ОСНОВНІ НАУКОВІ РЕЗУЛЬТАТИ

Встановлено кореляцію між електронною структурою (густиною станів на рівні Фермі) і ближнім атомним порядком у твердих розчинах на основі заліза. Показано, що посилення металевого характеру міжатомної взаємодії сприяє ближньому атомному впорядкуванню, в той час як переважаючі ковалентні міжатомні зв'язки викликають ближнє розшарування твердих розчинів.

Показано, що азот в аустенітних сталях підвищує концентрацію вільних електронів на рівні Фермі і, сприяючи ближньому атомному упорядкуванню в розподілі легуючих елементів, збільшує на відміну від вуглецю термодинамічну стабільність твердого розчину, що є головним фізичним критерієм для конструювання високоміцних корозійностійких сталей.

Посиленим металевим характером міжатомних зв'язків пояснена висока в'язкість руйнування і ударна в'язкість азотистих сталей. Встановлено фізичні механізми аномально високого зміцнення аустенітних сталей азотом при кріогенних температурах, зернограничного і деформаційного зміцнення азотистих сталей.

Виходячи з досліджень електронної структури, розроблено концепцію легування аустенітних сталей комбінацією азоту і вуглецю, що дозволяє конструювати економнолеговані  нержавіючі аустенітні сталі. На цій основі вперше ab initio створена високоміцна аустенітна сталь, що володіє високою пластичністю, в'язкістю руйнування, інтенсивним деформаційним зміцненням і стійкістю до зносу при ударних навантаженнях (корозійностійкий аналог стали Гадфільда).

Розроблено електронну концепцію водневої крихкості металевих матеріалів, в основі якої лежить отриманий з теоретичних розрахунків і експериментально підтверджений ефект підвищення воднем щільності станів на рівні Фермі і, відповідно, збільшення концентрації вільних електронів у твердих розчинах. Показано, що наслідком цього є зменшення напруги старту дислокаційних джерел та питомої енергії дислокацій, що збільшує їх рухливість. Підвищена воднем локалізована пластичність призводить до псевдокрихкого руйнування матеріалу.

В результаті цих досліджень запропоновано і практично реалізовано ідею легування аустенітних сталей елементами, що зменшують концентрацію вільних електронів, що дозволяє підвищити їх стійкість до водневої крихкості.

Нове фізичне явище, магнітний крип, виявлено в сплавах Гейслера з магнітною пам'яттю форми, сутність якого полягає в еволюції в часі мартенситної структури і, відповідно, наведеної магнітним полем деформації при постійних величинах прикладеного поля і температури. Знайдена аналогія між магнітним і механічним крипом.

Новий тип пам'яті форми виявлений в феромагнітних сплавах системи Ni-Mn-Ga: 100% магніто-термічний ефект пам'яті форми.

Виконуючи окремі проекти в рамках програми «Нанокристалічні матеріали», відділ виконав дослідження кристалічної структури і надтонких взаємодій у вугіллі як природному наноматеріалі, що дозволило встановити фізичну природу утворення шахтного метану. Показано, що під впливом присутніх у вугіллі сполук заліза збільшується концентрація нескомпенсованих електронних спінів, тобто обірваних зв'язків на атомах вуглецю, що заповнюються атомами водню. Виявлений ефект було промодельовано на суміші ультрачистого графіту, що не містить заліза, 2 - і 3-валентних сполук заліза і середовища, що містить водень. На підставі отриманих результатів запропоновано промисловий метод отримання метану із вугілля.

У 2010-2014 роках на основі вперше виявлених особливостей низькотемпературного мартенситного перетворення  розроблено фізичну концепцію глибокої криогенної обробки інструментальних сталей і запропоновано її оптимальну технологію