Scientific journal
Modern high technologies
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

THE POSSIBLE STATES OF THE MODULAR STRUCTURES OF THE CRYSTAL, NANO-DIMENSIONAL AND FRACTAL OBJECTS ONTO SURFACE OF THE ANTI-FRICTION COMPOSITIONAL COATINGS

Ivanov V.V. 1
1 J-SC SDTU «ORION»
The description of the possible structural states of the crystal and nano-dimension objects and variants of its site- and size-distributions onto surface of the compositional coatings by friction and wear were offered. The main components of description (rr, nn, ff) of the objects and the possible characters of its distributions were considered. The possible correlations of these ordering/disordering characters of the crystal, nano-dimension objects and fractal structures were analyzed. Fractal structures as a possible approximants of the inter-phase borders configurations, site- and size-distributions of the crystal phases and nano-dimension particles onto surface of anti-friction compositional coatings are considered. Therefore the structural states are included the crystal and nano-dimensional objects and fractal laws of its distributions.
structural state
modular structures
compositional coating
crystal object
nano-dimensional object
fractal structure

На основе сформулированных в [1–4] принципов модулярного строения кристаллических фаз, наноструктур и фрактальных структур разработаны методы комбинаторного и итерационного моделирования вероятных структур неорганических веществ, наноразмерных фаз и регулярных фракталов [5–12]. Для получения модулярных структур кристаллов, наноразмерных фаз и фрактальных объектов предложены варианты разбиения и структурирования пространства [13], способы формирования модулярных ячеек [14] и структурных модулей [15]. Проанализирована возможность получения модулярных ячеек из гиперпространственных симплексов [16–20]. Учтены структурные особенности гиперпространства при формировании возможных структурных состояний транзитивных областей предварительно структурированных 2D и 3D пространств [21–27].

Способы описания фазово-разупорядоченного состояния поверхности

Фазово-разупорядоченное состояние поверхности многофазных антифрикционных материалов может быть описано тремя способами:

1) как совокупность фазовой и структурно-фазовой разупорядоченностей, а также структурной разупорядоченности в отдельных кристаллических фазах [1, 28–39];

2) как комплексное структурное состояние поверхности композита, включающее в себя кроме кристаллической r компоненты также наноразмерную n и фрактальную f компоненты [40–50];

3) как модулярное структурное состояние (rr, nn, ff) реально существующих объектов (кристаллических фаз, нанообъектов), а также законов их сайт- и сайз-распределений на поверхности композиционного материала.

Способ 1. Состояние фазовой разупорядоченности сопровождается 2D распределением каждой из фаз от упорядоченного до полностью разупорядоченного, а также квазинепрерывным или дискретным распределением микрочастиц фаз по размерам [28, 30–37]. Системы квазиупорядоченных замкнутых фрактальных кривых могут быть аппроксимантами для 2D сетки межфазных границ [28, 29, 33–35].

В состоянии структурно-фазовой разупорядоченности при трении некоторые фазы в его поверхностных слоях могут перейти в ультрадисперсное состояние (2D-наноструктуры N2m и 1D-наноструктуры N1m) и/или в состояние с другой структурной модификацией [29, 31–35, 36–39]. Если структурные элементы наноразмерных частиц не обладают сферической симметрией, то образуются модулярные наноструктуры вида N2p,or, для которых различают позиционную (p) и ориентационную (or) упорядоченности.

Состояние структурной разупорядоченности предполагает либо наличие в многоподрешеточных структурах определенных фаз разупорядоченных атомов по одной или нескольким подрешеткам данной структуры [28], либо наличие по крайней мере в одном кристаллографическом направлении в m-упорядоченной структуре R3m разупорядоченного расположения атомов. Частично разупорядоченные модулярные наноструктуры R2p,or с кристаллическим законом упорядочения модулей являются частным случаем соответствующих модулярных наноструктур вида N2p,or, в которых формально возможен и фрактальный закон упорядочения [39].

Способ 2. Возможные пространственные компоненты вероятных структурных 2D-состояний детерминистических модулярных структур на поверхности композитов проанализированы [40–50]. Установлено существование 6 разных классов состояний: кристаллический rr, кристаллический наноразмерный rn, наноразмерный nn, кристаллический фрактальный rf, фрактальный гибридный ff, наноразмерный фрактальный nf. Эти классы состояний содержат всего 45 вариантов реализации комбинаторно различных состояний в 2D пространстве. Сформулированы принципы формирования возможных структурных состояний из фрактальных компонент с учетом полугрупповых свойств множества соответствующих 1D генераторов [51] и из наноразмерных компонент с учетом свойств множества соответствующих нанообъектов [52].

Способ 3. Для описания конкретного структурного состояния поверхности могут быть использованы основные 2D состояния модулярных структур: rr – для кристаллических фаз, nn – для наноразмерных структур и ff – для законов распределения их межфазных границ. Тогда формальное состояние поверхности будет выглядеть следующим образом: (rr, nn, ff).

Состояния модулярных структур на поверхности антифрикционных покрытий

Перечислим возможные варианты реализации модулярных структур, охарактеризуем виды состояний модулярных структур, соподчиненные () и с (*) .

опряженные им (*) состояния.

Класс кристаллический (r r), модулярные структуры Rrr2:

(r r) - 2D-кристалл из упорядоченных атомных цепочек, (r r)* = (r r), (r r)  (nr nr),

(r rn) - 2D-кристалл из упорядоченных 1D-нанофрагментов, (r rn)* = (r nr), (r rn)  (nr n),

(r rf) - 2D-кристалл из упорядоченных 1D локальных фракталов, (r rf)* = (r fr), (r rf)  (nr nf),

(rn rn) - 2D-кристалл из упорядоченных наноразмерных частиц, (rn rn)* = (nr nr), (rn rn)  (n n),

(rn rf) - 2D-кристалл из упорядоченных 1D-нанофрагментов и 1D л , (окальных фракталов, (rn rf)* = (nr fr), (rn rf)  (n nf),

(rf rf) - 2D-кристалл из упорядоченных локальных фракталов (детерминистическая фрактальная структура), (rf rf)* = (fr fr), (rf rf)  (nr nr).

(r ro) - 2D-кристалл из разупорядоченных атомных цепочек, (r rо)* = (r rо), (r rо)  (nr nо),

(rn ro) - 2D-кристалл из разупорядоченных 1D-нанофрагментов, (rn rо)* = (nr rо), (rn rо)  (nr nо),

(rf ro) - 2D-кристалл из разупорядоченных 1D локальных фракталов, (rf rо)* = (fr rо), (rf rо)  (nf nо),

(ro ro) - апериодический (аморфный) 2D-кристалл, (ro ro)* = (ro ro), (ro ro)  (nono).

Класс наноразмерный (n n), модулярные структуры Rnn2:

(n n) - 2D-наночастица, (n n)* = (n n),

(n nr) - 2D-нанообъект из упорядоченных 1D-фрагментов структуры, (n nr)* = (n rn),

(n nf) - 2D-нанообъект из упорядоченных 1D локальных фракталов, (n nf)* = (n fn),

(nr nr) - 2D-нанофрагмент структуры, (nr nr)* = (rn rn),

(nr nf) - 2D-нанообъект из упорядоченных 1D-фрагментов структуры и 1D л , (окальных фракталов, (nr nf)* = (rn fn),

(nf nf) - 2D локальный фрактал, (nf nf)* = (fn fn),

(n no) - 2D-нанообъект из разупорядоченных 1D-наночастиц, (n no)* = (n no),

(nr no) - 2D-нанообъект из разупорядоченных 1D-фрагментов структуры, (nr no)* = (rn no),

(nf no) - 2D-нанообъект из разупорядоченных 1D локальных фракталов, (nf no)* = (fn no),

(no no) - апериодический (аморфный) 2D-нанообъект из разупорядоченных 0D-наночастиц, (nono)* = (nono)

Класс фрактальный гибридный (f f), модулярные структуры Rff2 :

(f f) - 2D фрактальная гибридная структура, (f f)* = (f f),

(f fr) - 2D фрактал из 1D детерминистических фракталов, (f fr)* = (f rf),

(f fn) - 2D фрактал из 1D фрактальных нанообъектов, (f fn)* = (f nf),

(fr fr) - 2D детерминистический фрактал, (fr fr)* = (rf rf),

(fr fn) - 2D ф 1D 1D , (рактал из 1D детерминистических фракталов и и 1D , (з 1D фрактальных нанообъектов, (fr fn)* = (rf nf),

(fn fn) - 2D фрактал из 2D фрактальных нанообъектов, (fn fn)* = (nf nf).

Индексы r, n, f и o х ( ), , арактеризуют кристаллический (периодический), наноразмерный, фрактальный и с лучайный (хаотический) законы распределения, соответственно. Всего 10×10×6 = 600 комбинаторно различных вариантов описаний структурных состояний поверхности. Для квазифрактальных конфигураций межфазных границ вариант случайной их реализации не учитывается, т.к. их аппроксимантами являются детерминистические фрактальные R2ff структуры, существующие в д 2D .етерминированном предварительно структурированном 2D пространстве.

Отметим, что в 2D п 1D ( ространстве множество вероятных структурных состояний детерминистических модулярных структур композитов состоит из трех основных автосопряженных 1D состояний (кристалл с а томной структурой rrr, нанообъект nnn, локальный фрактал fff) и т :

рех пар сопряженных между собой состояний:

- кристалл из нанообъектов rn и н анообъект с к ристаллической структурой nr;

- кристалл из локальных фракталов rf и ф рактал с к ристаллической структурой fr;

- нанообъект с ф рактальной структурой nf и ф рактал из нанообъектов fn.

Таким образом, состояния кристаллического класса имеют в к 1D 2D , 1Dачестве сопряженных состояний 1D и 2D н , 1Dанофрагменты и д , 1Dетерминистические фракталы, состояния наноразмерного класса - 1D и 2D с , 1D 2D остояния из наноразмерных частиц и л , 1D 2D окальных фракталов, а с 1D 2D остояния фрактального гибридного класса - 1D и 2D с остояния из локальных фракталов и н анофракталов.

В [53, 54] п , , . - , - [29, 39, 55 72].

роанализировано влияние размерных характеристик возможных состояний, включающих фрактальную и н , . - , - [29, 39, 55 72].

аноразмерную компоненты, на свойства системы модулярных структур. Значения размерностей каждой структуры могут быть использованы при определении квазиупорядоченных сайт-распределений определенных фаз по поверхности композиционных покрытий, сайз-распределений поверхностных фаз и х [29, 39, 55 72].

арактеристик конфигураций межфазных границ и р [29, 39, 55 72].

асчета трибологических свойств поверхности покрытий в с [29, 39, 55 72].

оответствии с [29, 39, 55-72].

Выводы

Предложены варианты описания возможных структурных состояний кристаллических и наноразмерных объектов и характера их сайт- и сайз-распределений на поверхности композиционных покрытий при трении и износе. Рассмотрены основные компоненты описания (rr, nn, ff) состояний объектов и вероятные характеры их упорядоченности. Проанализированы взаимосвязи вероятных характеров упорядоченности или разупорядоченности кристаллических, наноразмерных объектов и фрактальных структур. Фрактальные структуры можно рассматривать как возможные аппроксиманты конфигураций межфазных границ, сайт и сайз-распределений объектов на поверхности антифрикционных композиционных покрытий. В связи с этим структурные состояния включают кристаллические, наноразмерные объекты и фрактальные законы их распределения.