СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

А.Е. Лигачев, М.В. Жидков, С.А. Сорокин, Ю.Р. Колобов, Г.В. Потемкин

Состояние поверхности титана после облучения импульсным рентгеновским излучением.............................................5

Исследовано влияние потока мягкого импульсного рентгеновского излучения на

топографию поверхности титанового сплава ВТ 1-0. Плотность энергии излучения

на поверхности образца за один импульс составляла ~10 Дж/см². Установлено, что в

результате плавления и последующего затвердевания на поверхности титана формируется

волнистый рельеф: после одного импульса на поверхности образуется рельеф ячеистого

или сетчатого типа, после двух импульсов сетчатый рельеф становится более четким,

после трех импульсов — поверхность титана оплавляется и сетчатая структура почти

не видна. Дефекты в виде кратеров не обнаружены, но после вызванного импульсным

рентгеновским облучением оплавления и последующего быстрого охлаждения

расплавленного металла на поверхности титана образуются небольшие трещины.

Ключевые слова: рентгеновское излучение, титан, доза облучения, топография

поверхности.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-6-5-9

Плазмохимические способы получения и обработки материалов

А.М. Кручинин, М.Я. Погребисский, Е.С. Рязанова, А.Ю. Чурсин

Условия формирования плазменной струи в ламинарном плазмотроне.............................................................................10

Ламинарная плазменная струя является эффективным инструментом плазменных

технологий обработки материалов благодаря большим значениям среднемассовой

температуры и высокой проникающей способности плазменной струи. Однако

формирование ламинарной струи в осевом струйном плазмотроне связано с рядом

трудностей, обусловленных физическими ограничениями. В работе найдены условия

формирования ламинарной струи на выходе из сопла плазмотрона с межэлектродными

вставками при использовании наиболее распространенных плазмообразующих газов. С

использованием метода универсальных характеристик дуги и теплообменной модели

дуги струйных плазмотронов проведен расчет характеристик дуги, сжатой стенками

разрядного канала; определены необходимая степень сжатия дуги в режиме устойчивой

ламинарной струи и её предельные значения с учетом допустимой тепловой нагрузки

на стенки разрядного канала в зоне стабилизации дуги. Показано, что уменьшение

диаметра разрядного канала плазмотрона, уменьшающее диаметр ламинарной

плазменной струи, истекающей из сопла плазмотрона, снижает допустимые значения

степени сжатия дуги. Показано влияние режима охлаждения стенок канала плазмотрона,

образованного межэлектродными вставками, при раздельном водяном охлаждении

каждой межэлектродной вставки и при объединенном их охлаждении на степень

сжатия дуги. Все расчеты проводились для значений расхода газа и длины разрядного

канала, удовлетворяющих базовому условию формирования ламинарной струи Re<150.

Определены значения тока дуги, необходимые для получения ламинарной плазменной

струи, в зависимости от сечения разрядного канала и расхода плазмообразующего газа

с учетом теплофизических свойств газовой среды. Предложенная в работе методика

позволяет рассчитать температурный профиль столба дуги в зоне стабилизации

ламинарного плазмотрона и может использоваться при разработке плазмотронов с

устойчивой ламинарной струей заданного плазмообразующего газа.

Ключевые слова: дуговые плазмотроны, ламинарные плазмотроны, теплообменная

модель дуги.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-6-10-16

Функциональные покрытия и обработка поверхности

Е.А. Немец, В.А. Сургученко, А.П. Панкина, С.Т. Метельский, В.И. Севастьянов

Способы регулирования физико-химических и биологических свойств поверхности пленочных образцов

поли(оксибутирата-ко-оксивалерата)...................................................................................................................................17

Одним из основных недостатков полимеров, широко используемых для изготовления

имплантатов, в том числе протезов кровеносных сосудов, а также резорбируемых

матриксов для тканевой инженерии и регенеративной медицины, является

гидрофобность их поверхности. В данной работе проведен сравнительный анализ

способов модифицирования пленочных образцов из поли(оксибутират-ко-оксивалерата)

(П(ОБ-ОВ)), направленных на регулирование гидрофильных, морфологических и

биологических свойств их поверхности. Обнаружено, что при введении в объем полимера

различных гидрофильных соединений в концентрации 10-50 масс.% наибольшая

гидрофилизация поверхности образцов П(ОБ-ОВ) наблюдается при использовании

Плюроник® F-68 в концентрации 20% (контактный угол q = 53 ± 9°). Обработка образцов

1N NaOH в течение 6 ч при 37°С позволила добиться высокой степени гидрофилизации

поверхности (q = 36 ± 3°) при концентрации отрицательно заряженных кислых групп

2,9 ± 0,1 нМ/см² без визуальных признаков деструкции. Введение гидрофильных

компонентов в объем пленочных образцов позволяет добиться заметной гидрофилизации

их поверхности, но является малоэффективным с точки зрения повышения их матриксных

свойств. Щелочной гидролиз позволяет гораздо более эффективно гидрофилизовать

поверхность образца за счет генерирования в процессе обработки отрицательного

заряда, что положительно сказывается на адгезии и пролиферации мезенхимальных

стромальных клеток жировой ткани человека.

Ключевые слова: поли(оксибутират-ко-оксивалерат), поверхность, гидрофильность,

полиэтиленгликоль, Плюроник®F-68, гидролиз, морфология, мезенхимальные

стромальные клетки, адгезия, пролиферация.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-6-17-25

Композиционные материалы

Д.Г. Муратов, А.А. Васильев, М.Н. Ефимов, Г.П. Карпачева,

Э.Л. Дзидзигури, П.А. Чернавский

Металл-углеродные нанокомпозиты FeNi/C: получение, фазовый состав,

магнитные свойства................................................................................................................................................................26

Получены наноразмерные частицы сплава FeNi в составе металл-углеродных

нанокомпозитов. Синтез осуществлялся в условиях ИК-пиролиза прекурсоров,

представляющих собой пленки, полученные из совместного раствора поливинилового

спирта и гидратов нитратов железа и никеля. Изучены особенности формирования

наночастиц FеNi в зависимости от условий синтеза, а также влияние температуры

синтеза, структуры и состава нанокомпозитов на их магнитные свойства. Установлено,

что наночастицы сплава FeNi могут формироваться путем восстановления наночастиц

замещенного никелем магнетита (Ni,Fe)Fe2O4 и через восстановление Fe2O3 до железа,

которое растворяется в никеле либо Ni3Fe. С повышением температуры синтеза

до 700°С средний размер наночастиц изменяется от 6 до 14 нм, распределение по

размерам уширяется, а максимум распределения смещается от 3-5 к 9-11 нм. Рост

наночастиц происходит за счет агломерации, вызванной структурными изменениями

матрицы нанокомпозита при нагреве. Показано, что материалы, полученные при

температурах выше 400°С, проявляют ферромагнитные свойства, а при Т = 700°С —

свойства, характерные для наноразмерных частиц твердого раствора FeNi. С ростом

температуры синтеза наблюдается рост намагниченности насыщения, что объясняется

восстановлением оксидов железа, формированием и ростом наночастиц твердого раствора

FeNi. Изменения коэрцитивной силы при этом определяются увеличением среднего

размера наночастиц FeNi синтеза. Коэрцитивная сила максимальна для нанокомпозитов,

синтезированных при 600°С, при повышении температуры синтеза коэрцитивная сила

снижается из-за формирования более крупных наночастиц.

Ключевые слова: наночастицы FeNi, поливиниловый спирт, нанокомпозиты, магнитные

свойства, ИК-нагрев.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-6-26-34

А.А. Чуларис, Р.А. Рзаев, А.Г. Валишева

Особенности формирования и строения структуры швов соединений,

выполненных сваркой трением с перемешиванием...............................................................................................................35

Исследована микроструктура ядра сварного шва и зоны термического влияния, а также

расположенной между ними зоны термодеформационного влияния, сформировавшихся

при сварке трением с перемешиванием (СТП) алюминиевого сплава, медных сплавов,

стали 12Х18Н10Т и сплавов ОТ4-1, ВТ-1. Ядро сварных соединений при СТП формируется

в режиме структурной сверхпластичности, а его структура имеет сдвиго-полосчатое

строение типа “луковичного узора”, состоящего из большого количества ламелей,

формирующих полосы сдвига под влиянием подвижного сварочного инструмента.

Достижение сверхпластического состояния при формировании ядра шва обеспечивается

поэтапным протеканием различных механизмов пластической деформации в режиме

простой, собирательной и аномальной динамической рекристаллизации, инициируемой

процессами динамического возврата и полигонизации с переходом к постдинамической

рекристаллизации по механизмам Бейли-Хирша и Кана-Бюргерса-Тейлора. Для

группы металлов и сплавов, обладающих полиформизмом (высоколегированные стали,

титановые сплавы), сверхпластичное состояние также поддерживается благодаря

рекристаллизации двойникованием (медь, стали, Ti и его сплавы) и в результате a→g

или a→b фазовых превращений.

Ключевые слова: сварка трением с перемешиванием, алюминиевый сплав, медный сплав,

ядро сварного шва, зона термодеформационного влияния, зона термического влияния,

рекристаллизация, сверхпластичность.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-6-35-47

Н.М. Русин, А.Л. Скоренцев

Особенности пластического течения спеченных сплавов Al-12Si-xSn...............................................................................48

Исследована возможность получения композиционного самосмазывающегося материала

системы Al-Sn с легированной матрицей путем жидкофазного спекания прессовок из

смеси порошков эвтектического сплава Al-12Si и олова. Исходные сырые прессовки

имели пористость ~10%, прочность спеченных композитов Al-12Si-xSn была значительно

ниже аддитивной величины. После дополнительного горячего уплотнения спеченных

образцов при температурах 200 и 250°С (ниже и выше точки плавления олова) пористость

прессовок уменьшалась, а прочность достигла теоретического значения. Пластичность

композитов при сжатии после уплотнения также повышалась и была максимальной

в композите с 10-20% Sn. Анализ кривых деформации при сжатии показал, что для

спеченных композитов характерна длительная линейная стадия пластического течения

с малым коэффициентом деформационного упрочнения. С повышением содержания

олова стадия линейного течения укорачивается и при концентрации 40% Sn исчезает.

Перед разрушением наблюдается транскристаллитное локализованное течение и

растрескивание материала.

Ключевые слова: жидкофазное спекание, самосмазывающиеся материалы, прочность и

пластичность, износостойкость, структура двухфазных композитов, горячая допрессовка.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-6-48-59

А.Ф. Шарипова, О.Б. Бакина, А.С. Ложкомоев, Е.А. Глазкова,

А.В. Первиков, Н.В. Сваровская, М.И. Лернер, С.Г. Псахье,

И. Готман, Э.Ю. Гутманас

Холодное спекание композитных наночастиц Ni-Ag, полученных электрическим взрывом проволок.............................60

Исследованы консолидированные объемные материалы из электровзрывных

нанопорошков 77 Ni-23 Ag, Ni и Аg, полученные холодным спеканием в градиенте

высоких давлений. Установлено, что электрический взрыв проволочек приводит к

образованию преимущественно янус-наночастиц из несмешивающихся металлов Ni и

Аg с сохранением наноструктуры в консолидированных объемных образцах. Изучена

микроструктура и механические свойства консолидированных образцов, изготовленных

из исходных порошков, а также после термообработки в потоке водорода. Показано, что

термообработка компактов плотностью 70% в потоке водорода приводит к увеличению

плотности и пластичности образцов, полученных холодным спеканием. Плотность

образцов 77 Ni-23 Ag и Ni, полученных холодным спеканием при давлении 3 ГПа,

достигает 95% от теоретической плотности металлов, а плотность консолидированных

образцов Аg близка к 100%. При испытаниях на трехточечный изгиб и сжатие получены

высокие значения прочности спеченных образцов.

Ключевые слова: электрический взрыв проволочек, несмешивающиеся металлы, Ni-Аg,

холодное спекание, нанокомпозиты, механические свойства.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-6-60-68

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

А.О. Мазаев, Г.П. Кобылянский, Е.А. Звир, Г.В. Шишалова, И.А. Миндукшева

Влияние термических испытаний, моделирующих режимы сухого хранения топлива ВВЭР-1000,

на морфологию гидридной фазы в оболочках ТВЭЛов..........................................................................................................69

Проведены металлографические исследования поперечных и продольных сечений

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./кг U соответственно. Экспериментально исследовано

влияние длительных термических испытаний в условиях, моделирующих режимы

сухого хранения ТВЭЛов, на морфологию гидридов в поперечном и продольном

сечениях оболочек из циркониевого сплава Э110. В стационарных условиях испытания

ТВЭЛы выдерживали в среде гелия при температуре 380°С в течение 468 суток, а при

термоциклировании от 20 до 380°С (48 циклов, выдержка при 380°С от 1 до 10 суток)

— в течение 427 суток. Проведены металлографические исследования микроструктуры

поперечных и продольных сечений оболочек ТВЭЛов с целью определения влияния

степени выгорания топлива и режимов термических испытаний на морфологию

гидридов циркония на участках ТВЭЛов, соответствующих середине топливного столба

и газосборнику. Установлено, что удельная длина гидридов не превышает 4,5·10–3 мкм–1

и коррелирует с низким содержанием водорода в оболочке. Термические испытания не

измененили содержание водорода в оболочках, но вызвали увеличение удельной длины

гидридов в поперечном сечении оболочек в 1,5-1,9 раза в ТВЭЛах с низким выгоранием.

В продольных сечениях оболочек этих ТВЭЛов, а также в ТВЭЛах с высоким уровнем

выгорания топлива такой коагуляции гидридов не наблюдалось. Термические испытания

в стационарных условиях и в режиме термоциклирования не привели к существенному

изменению ориентации гидридов, которая в поперечном сечении оболочек являлась

преимущественно тангенциальной с высокой долей хаотичной составляющей, тогда как

в продольном сечении преобладала аксиальная ориентация гидридов.

Ключевые слова: оболочка ТВЭЛов реактора ВВЭР-1000, гидридная фаза, содержание

водорода, термические испытания, сухое хранение.

DOI: 10.30791/0015-3214-2018-6-69-78

Авторский указатель за 2018 год.......................................................................................................................................... 78