1.1. Влияние термообработки на создание и регулирование естественно-гетерофазных наноструктур

Нанонаука представляет собой междисциплинарную науку, относящуюся к фундаментальным физико-химическим и биологическим исследованиям объектов и процессов с масштабами в несколько нанометров.

Нанотехнология, в общем смысле, определяется как совокупность прикладных исследований нанонауки и их практических применений, включая промышленное производство и социальные приложения [ 2 ].

Нанотехнология конструкционных материалов может быть определена как создание и управление естественно- и искусственно-гетерофазными наноструктурами, величиной 1─100 нм, с целью повышения параметров прочности, удельной прочности и жёсткости конструкционных материалов, обеспечения стабильности наноструктурного состояния и, следовательно, повышения качества и надёжности работы приборов оптотехники.

Для естественно-гетерофазных систем цели нанотехнологии могут быть достигнуты, в основном, за счёт распада пересыщённых твёрдых растворов, деформационного упрочнения металлических систем, старения и динамического дисперсионного твердения [ 1, 4 ].

Естественно-гетерофазные наноструктуры в металлических сплавах возникают самопроизвольно после нагрева выше линии переменной растворимости легирующего элемента в основе, выдержке и последующего резкого охлаждения с целью создания пересыщенного твёрдого раствора.

Управление самопроизвольно выделяющимися упрочняющими наноразмерными избыточными фазами в результате распада пересыщенных твёрдых растворов возможно за счёт уровня температуры последующего нагрева сплава и времени выдержки, т.е. в процессе искусственного старения естественно-гетерофазной системы. Закалка на пересыщенный твёрдый раствор алюминиевых и магниевых сплавов с последующим естественным старением (20ºС) через четверо-пятеро суток приводит к максимально возможным значениям параметров прочности за счёт образования зон Гинье-Престона, а искусственное старение этих сплавов, приводящее к выделению мелкодисперсных интерметаллидов на слабых участках структуры, даёт мéньшие значения прочности за счёт перестаривания по сравнению с естественным старением.

Управлять выделением упрочняющих наноразмерных избыточных фаз в естественно-гетерофазных структурах возможно при закалке с последующим искусственным старением. Например, на бериллиевых бронзах, на сталях аустенитного класса, включая высокоазотистые, на некоторых дисперсионно-твердеющих титановых и др. сплавах, имеющих высокую температуру плавления основы, по сравнению с алюминиевыми и магниевыми сплавами.

Механизмы деформационного упрочнения металлических сплавов и динамического дисперсионного твердения рассмотрены в работах [ 1, 4 ].

Искусственно-гетерофазные наноструктуры возникают после введения в металлическую или неметаллическую матрицу частиц в заранее измельчённом состоянии, размером около 10^-7 м (до 100─150 нм). Например, введением фуллеренов, фуллеритов, нанотрубок и т.д. в равномерно распределённом мелкодисперсном состоянии [ 2 ].

Успешным примером создания естественно-гетерофазных структур в геодезическом приборостроении является многократная термопластическая обработка упругих нитей подвесов рабочих тел электролитических преобразователей угла наклона теодолита Т5Э и тахеометров 2Та5 и 3Та5, выполненных из высокопрочных, коррозионностойких высокоазотистых сталей аустенитного класса [ 4-5 ]. Увеличение прочности указанных сталей производилось за счёт динамического старения под напряжением при температурах наибольшей диффузионной подвижности атомов азота [ 5 ]. Такая обработка снизила величины неупругих эффектов упругих подвесов чувствительных элементов электронных угломерных геодезических приборов, увеличила стабильность наноструктурного состояния материала ответственных упругих элементов приборов, повысив качество и надёжность их работы в течение всего ресурса эксплуатации. Аналогичная нанотехнология позволила повысить качество работы торсионных подвесов из титановых сплавов за счёт создания естественно-гетерофазной наноструктуры. Указанная нанотехнология применима к любым маятниковым подвесам геодезических приборов.