СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

А.О. Мазаев, Г.П. Кобылянский, Е.А. Звир, Е.В. Чертопятов

Изменение механических свойств оболочки в результате термических испытаний,

моделирующих режимы сухого хранения ТВЭЛов ВВЭР-1000..............................................................................................5

Представлены результаты механических испытаний на растяжение кольцевых

образцов, вырезанных из оболочек ТВЭЛов, отработавших в составе ТВС реакторов

ВВЭР-1000 в течение одной и шести годичных кампаний. Средняя глубина выгорания

топлива в этих ТВЭЛах составила ~20 и ~70 (МВт·сут)/кгU соответственно. Описаны

эксперименты по выявлению влияния длительных термических испытаний этих

ТВЭЛов при условиях, моделирующих режимы сухого хранения, на механические

свойства оболочек из циркониевого сплава Э110. Эксперименты включали выдержку

ТВЭЛов в среде гелия при температуре 380°С в течение 468 суток в стационарных

условиях и в течение 427 суток в условиях термоциклирования с 48 циклами изменения

температуры от 20 до 380°С и временем выдержки при этой температуре 1-10 суток. По

результатам механических испытаний при комнатной температуре и температуре 380°С

определяли предел прочности σВ, условный предел текучести σ0,2 и общее относительное

удлинение d0 оболочек на участках ТВЭЛов в районе газосборника и на уровне

расположения середины топливного столба. Полученные характеристики сравнивали

с соответствующими значениями для исходных (необлученных) оболочечных труб. В

результате эксплуатации ТВЭЛов в реакторе ВВЭР-1000 произошло упрочнение (более

чем в 1,4 раза) и снижение пластичности (более чем в 1,5 раза) оболочек в поперечном

направлении. При этом значения d0 были выше 15 %. Термические испытания привели

к частичному возврату к исходным (до эксплуатации) значениям σВ, σ0,2 и d0. Остаточное

радиационное упрочнение после термических испытаний оставалось выше 70% от

достигнутых в оболочках ТВЭЛов в результате эксплуатации значений σВ и σ0,2. Влияние

режима термических испытаний (термоциклирование или стационарный) на изменение

механических свойств оболочек не имело значимых различий.

Ключевые слова: оболочки ТВЭЛов ВВЭР-1000, кольцевые образцы, прочность,

пластичность, термические испытания, сухое хранение, возврат механических

характеристик.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-3-5-11

Плазмохимические способы получения и обработки материалов

В.И. Калита, Д.И. Комлев, Г.А. Прибытков, А.В. Барановский, А.А. Радюк, В.В. Коржова,

А.Ю. Иванников, А.В. Алпатов, М.Г. Криницын, А.Б. Михайлова

Керметные плазменные покрытия с карбидом титана...................................................................................................... 12

Выполнены сравнительные исследования покрытий, напыленных Ar-N2 плазмой с

местной защитой от атмосферы воздуха порошком высокоуглеродистого легированного

сплава марки С27 и кермета на его основе С27+50 об.% TiC. При напылении сплава

С27 содержание кислорода в покрытии повышается с 0,32 до 0,98%, азота — с 0,038

до 0,15%, содержание углерода снижается с 4,26 до 3,47%. При напылении керметного

порошка содержание кислорода в покрытии повышается с 0,56 до 1,96%, азота — с 0,068

до 0,64%, содержание углерода снижается с 10,5 до 8,19%. Изменения микротвердости

пористости исследуемых материалов зависят от содержания C, O, N и скорости

затвердевания напыляемых частиц.

Ключевые слова: плазменные керметные покрытия, сплав С27, кермет С27+50 об.% TiC,

плазменное напыление на воздухе с местной защитой, содержание кислорода, углерода,

азота в покрытиях, микротвердость.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-3-12-20

М.П. Данилаев, Е.А. Богослов, Ю.Е. Польский, И.В. Янилкин,

И.Р. Вахитов, А.И. Гумаров, Л.Р. Тагиров

Внутренние напряжения в полимерных пленочных покрытиях, полученных плазменным осаждением......................... 21

Разработана методика измерения внутренних напряжений в полимерных пленках,

осажденных на стеклянную подложку в плазме газового разряда. С помощью этой

методики исследована зависимость внутренних напряжений в тонких пленках

полиметилметакрилата и полистирола от времени осаждения и плотности тока

барьерного разряда при атмосферном давлении. Установлено, что при формировании

тонких полимерных покрытий из мономеров с высокой эффективностью полимеризации

средняя величина внутренних напряжения выше, чем для покрытий, получаемых из

мономеров, имеющих низкую эффективность полимеризации в плазме барьерного

разряда при атмосферном давлении. Это возможно объяснить увеличением удельного

количества поперечных сшивок в пленках первого типа под действием ультрафиолетового

излучения плазмы. Найдено квазиоптимальное время нанесения полимерного пленочного

покрытия из стирола, при котором величина внутреннего напряжения минимальна при

толщине пленки, приемлемой для ряда практических приложений.

Ключевые слова: полимерные пленки, плазма барьерного разряда, внутренние

напряжения в полимерных пленках.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-3-21-26

А.А. Николаев, Д.Е. Кирпичев, А.В. Николаев

Энергетическая структура анода плазменной дуги при восстановительной плавке

кварц-лейкоксенового концентрата....................................................................................................................................... 27

Описана лабораторная плазменно-дуговая восстановительная плавка материала на

основе оксидов титана и кремния. Плавку проводили в графитовом тигле диаметром

75 мм, находившимся под положительным потенциалом. Катодом дуги служил

графитовый электрод диаметром 50 мм с осевым каналом, через который в столб дуги

подавали аргон. Ток дуги составлял до 500 А, длина дуги — до 10 мм. Определены

градиент потенциала в столбе дуги, сумма приэлектродных падений потенциала,

омическое сопротивление материала и мощность, выделяющаяся в материале в

результате джоулева нагрева и достигающая до 70% от полной мощности. Определенное

на основе тепловой модели анодного пятна теоретическое значение сопротивления

материала удовлетворительно согласуются с экспериментом. Cопротивление материала

и его джоулев нагрев максимальны при холодном материале и уменьшаются вплоть до

нуля при его плавлении.

Ключевые слова: плазма, дуга, анод, пятно, восстановление, сопротивление, нагрев,

лейкоксен.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-3-27-33

Функциональные покрытия и обработка материалов

В.В. Титаренко, В.А. Заблудовский, Э.Ф. Штапенко

Структура и свойства композиционных никелевых покрытий, полученных с помощью

программируемого импульсного тока при лазерном облучении...........................................................................................34

Разработан способ нанесения композиционных электролитических покрытий в процессе

электроосаждения в электролите с микрочастицами ультрадисперсного алмаза (УДА) в

режиме программируемого импульсного тока при одновременном лазерном облучении.

Данный метод позволяет осуществлять послойное нанесение градиентных никелевых

покрытий толщиной 15-20 мкм с переменным содержанием микрочастиц УДА по глубине

покрытия. В слоях, осаждаемых в начальный период процесса, количество частиц УДА

минимально (0,10-0,13 ат.%), в слоях, осажденных на более поздних стадиях процесса,

концентрация частиц УДА возрастает до 0,19-0,26 ат.%. Градиент концентрации частиц

УДА по глубине улучшает адгезионные свойства и повышает износостойкость покрытий,

а также позволяет снизить на 16% расход частиц УДА при локальном повышении их ть

концентрацию частиц УДА в покрытии до 0,32 ат.%.

Ключевые слова: программируемый импульсный ток, лазерно-стимулированное

электроосаждение, композиционные никелевые покрытия, частицы ультрадисперсного

алмаза, структура, механические свойства.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-3-34-42

Т.А. Крылова, К.В. Иванов, В.Е. Овчаренко

Структурно-фазовое состояние и твердость покрытий, полученных при наплавке порошков Cr3C2

и TiC на низкоуглеродистую сталь высокоэнергетическим электронным пучком............................................................43

Методами оптической и растровой электронной микроскопии, микрорентгеноспектрального

анализа и анализа дифракции обратно рассеянных электронов исследовано

влияние величины введенной энергии на структуру и фазовый состав покрытий,

полученных при наплавке пучком высокоэнергетических электронов на воздухе смеси

порошков карбида хрома и карбида титана на низкоуглеродистую сталь. Установлена

корреляция между структурно-фазовым состоянием покрытий и их микротвердостью.

Отмечена роль частиц карбида титана в формировании структуры и изменении

микротвердости покрытий.

Ключевые слова: вневакуумная электронно-лучевая наплавка, микротвердость, карбиды,

объемная доля эвтектики.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-3-43-49

О.Е. Чуфистов, Е.А. Чуфистов

Формирование МДО-покрытий на деталях из конструкционных углеродистых сталей в растворах,

содержащих мелкодисперсный корунд................................................................................................................................... 50

Показана возможность получения качественных МДО-покрытий на деталях

из конструкционных углеродистых сталей путем комплексной обработки,

включающей жидкостное алитирование и микродуговое оксидирование в растворах

c мелкодисперсным корундом. Установлено, что при алитировании на деталях

формируется металлическое покрытие, наружные слои которого состоят из алюминия,

а внутренние — из алюминия и железа. МДО-покрытия формируются в результате

окисления алюминиевых металлических покрытий и включения в образующийся оксид

алюминия микрочастиц корунда из раствора. Продемонстрировано влияние ультразвука

на интенсификацию включения микрочастиц корунда в оксид алюминия. Показано, что

процесс МДО необходимо завершать до начала окисления алюминия во внутренних

слоях металлического покрытия, так как иначе в МДО-покрытие может попадать железо,

что приводит к изменению структуры и снижению физико-механических свойств

МДО-покрытий. Определены условия получения более толстых МДО-покрытий,

обладающих повышенной твердостью, износостойкостью, а также более высоким

электросопротивлением и напряжением пробоя.

Ключевые слова: конструкционные углеродистые стали, жидкостное алитирование,

МДО, корунд, ультразвук, горячие алюминиевые покрытия, МДО-покрытия.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-3-50-57

С.В. Гуркин, Н.В. Коберник, Р.С. Михеев, А.В. Нифонтова, Д.С. Зинюхин, П.А. Быков

Структура и эксплуатационные свойства антифрикционных покрытий из баббита....................................................58

Исследовано влияние режимов получения на структуру и эксплуатационные

характеристики антифрикционных покрытий на основе баббита, полученных методом

плазменно-порошковой наплавкой. С помощью РЭМ определен химический состав

матрицы и интерметаллической фазы, входящих в состав наплавленного покрытия.

Изучено влияние скорости наплавки покрытия и предварительного нанесения слоя

олова на стальную подложку на размер структурных составляющих в структуре

покрытия, коэффициент трения и износостойкость покрытия. Предложен критерий, по

величине которого оценивается близость реальной структуры покрытия к структуре,

обеспечивающей максимальную нагрузочную способность и наилучшие служебные

характеристики покрытия. Установлено, что нагрузочная способность покрытия

определяется, в основном, расстоянием между частицами интерметаллических фаз.

Показана, что нанесение оловянного подслоя на поверхность стальной подложки

увеличивает нагрузочную способность наплавленного слоя, препятствует проникновению

железа в наплавленный слой и обеспечивает более высокую адгезию покрытия.

Ключевые слова: структура баббита, плазменно-порошковая наплавка,

интерметаллические фазы, погонная энергия, коэффициент концентрации,

рентгеноспектральный анализ, износостойкость.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-3-58-65

Композиционные материалы

В.В. Кудинов, И.К. Крылов, В.И. Мамонов, Н.В. Корнеева

Разрушение композиционных материалов при низкоскоростном ударе.............................................................................66

Механизмы разрушения и свойства анизотропных полимерных композиционных

материалов (КМ, армированных пластиков) на основе пластичных и хрупких матриц,

упрочненных непрерывными углеродными и арамидными волокнами, исследованы при

статическом и динамическом нагружении методом “Разрыв Ударом” (РУ). Показано, что

при статическом нагружении деформация КМ плавно увеличивается до его разрушения.

Кривая деформации в статике гладкая, без пиков колебания нагрузки от разрушения

КМ как с жесткой, так и с пластичной матрицей. Увеличение скорости нагружения при

низкоскоростном ударе в ~104 раз по сравнению со статикой приводит к смене механизма

разрушения КМ. При ударе инициируется резкий разрыв волокон, и в результате

выделения энергии разрушения на кривой деформации образуются пики. Быстрое

накопление разрывов волокон приводит к разрушению КМ при меньшей деформации

и меньшей удельной работе разрушения по сравнению со статическим нагружением.

Установлено, что при низкоскоростном ударе свойства армированных пластиков резко

деградируют. Деформация углепластиков на основе пластичной и жесткой матриц

уменьшается в 3,8 раза (с 6,5 до 1,7%) и в 4,5 раза (с 2,1 до 0,47%) соответственно.

Деформация арамидных пластиков на основе жесткой матрицы снижается в 3,1 раза с

2,73 до 0,87%. При ударном нагружении удельная работа разрушения углепластиков с

жесткой матрицей снижается в 3,4 раза (с 48 до 14 Дж/см2), углепластиков на основе

пластичной матрицы — в 2,7 раза (с 154 до 57 Дж/см2), а арамидных пластиков с жесткой

матрицей — в 3,7 раза (с 141 до 38 Дж/см2). Сделан вывод, что выбор конструкционных

КМ на основании результатов только статических испытаний не гарантирует их

работоспособность в условиях низкоскоростного ударного нагружения.

Ключевые слова: статическое и динамическое нагружение, низкоскоростной удар, метод

“разрыв ударом” (РУ), удельная работа разрушения, предел прочности при растяжении,

сдвиговая прочность, полимерные композиционные материалы, упрочненные

непрерывными волокнами, армированные пластики, пластичная матрица, жесткая

матрица, углепластик, арамидный пластик.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-3-66-71

А.Ф. Банишев, А.А. Банишев

Деформационно-стимулированное свечение композиционного материала, полученного

на основе прозрачного в видимой области полиметилметакрилата и мелкодисперсного

порошка люминофора SrAl2O4:(Eu²⁺,Dy³⁺).............................................................................................................................. 72

Исследована механолюминесценция композиционного материала на основе

полимерного материала полиметилметакрилата и мелкодисперсного порошка

люминофора SrAl2O4:(Eu²⁺,Dy³⁺). Чувствительный к механическим воздействиям

механолюминесцирующий (сенсорный) слой формировался непосредственно в

поверхностном слое прозрачного в видимой области спектра полиметилметакрилата.

Исследована кинетика механолюминесценции и спектры фотолюминесценции

микрочастиц люминофора SrAl2O4:(Eu²⁺,Dy³⁺) в матрице полиметилметакрилата.

Фотолюминесценция возбуждалась наносекундными импульсами лазера с длиной волны

l=355 нм, механолюминесценция — акустической волной, генерируемой короткими

лазерными импульсами, и ударным механическим воздействием или динамическим

давлением стилуса, скользящего по поверхности сенсорного слоя.

Ключевые слова: механолюминесценция, композиционные материалы, люминофоры,

мелкодисперсные порошки, спектры, сенсоры.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-3-72-78

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

Е.К. Казенас, Ю.В. Цветков, Г.К. Астахова, В.А. Волченкова,

Н.А. Андреева, О.А. Овчинникова

Состав пара над карбидами, нитридами и оксидами химических элементов. Обзор...................................................... 79

Ряд современных технологий использует высокотемпературные процессы, что приводит

к необходимости исследовать свойства различных веществ, устойчивых при высоких

температурах, а также образующихся в этих условиях газообразных соединений.

Было установлено, что молекулярный состав парогазовой фазы многих химических

соединений и их смесей, в том числе карбидов, нитридов и оксидов, существенно

сложнее и разнообразнее, чем это представлялось раньше. Кроме мономерных молекул

в парах карбидов, нитридов, оксидов были обнаружены разнообразные газообразные

молекулы указанных соединений. В данной статье приведены данные по составу паров

карбидов, нитридов и оксидов практически всех химических элементов периодической

системы Менделеева.

Ключевые слова: состав пара, химические элементы, карбиды, нитриды, оксиды.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-3-5-79-88