НИТУ «МИСиС», Москва, Россия:

Коссович Е. Л., старший научный сотрудник научно-учебной испытательной лаборатории физико-химии углей, канд. физ.-мат. наук, e.kossovich@misis.ru

Представлен обзор современного состояния исследований по применению методов микро- и наноиндентирования для оценки механических свойств углей и их отдельных мацералов, а также способности углей к разрушению с образованием частиц пыли. На основании экспериментальных данных по наноиндентированию и Романовской спектроскопии установлены взаимосвязи между структурой органического вещества углей разных видов и стадий метаморфизма, их механическими свойствами и склонностью к разрушению.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант №18-77-10052).

1. ГОСТ 21206–75. Угли каменные и антрацит. Метод определения микротвердости и микрохрупкости (с изм. № 1, 2). – М. : ИПК «Издательство стандартов», 2000. – 7 с.
2. ГОСТ Р 59262–2020. Угли бурые, каменные и антрацит. Метод определения микротвердости и микрохрупкости. – М. : Стандартинформ, 2020. – 12 с.
3. Булычев С. И., Алехин В. П., Шоршоров М. Х., Терновский А. П., Шнырев Г. Д. и др. Определение модуля Юнга по диаграмме вдавливания индентора // Заводская лаборатория. 1975. Т. 41. № 9. С. 1137–1140.
4. Oliver W. C., Pharr G. M. Measurement of hardness and elastic modulus by instrumented indentation: Advances in understanding and refinements to methodology // Journal of Materials Research. 2004. Vol. 19. No. 1. P. 3–20.
5. Kožušníková A. Determination of Microhardness and Elastic Modulus of Coal Components by Using Indentation Method // GeoLines. 2009. Vol. 22. P. 40–43.
6. Godyń K., Kožušníková A. Microhardness of Coal from Near-Fault Zones in Coal Seams Threatened with Gas-Geodynamic Phenomena, Upper Silesian Coal Basin, Poland // Energies. 2019. Vol. 12. Iss. 9. DOI: 10.3390/en12091756
7. Коссович Е. Л., Добрякова Н. Н., Эпштейн С. А., Белов Д. С. Определение механических свойств микрокомпонентов углей методом непрерывного индентирования // ФТПРПИ. 2016. № 5. С. 84–91. DOI: 10.1134/S1062739116041382
8. Epshtein S. A., Borodich F. M., Bull S. J. Evaluation of elastic modulus and hardness of highly inhomogeneous materials by nanoindentation // Applied Physics A: Materials Science and Processing. 2015. Vol. 119. Iss. 1. P. 325–335. DOI: 10.1007/s00339-014-8971-5
9. Бородич Ф. М., Булл С. Д., Эпштейн С. А. Особенности применения наноиндентирования для изучения механических характеристик неоднородных материалов // ФТПРПИ. 2015. № 3. С. 57–63. DOI: 10.1134/S1062739115030072
10. Vranjes S., Misch D., Schöberl T., Kiener D., Gross D., Sachsenhofer R. F. Nanoindentation study of macerals in coals from the Ukrainian Donets Basin // Advances in Geosciences. 2018. Vol. 45. P. 73–83.
11. Yihuai Zhang, Lebedev M., Al-Yaseri A., Hongyan Yu, Xiaomeng Xu, Iglauer S. Characterization of nanoscale rockmechanical properties and microstructures of a Chinese sub-bituminous coal // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2018. Vol. 52. P. 106–116.
12. Yihuai Zhang, Lebedev M., Al-Yaseri A., Hongyan Yu, Xiaomeng Xu et al. Nanoscale rock mechanical property changes in heterogeneous coal after water adsorption // Fuel. 2018. Vol. 218. P. 23–32.
13. Chenliang Hou, Bo Jiang, Hewu Liu, Yu Song, Shaochun Xu. The differences of nanoscale mechanical properties among coal maceral groups // Journal of Natural Gas Science and Engineering. 2020. Vol. 80. DOI: 10.1016/j.jngse.2020.103394
14. Ulyanova E. V., Molchanov A. N., Prokhorov I. Y., Grinyov V. G. Fine structure of Raman spectra in coals of different rank // International Journal of Coal Geology. 2014. Vol. 121. P. 37–43.
15. Wendong Zhou, Hetang Wang, Deming Wang, Yunhe Du, Kang Zhang, Yongchao Qiao. An experimental investigation on the influence of coal brittleness on dust generation // Powder Technology. 2020. Vol. 364. P. 457–466.
16. Argatov I. I., Borodich F. M., Epshtein S. A., Kossovich E. L. Contact stiffness depthsensing indentation: Understanding of material properties of thin films attached to substrates // Mechanics of Materials. 2017. Vol. 114. P. 172–179. DOI: 10.1016/j.mechmat.2017.08.009
17. Галанов Б. А., Григорьев О. Н. Аналитическая модель индентирования хрупких материалов // Электронная микроск опия и прочность материалов. Сер.: Физическое материаловедение, структура и свойства материалов. 2006. Т. 13. С. 4–47.
18. Kossovich E. L., Borodich F. M., Epshtein S. A., Galanov B. A. Indentation of bituminous coals: Fracture, crushing and dust formation // Mech anics of Materials. 2020. Vol. 150. DOI: 10.1016/j.mechmat.2020.103570
19. Коссович Е. Л., Эпштейн С. А., Бородич Ф. М., Добрякова Н. Н., Просина В. А. Взаимосвязи между неоднородностью распределения механических свойств углей на микро- и наноуровнях и их способностью к внезапным выбросам и разрушению // ГИАБ. 2019. № 5. С. 156–172. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-05-0-156-172
20. Hardiman M., Vaughan T. J., McCarthy C. T. A review of key developments and pertinent issues in nanoindentation testing of fibre reinforced plastic microstructures // Composite Structures. 2017. Vol. 180. P. 782–798.
21. Григорьев О. Н., Галанов Б. А., Котенко В. А., Иванов С. М., Ковальчук В. В., Лажевский В. А. Контактная прочность и трещиностойкость хрупких материалов // Металлофизика и новейшие технологии. 2005. Т. 27. № 8. С. 1095–1112.
22. Smerdova O., Pecora M., Gigliotti M., Castagnet S. Cyclic indentation test to characterise viscoelastic behaviour of polymers // Nanomechanical Testing in Materials Research and Development VI : Proceedings of Engineering Conferences International ECI Digital Archives. – New York : Engineering Conference International, 2017.
23. Němeček J. Creep effects in nanoindentation of hydrated phases of cement pastes // Materials Characterization. 2009. Vol. 60. Iss. 9. P. 1028–1034.
24. Mars W. V., Fatemi A. Factors that Affect the Fatigue Life of Rubber: A Literature Survey // Rubber Chemistry and Technology. 2004. Vol. 77. Iss. 3. P. 391–412.
25. Cole D. P., Henry T. C., Gardea F., Haynes R. A. Interpha se mechanical behavior of carbon fiber reinforced polymer exposed to cyclic loading // Composites Science and Technology. 2017. Vol. 151. P. 202–210.
26. Faisal N. H., Prathuru A. K., Goel S., Ahmed R., Droubi M. G. et al. Cyclic Nanoindentation and Nano-Impact Fatigue Mechanisms of Functionally Graded TiN/TiNi Film // Shape Memory and Superelasticity. 2017. Vol. 3. Iss. 2. P. 149–167.
27. Sergejev F., Kimmari E., Viljus M. Residual Stresses in TiC-based Cermets Measured by Indentation // Procedia Engineering. 2011. Vol. 10. P. 2873–2881.
28. Bagal A., Zhang X. A., Shahrin R., Dandley E. C., Junjie Zhao et al. Large-Area Nanolattice Film with Enhanced Modulus, Hardness, and Energy Dissipation // Scientific Reports. 2017. Vol. 7. No. 1. 9145. DOI: 10.1038/s41598-017-09521-6
29. Hirsch P. B. X-ray scattering from coals // Proceedings of the Royal Society of London. Series A: Mathematical and Physical Sciences. 1954. Vol. 226. Iss. 1165. P. 143–169.
30. Коссович Е. Л., Эпштейн С. А., Голубева М. Д., Красилова В. А. Разработка методики циклического наноиндентирования для оценки склонности углей к образованию пыли // ГИАБ. 2021. № 5. С. 112–121.