2816-ф – «Фізико-хімічні основи зміцнення поверхні легких конструкційних сплавів ультразвуковою ударною обробкою за кріогенних температур» (Інженерно-фізичний факультет, керівник С.М. Волошко)

Відпрацьовані режими зміцнення поверхневих шарів сплавів Д16, ВТ6 та нержавіючої сталі ультразвуковим ударним обробленням у інертній атмосфері та рідкому азоті з точки зору оптимального поєднання твердості і пластичності. Запропоновано новий спосіб механічного легування поверхні алюмінійового сплаву Д16 ультразвуковим обробленням залізним бойком в різних середовищах. Досліджено хімічний склад поверхні та поперечного перерізу за допомогою локального мікрорентгеноспектрального аналізу, виміряно мікротвердість після УЗУО різної тривалості від 40 с до 250 с, визначено товщину зміцнених шарів. Виконано рентгеноструктурний аналіз, визначено  розмір ОКР, параметри гратки, мікронапруження. З’ясовано закономірності синтезу нітридних сполук у поверхневих шарах сталі 12Х18Н10Т після УЗУО та механізми процесів аномального масоперенесення атомів азоту у процесі кріодеформації, розраховано кількісні дифузійні параметри. Виміряно магнітні властивості. Встановлено закономірності впливу різних режимів УЗУО – амплітуди ультразвукового перетворювача та часу обробки та подальшої термічної обробки – на механічні властивості, структурно-фазові перетворення, концентраційні неоднорідності, пошарову еволюцію структури безпосередньо після оброблення та природного старіння алюмінієвих та титанових сплавів, а також наступного низькотемпературного відпалу. Встановлено домінуючі  механізми зміцнення  на різних кінетичних стадіях оброблення та закономірності синтезу наноструктурованих покриттів. Запропоновані модельні уявлення щодо механізмів поверхневої наноструктуризації та структурно-деформаційного ультразвукового зміцнення.

За результатами роботи видано 1 навчальний посібник, подано 2 заявки на свідоцтва про реєстрацію авторського права на твір наукового характеру, опубліковано 7 наукових статей, з яких 6 статей в фахових виданнях, 1стаття в закордонному виданні, 7 статей в журналах, що входять до наукометричних БД, зроблено 11 доповідей, у т.ч. 9 на міжнародних наукових (з них 3 на зарубіжних) конференціях з опублікування тез, захищено 1 магістерську дисертацію, 3 дипломні роботи бакалавра.

Основні положення роботи впроваджені до навчального посібника С.І. Сидоренко, С.М. Волошко. Термодинаміка та кінетика дифузії: Навч. посіб. – К.: НТУУ «КПІ», 2016.–99 с. в рамках дисципліни «Теорія тепло- і масопереносу».

2811-ф – «Формування градієнтних станів в наношарових металевих плівкових композиціях через процеси на зовнішній поверхні» (Інженерно-фізичний факультет, керівник С.І. Сидоренко)

Методом магнетронного осадження отримано серії модельних зразків шаруватих тонкоплівкових композицій Pt/Fe, Pt/Ag/Fe, Pt/Au/Fe та Pt/Cu/Fe на аморфних підкладинках SiO₂(100 нм)/Si(001) та монокристалічних підкладинках MgO(001), SrTiO₃(001) та Al₂O₃(0001).

Досліджувані плівкові зразки піддано лазерній обробці і термічному відпалу у високому вакуумі.

Особливості формування структури і фазового складу даних плівкових композицій виявлено шляхом in-situ вимірювання електричного опору при термічній обробці, а також методами рентгеноструктурного фазового, електронно-оптичного, мікрорентгеноспектрального і мікроструктурного аналізу.

Методом in-situ резистометрії виявлено, що в плівкових композиціях з проміжними шарами Ag і Cu температури утворення невпорядкованої фази A1-FePt і впорядкованої фази L1₀-FePt зміщені в бік менших температур в порівнянні з плівковою композицією Pt/Fe без проміжного шару (температури фазових перетворень виявлено за перегинами на кривій залежності поверхневого електроопору від температури термічної обробки). Більш того, методом рентгеноструктурного фазового аналізу показано, що після відпалу плівкова композиція з проміжним шаром Ag має найбільший ступінь впорядкування і найбільшу кількість зерен фази L1₀-FePt, орієнтованих у напрямку, перпендикулярному до підкладинки (що обумовлює формування необхідних магнітних властивостей матеріалу – розворот вісі легкого намагнічування в напрямку [001]).

Ймовірна причина зменшення температури фазових перетворень при введенні в плівкові композиції на основі Pt/Fe додаткових проміжних шарів легуючих елементів полягає у додаткових напруженнях, що виникають на границях поділу внаслідок неспівпадіння параметрів кристалічної будови і температурних коефіцієнтів лінійного розширення матеріалів шарів. 

Виявлено, що процеси дифузійного фазоутворення в об’ємі нанорозмірних плівкових композицій Pt/Fe, Pt/Ag/Fe і Pt/Au/Fe при їх термічній і лазерній обробці термодинамічно обумовлюються процесами на зовнішній поверхні.

Побудовано моделі границь розділу контактів тонкошарових систем, які можуть бути використані в якості сонячних батарей, а саме графен-Ме та Ag-Ме, де Ме – W, Pt, Au, Pd, Mo, Al, Fe. Для моделі границі розділу графен-Ме проведено релаксацію з метою виявлення зміни структури приграничних областей Ме під дією графена. Розраховано коефіцієнти самодифузії (Ag, Me) та гетеродифузії (Ag-Me, Me-Ag), а також термодинамічну стабільність  з метою визначення придатності застосування Ме у якості дифузійного бар’єра для Ag при робочих температурах.

Для моделі графен-Fe підтверджено ефект деформації моношару графена, що раніше було виявлено експериментально методом атомно-силової мікроскопії, а також показано можливий ефект деформації поверхневих шарів Fe.

Для моделі Ag-Ме розраховано енергії формування вакансії та коефіцієнти само- та гетеро- дифузії, що перебігають за вакансійним механізмом та визначено, що Mo – найкращий кандидат для електропровідного дифузійного бар’єру для Ag.

Опубліковано 2 наукові статті, з яких 1 стаття в фахових виданнях, 1стаття в закордонному виданні, 2 в журналах, що входять до науко метричних БД, зроблено 9 доповідей, з яких 7 на міжнародних наукових конференціях з опублікування тез,  захищено 1 робота спеціаліста, 7 робіт бакалавра.

        Удосконалення навчального процесу завдяки науковим дослідженням: основні положення роботи впроваджені у навчальному посібнику “Фізичні властивості та методи дослідження матеріалів” (2016) та методи лабораторних роотах з однойменної дисципліни (2016). Оновлено розділи лекційних курсів «Теорія тепло- і масопереносу» і «Міждисциплінарні проблеми фізичного матеріалознавства».

2915-ф – «Формування фазового складу, структури  плівок FePd, FePt – середовища магнітного запису і зберігання інформації підвищеної щільності» (Інженерно-фізичний факультет, керівник Макогон Ю.М.)

Розроблено  технічнє завдання  і зроблен літературний огляд.  Обгрунтувано вибір об’єктів дослідження і поставлені завдання дослідження. Магнетронним методом осадження  отримано зразкі нанорозмірних плівок еквіатомного сплаву Fe₅₀Pd₅₀ та композицій – плівка  Fe₅₀Pd₅₀ з додатковим шаром Au. товщиною (0,3 -0,9) нм. Загальна товщина кожної плівокової  композиції 5 нм. В якості підкладинок застосовані пластини окисненого монокристалічного  кремнію  SiO₂(100нм)/Si(001). Проведено термічне обробляння плівкових композиций  FePd,  FePd/Au на підкладках SiO₂/Si(001) з додатковим шаром Au  в різних газових середовищах – у N₂ методом швидкісний термічної обробці (RTA) , у водні, у високому (3.х 10^-3Па),  вакуумі.

         Відпрацьовано методики фізичного матеріалознавства : для дослідження фазового складу і  структури в нанорозмірних плівках.- рентгеноструктурний фазовий аналіз; для оцінки рівня механічних напружень – рентгенівська тензометрія.  Для визначення параметрів морфології поверхні та  кристалічної структури – растрова електронна мікроскопія; просвічувальна електронна, атомно-силова мікроскопія; мікроскопія поперечних перерізів. Для виявлення розподілу хімічних елементів по товщині плівки –  мас-спектрометрія вторинних нейтралей; мас-спектрометрія вторинних іонів;  Резерфордівське зворотне розсіювання. Для визначення електрофізичних властивостей – методи вимірювання магнітних властивостей за допомогою SQUID  – магнітометра і методу MOKE, резистометрії та інших сучасних методів  досліджень.

            Встановлені закономірності дифузійного формування магнітно-твердої  впорядкованої фази L1₀(FePd) в нанорозмірних плівкових композиціях FePd,   FePd/Au. Особливостю формування фази L1₀(FePd) у порівнянні з формуванням фази L1₀-FePt є потреба в більший тривалості відпалу. Результати дослідження  показали, що  умовами   процесів впорядкування при термооброблянні  плівці FePd і перебігу твердотільної реакції A1(FePd) →L1₀(FePd) є ії легування  золотом. При цьому зменьшується температура формування магніто – твердої  фази L1₀(FePd).  

За результатами роботи підготовлено до захисту 1 кандидатську дисертацію, отримано 1 патент України на корисну модель, опубліковано 5 наукових статей, з яких 3 статті в фахових виданнях, 2 статті в закордоних виданнях, 5 – в журналах, що входять до наукометричних БД, зроблено 12 доповідей, у т.ч. 8 на міжнародних наукових конференціях з опублікування тез, захищено 3 магістерські дисертації та 3 роботи бакалавра.