Проведены комплексные исследования влияния фуллерита и графита на деформационно-индуцированные структурно-фазовые изменения в металломатричных нанокомпозитах на основе железа, меди и магния, полученных методом механоактивации. Установлено, что различие деформационной стабильности фуллерита и графита в процессе механосинтеза в системе металл-углерод определяет кинетику и механизм протекания твердофазных реакций. Установлено, что при механосинтезе системы металл-фуллерит на начальном этапе происходит деформационно-индуцированное разупорядочение структуры фуллерита, разрыв С-С и С=С связей в молекуле фуллерена с последующей полной ее деструкцией, в результате которой образуется аморфный углерод. После формирования аморфного углерода структурно-фазовый состав механокомпозитов металл-фуллерит и металл-графит становится одинаковым. Выявлены различия в механизме структурообразования при механосинтезе металла с графитом и фуллеритом, в том числе - в кинетике образования гидрида магния MgH₂, формировании карбидов железа FeхCу (стехиометрия определяется формой углерода и его количественным содержанием) и образовании пересыщенного твердого раствора углерода в меди Cu(C). Временные зависимости изменения параметров кристаллической структуры для полученных композитов медь-графит и медь-фуллерит различны (рис.).

Методами вискозиметрии и первопринципной молекулярной динамики исследованы закономерности влияния легирующих элементов Ta и Nb на вязкость и структуру расплавов Fe-B-Si. Показано, что Ta и Nb даже при низких концентрациях по-разному влияют на вязкость расплава Fe₇₅B₁₅Si₁₀. Небольшие добавки Ta не влияют на значение вязкости расплава Fe₇₅B₁₅Si₁₀, тогда как Nb увеличивает ее значение. Такое поведение связано с различием в химическом взаимодействии атомов Ta и Nb с атомами В и Si. На концентрационных зависимостях наблюдаются локальные максимумы вязкости при 1 ат.% Ta и 3 ат.% Nb. Анализ структурных особенностей исследованных расплавов показал, что легирование Ta и Nb расплава Fe₇₅B₁₅Si₁₀ не изменяет основных особенностей его структуры и межатомного взаимодействия, обеспечивающих высокую аморфизуемость (межатомные взаимодействия Fe-B и Fe-Si) и приводит к увеличению дополнительных наборов радиусов взаимодействия компонент, что также повышает способность к аморфизации этих расплавов. 

С помощью методов экстремального воздействия на расплавы (высокое давление 5-7 ГПа) синтезированы новые фазы в сплавах Al-ПМ-РЗМ, формирование которых в нормальных условиях затруднено в силу термодинамических и кинетических ограничений. Методами рентгеноструктурного анализа, оптической и электронной микроскопии исследованы структурно-фазовые превращения в сплавах при изменении давления и температуры. Получены однородные, плотные, беспористые, мелкокристаллические структуры сплавов с высокими прочностью и твердостью, обусловленные дисперсионным и твердорастворным упрочнением (рис.1, рис.2). Показана принципиальная возможность использования технологии затвердевания расплава под высоким давлением для изменения уровня свойств алюминиевых сплавов без изменения их химического состава за счет модифицирования структуры и изменения фазового состава сплавов.

Методом СВС получены компактные образцы из реакционных систем титан/ферротитан – ферробор. Установлено, что в исследуемых системах в ходе синтеза формируется борид титана TiB_2, добавка к исходным реагентам никеля приводит к образованию интерметаллидов и твёрдых растворов системы Fe – Ni, при введении меди в образцах она присутствует, в основном, в свободном виде (табл.). Микроструктура образцов (рис.1) содержит многофазные области: светло травящиеся участки и участки зернистого строения. Твёрдость составляющих в образцах соответствует 954 – 1247 HV. Показано, что материалы, полученные из систем Ti-FeB и FeTi-FeB имеют наиболее высокую износостойкость (рис.2), а добавки меди и никеля приводят к увеличению прочности (табл.).

Таблица. Состав реакционных смесей, основные фазы и предел прочности на сжатие (s_сж) полученных материалов