРАКТЕРА РАЗРУШЕНИЯ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ПО 3-D СНИМКАМ ИЗЛОМОВ КОНФОКАЛЬНОЙ ЛАЗЕРНОЙ МИКРОСКОПИИ

Данилов В.А., научный руководитель проф. Мерсон Д.Л.

(Тольяттинский государственный университет)

Появившийся сравнительно недавно новый метод – конфокальная лазерная сканирующая микроскопия (КЛСМ) – обладает высокой глубиной резкости, не требует металлического контакта и создание вакуума при исследовании объекта и позволяет получать изображение объекта в 3-D формате и благодаря современному программному обеспечению легко вычислять количественные характеристики поверхности, тем самым, перейти от качественной к количественной фрактографии.

В качестве объекта исследования выбраны изломы образцов из стали 20 после ударных испытаний. Исследовали два вида изломов: преимущественно хрупкий, полученный при -196°С с использованием жидкого азота, и преимущественно вязкий, при температуре +150°С. После очистки поверхности изломы исследовались с использованием КЛСМ LEXT OLS 4000.

В результате проведенных исследований установлено, что в качестве меры развитости поверхности разрушения может быть использован параметр площади поверхности, величина которого значимо изменяется при переходе от хрупкого излома к вязкому.

Таким образом, применение КЛСМ позволяет перевести метод фрактографии с качественного на количественный уровень, и делать более точные выводы при анализе разрушений металлических изделий.

ВЛИЯНИЕ ПОСТОЯННОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА СТАРЕНИЕ АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА В95пч

Носкова К. А., научный руководитель доц. Осинская Ю.В.

(Самарский государственный университет)

В работе предпринято экспериментальное исследование влияния ПМП на процесс старения алюминиевых сплавов, имеющих широкое практическое применение.

В качестве объекта исследования был выбран естественно стареющий сплав В95пч (Al – основа, Zn – 5.7 %, Mg – 2.3%, Cu – 1.7%, Mn – 0.4%), широко используемый в промышленности. Образцы из сплава В95пч в виде куба 111 см3 после закалки с 470С (1 ч) в воду (20С) искусственно старили 6 ч при температуре 175С (в вакууме 10-3 Па). Параллельно часть образцов старили в ПМП напряженностью 7 кЭ.

Микротвёрдость измеряли с помощью микротвёрдомера HAUSER при нагрузке 100 г и времени нагружения 7 с. Результаты усредняли по 10-12 измеренным значениям микротвердости; среднеквадратичная ошибка измерений составляла 2%.

В результате искусственного старения микротвёрдость образца, отожжёного в ПМП (7 кЭ) на 20% оказалась выше, чем микротвёрдость образцов отожжённых без ПМП.

Сделан вывод о том, что механизм влияния ПМП на старение сплава связан с атомным перемещениями, которые стимулируются при повышении температуры, и с магнитным упорядочением, индуцируемым внешним ПМП. Для дальнейшего уточнения механизмов воздействия ПМП на старение необходимо проведение экспериментов в более широких интервалах режимов термомагнитной обработки.

ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ НАМАГНИЧЕННОСТИ РАЗБАВЛЕННОГО МАГНИТНОГО ПОЛУПРОВОДНИКА

Рыгалова Д.А., научный руководитель доц. Головкина М.В. 

(Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики)

Разбавленные магнитные полупроводники являются новыми материалами для создания одноэлектронных логических структур и других устройств спинтроники, открывающими новые перспективы для управления характеристиками устройств при помощи внешнего магнитного поля. В работе представлена новая феноменологическая модель для описания намагниченности разбавленных магнитных полупроводников. Зависимость намагниченности от внешнего магнитного поля была аппроксимирована функцией, содержащей три феноменологические константы, значения которых подбираются для каждого типа магнитного полупроводника из сравнения с известными экспериментальными данными. При использовании предложенной модели для описания намагниченности разбавленного магнитного полупроводника Sn0.993Fe0.007O2 были определены значения феноменологических констант. Расчет магнитной проницаемости Sn0.993Fe0.007O2 на основе полученных данных в рамках предложенной феноменологической модели показал хорошее соответствие с экспериментальными данными. Разработанная модель может применяться для расчета электродинамических параметров при создании новых устройств спинтроники.

Электромагнитное излучение, его влияние на органы человека и организм в целом

Карцев Д.В., научный руководитель доц. Миронова Т.Ф.

(Самарский государственный технический университет)

Рассмотрено влияние переменных электромагнитных полей на живые организмы. Установлены наиболее опасные источники электромагнитного излучения. Выявлены возможные нарушения в работе органов и систем в организме человека.

Экспериментально исследовано распределение электромагнитных полей, излучаемых бытовой техникой. Выявлены безопасные для пользователя расстояния и методы предохранения организма от изменений, возникающих в результате влияния электромагнитного излучения.

СВЕРХПРОВОДЯЩИЕ КУБИТЫ В ФИЗИКЕ КВАНТОВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ

Аверченко Е.А.научный руководитель проф. Башкиров Е.К.

(Самарский государственный университет)

Одной из основных проблем современной физики квантовых вычислений является проблема разработки эффективных схем генерации и механизмов контроля перепутывания систем кубитов, взаимодействующих с различными видами полей. Одной из наиболее перспективных физических систем для реализации логических элементов квантового компьютера являются сверхпроводящие кубиты. В таких системах удалось в последнее время реализовать долгоживущие перепутанные состояния. Взаимодействие кубитов с окружением приводит к декогерентности, так что исследуемая система эволюционирует в состояние, непригодное для целей квантовых вычислений. В некоторых случаях диссипация и шум могут, напротив, являться источником перепутывания. В работе показана возможность генерации перепутывания в системе двух сверхпроводящих кубитов, один из которых взаимодействует со сверхпроводящим LC-контуром в тепловом состоянии, а второй находится в свободном состоянии. При этом исследовано влияние атомной когерентности и диполь-дипольного взаимодействия кубитов на степень перепутывания.

ЭФФЕКТЫ СЛАБЫХ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

Никеров Д. С., научный руководитель ст. преп. Янковская Т. В.

(Самарский государственный технический университет)

Рассмотрены проблемы дефицита естественного магнитного поля Земли для живых организмов, связанные с современным образом жизни человека.

Поставлена задача установить насколько организмы зависимы от геомагнитного поля Земли. Данная зависимость определялась на основе эксперимента, который заключался в создании условий полного нарушения естественного геомагнитного поля Земли, за счет экранирования семян фасоли и огурца внешним искусственным магнитным полем. Наблюдалось снижение скорости прорастания семян в экранированном пространстве, в отличие от семян, которые находились в естественном магнитном поле. Установлено отчетливое нарушение в обмене веществ организмов, связанное с дефицитом ГМП. Приведено объяснение данных химико-биологических процессов на основании спиновой динамики радикальных пар.

ПАРНОЕ РОЖДЕНИЕ Bc МЕЗОНОВ В ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННОЙ АННИГИЛЯЦИИ

Харитонова Л.В., научный руководитель проф. Мартыненко А.П.

(Самарский государственный университет)

В рамках пертурбативной квантовой хромодинамики и релятивистской кварковой модели исследованы процессы эксклюзивного парного рождения Bc мезонов в электрон-позитронной аннигиляции. Построены релятивистские амплитуды парного рождения, в которых учитывается относительное движение кварков, образующих связанные состояния. Вычислены релятивистские поправки в сечениях парного рождения. Релятивистские поправки в волновых функциях мезонов вычислены с помощью обобщенного брейтовского потенциала в КХД. Показано, что релятивистские эффекты приводят к существенному изменению величины сечений рождения.

РАСЧЕТ СПЕКТРАЛЬНЫХ ФИЛЬТРОВ НА ОСНОВЕ МАССИВОВ ФОТОННО-КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ РЕЗОНАТОРОВ

Сердобинцева Д.А., научный руководитель к.ф.-м.н., доц. Серафимович П.Г.

(Самарский государственный аэрокосмический университет)

Цель работы – теоретическое и экспериментальное исследование коэффициентов связанности, нахождение добротности и передаточной функции для массива связанных резонаторов. Экспериментальное исследование массива резонаторов осуществлено с помощью программного пакета для конечно-разностного моделирования электромагнитных систем Meep. Для проведения вычислительных экспериментов написан скрипт, реализующий математическое моделирование массива нескольких резонаторов для различных значений коэффициентов связанности. Проведено сравнение экспериментальных результатов и результатов, полученных теоретически, с помощью формулы передаточной функции для случая одного резонатора. Выведена формула передаточной функции для последовательности из двух резонаторов и получены результаты для различных значений коэффициентов связанности. Результаты сравнения представлены графически, подтвержден факт сходимости теоретического и экспериментального решений.

РАДИАЦИОННЫЕ ПОПРАВКИ НА КОНЕЧНЫЙ РАЗМЕР ЯДРА В СВЕРХТОНКОЙ СТРУКТУРЕ МЮОННОГО ДЕЙТЕРИЯ

Мартыненко Г.А., научный руководитель проф. Мартыненко А.П.

(Самарский государственный университет)

В последние годы был достигнут существенный прогресс при исследовании спектра энергии мюонного водорода коллаборацией CREMA (Charge Radius Experiment with Muonic Atoms): был измерен лэмбовский сдвиг и сверхтонкая структура 2S-уровня.

В работе проведен расчет радиационных поправок, связанных со структурой ядра, порядка α(Zα)^5 в сверхтонкой структуре S-состояний мюонного дейтерия в рамках квантовой электродинамики. В калибровке Фрида-Йенни были получены интегральные выражения для собственно-энергетической поправки, вершинного оператора и диаграммы с охватывающим фотоном и на их основе проведен численный расчет.