СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

А.Г. Четверикова, О.Н. Каныгина, М.М. Филяк, С.А. Огерчук

Структурно-морфологические особенности монтмориллонита, обработанного

высокочастотным микроволновым полем...............................................................................................................................5

Исследовано влияние СВЧ-облучения (2,45 Гц, 750 Вт, 10 мин) на структурные

превращения в частицах природного алюмосиликата — монтмориллонита.

Установлено, что обработка порошковых проб в электромагнитном поле приводит к

снижению интенсивности дифракционных пиков на рентгенограммах и уменьшению

межплоскостных расстояний в решетке монтмориллонита вследствие удаления молекул

воды, содержащихся между трехслойными пакетами кристаллографических плоскостей.

Степень аморфизации монтмориллонита зависит от условий облучения. Удаление

воды из кристаллической решетки происходит ступенчато с повышением температуры.

Нагрев порошковых проб до 200°С приводит к разрушению кристаллической фазы

на 50%, а до 400°С — на ~70%. Остаточные кристаллиты формируют агломераты по

двухступенчатому механизму. Степень агломерации пропорциональна доли аморфизации

частиц монтмориллонита.

Ключевые слова: структура, морфология, микроволновое излучение, монтмориллонит,

рентгенофазовый анализ, межплоскостные расстояния.

DOI: 10.30791/0015-3214-2019-3-5-12

Плазмохимические способы получения и обработки материалов

С.А. Ерёмин, В.Н. Аникин, Д.В. Кузнецов, И.А. Леонтьев, О.Ю. Кудряшов,

И.А. Левшуков, А.М. Колесникова, Ю.М. Яшнов

Рост аллотропных модификаций углерода на тонкой вольфрамовой нити из газовой фазы

с использованием СВЧ плазмы ................................................................................................................................................13

Изучен процесс осаждения аллотропных модификаций углерода на вольфрамовую нить

толщиной 20 мкм из газовой фазы, содержащей 5 об.% метана, с использованием СВЧ

плазмы. Мощность СВЧ излучения изменялась от 3 до 5 кВт. Исследования структуры

покрытий, а также анализ спектров комбинационного рассеяния позволили установить,

что при мощности СВЧ плазменного разряда 3 кВт происходит осаждение алмазной

пленки с размером кристаллитов от 1 до 5 мкм, при мощности 4 кВт осаждается

алмазоподобный углерод, а увеличение мощности до 5 кВт приводит к осаждению

многослойной пленки.

Ключевые слова: алмазная пленка, СВЧ, вольфрам, композит.

DOI: 10.30791/0015-3214-2019-3-13-17

Н.В. Дедов, С.Б. Точилин, Ю.Н. Туманов, А.Н. Жиганов

Разработка технологии растворения гомогенной смеси оксидов урана и плутония,

полученной плазмохимическим способом................................................................................................................................18

На Сибирском химическом комбинате была разработана плазменная технология

синтеза смешанных оксидов урана и плутония UO2-PuO2 денитрацией смешанных

растворов этих металлов. Технологический процесс получения оксидов U и Pu включает

подготовку смешанных исходных растворов, их денитрацию в плазменном реакторе с

индукционным высокочастотным разрядом и выделение порошков из парогазового

потока в вихревых осадителях или в фильтрах с металло-тканевыми сетками. Частицы

полученных порошков оксидов обладают признаками нанокристаллических и наномерных

материалов, содержащих в структуре кристаллическую и аморфную фазы. Разработано

оборудование для реализации этой технологии — плазменная установка

“Зенит”, на которой получали смешанные оксиды U и Pu и было синтезировано более

60 кг оксидов UO2-PuO2 с содержанием плутония 25 масс.%, из которых изготовлены

промышленные ТВЭЛы для реактора БН-600. После работы ТВЭЛов в реакторе БН-600

и соответствующей выдержки сердечники облученных ТВЭЛов необходимо растворить

для последующей радиохимической обработки. Приведены результаты исследований

по поиску условий растворения и эффективных растворителей смешанных оксидов U

и Pu, полученных по плазменной технологии разложения смешанных растворов урана и

плутония. Обнаружено что полного растворения синтезированных оксидов в растворах

HNO3 и HNO3 с добавками восстановителей четырехвалентного плутония — аскорбиновой

кислоты и гидразина, — не происходит. Полное растворение смешанных оксидов наиболее

эффективно проходит в растворах 10М HNO3 с добавками 0,25-1,0 г/л HF.

Ключевые слова: плазмохимические смешанные порошки оксидов урана и плутония,

растворение, азотная, плавиковая, аскорбиновая кислоты, восстановители, гидразин.

DOI: 10.30791/0015-3214-2019-3-18-26

Функциональные покрытия и обработка поверхности

Л.П. Милешко

Термодинамические функции реакций анодного окисления магния и циркония.................................................................27

Установлено, что реакционная способность по отношению к анионам электролитов

уменьшается для магния в ряду: NO-2 → NO-3 → OH- → PO3-4 → SO2-4, а в случае

циркония NO-2 → NO-3 → OH- → CO32- → HCO3- → PO3-4 → HPO2-4 → H2PO-4. Выявлено,

что в состав анодных оксидных пленок магния могут входить MgO, Mg(OH)2, Mg3(PO4)2 и

MgSO4, а пленок циркония — ZrO2, ZrO2·2H2O, ZrO(OH)2, P2O5, P и C.

Ключевые слова: анодное окисление, электролитическое анодирование, анодные

реакции, анодные оксидные пленки, магний, цирконий, термодинамический анализ,

термодинамическое моделирование, термодинамические функции.

DOI: 10.30791/0015-3214-2019-3-27-30

С.Я. Бецофен, К.В. Григорович, А.А. Ашмарин, А.Ю. Абдурашитов, М.А. Лебедев

Особенности формирования остаточных напряжений в сварном соединении и наплавке

из стеллита на рельсовой стали.............................................................................................................................................31

Методами рентгеноструктурного анализа проанализировано распределение остаточных

напряжений по сечению сварного соединения рельса, а также в наплавке из износостойкого

стеллита. Напряжения в сварном соединении определяли методом “sin²y”, а в наплавке

из стеллита — оригинальным методом, основанным на анализе анизотропии упругих

характеристик материала, который позволяет более корректно оценивать остаточные

напряжения в материалах с гетерогенной структурой. Установлено, что в сварном

соединении фазовый состав рельсовой стали (a-Fe и следы цементита) остается

постоянным по сечению, при этом исходное бестекстурное состояние сохраняется

во всех исследованных зонах сварного соединения. В сварном соединении действуют

сжимающие остаточные напряжения величиной от –412 до –517 МПа в нормальном

к сварному шву направлении и более 300 МПа — в направлении ширины рельса, что

противоречит литературным данным, согласно которым в большинстве случаев в зоне шва

формируются растягивающие напряжений вследствие реакции материала околошовной

зоны на дилатацию материала шва при его охлаждении. Формирование сжимающих

остаточных напряжений в материале шва рельсовой стали обусловлено положительным

объемным эффектом g→a превращения. В поверхностном слое наплавки из стеллита

обнаружены растягивающие напряжения свыше 700 МПа, при этом на глубине 100-

120 мкм остаточные напряжения отсутствуют, что свидетельствует о формировании

сжимающих напряжений во внутренней части этого слоя, компенсирующих

растягивающие напряжения во внешнем подслое.

Ключевые слова: рельсовая сталь, остаточные напряжения, фазовый состав, сварное

соединение, наплавка стеллита.

DOI: 10.30791/0015-3214-2019-3-31-39

Композиционные материалы

П.Г. Ризванова, Г.М. Магомедов, Г.В. Козлов, И.В. Долбин

Локальная и пространственная структура нанонаполнителя в полимерной матрице

и ее влияние на свойства нанокомпозитов.............................................................................................................................40

Структура нанонаполнителя в полимерной матрице определяет свойства нанокомпозитов

и изменение типа структуры от локальной к пространственной, например, образование

перколяционного каркаса частиц (агрегатов частиц) нанонаполнителя приводит к

резкому ухудшению свойств нанокомпозитов. На примере дисперсно-наполненных

нанокомпозитов полимер/наноалмазы показано, что переход от стандартного режима

смешивания нанонаполнителя с расплавом полимерной матрицы в экструдере к

смешиванию в режиме “срыва” потока приводит к существенному повышению свойств

нанокомпозитов. Установлено, что этот эффект обусловлен изменением типа структуры

нанонаполнителя в полимерной матрице от непрерывной пространственной (цепочки

частиц нанонаполнителя) к локальной (формирование отдельных кластеров наночастиц).

В рамках фрактального анализа продемонстрировано, что при изменении типа

структуры от одномерной к двумерной изменяется ее фрактальная размерность от 1,18

до 1,75. Проведенные в рамках перколяционной модели количественные оценки степени

усиления нанокомпозитов при установленном увеличении фрактальной размерности

структуры нанонаполнителя полностью подтверждаются экспериментальными

данными. Также показано, что модуль упругости нанонаполнителя зависит от жесткости

полимерной матрицы. Экспериментально наблюдаемый эффект диспергирования

нанонаполнителя при смешивании компонентов в режиме “срыва” описывается в рамках

модели необратимой агрегации.

Ключевые слова: нанокомпозиты, структура нанонаполнителя, степень усиления

нанокомпозита, модуль упругости, правило смесей, теория перколяции.

DOI: 10.30791/0015-3214-2019-3-40-45

М.А. Каплан, М.А. Смирнов, А.А. Кирсанкин, М.А. Севостьянов

Свойства изделий из титанового сплава Ti-6Al-4V, полученных методом селективного лазерного плавления............. 46

Обзор возможностей применения метода селективного лазерного плавления (СЛП) для

создания изделий сложной геометрической формы. Приведены результаты исследований

структуры и механических свойств изделий, изготовленных методом селективного

лазерного плавления порошка из титанового сплава Ti-6Al-4V. Показано, что методом

СЛП без последующей обработки можно получать материал, прочностные и пластические

свойства которого близки к свойствам кованого материала, а в некоторых случаях даже

лучше.

Ключевые слова: аддитивные технологии, селективное лазерное плавление (СЛП),

титановый сплав Ti-6Al-4V, микроструктура, механические свойства.

DOI: 10.30791/0015-3214-2019-3-46-57

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, Т.Н. Пенкина

Термодинамика процессов испарения нитридов химических элементов............................................................................58

Обзор. Показано, 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 ранее. Кроме мономерных молекул,

в парах карбидов, нитридов, оксидов были обнаружены разнообразные газообразные

молекулы указанных соединений. В работе приведены данные по составу паров

нитридов практически всех химических элементов периодической системы, а также по

термодинамическим свойствам газообразных нитридов.

Ключевые слова: состав пара, нитриды, энтальпии атомизации и образования

газообразных нитридов.

DOI: 10.30791/0015-3214-2019-3-58-62

В.А. Артюх, В.Н. Борщ, В.С. Юсупов, С.Я. Жук, В.А. Зеленский, Г.Ю. Лазаренко, Б.Ф. Белелюбский

Особенности твердофазного способа получения порошков катализаторов Al-Fe/SiO2 и Al-Со/SiO2............................. 63

Изучена возможность получения порошковых катализаторов Al-Fe/SiO2 и Al-Со/SiO2 при

смешивании порошков-прекурсоров Al, Fe, Со и SiO2 в планетарной мельнице в весовых

брутто-соотношениях, соответствующих области существования интерметаллидов

Al3Fe, Al3Co, и отжиге в вакууме при 900°С в течении 30 мин. Отжиг на воздухе при

более низких температурах (580-600°С) приводит к образованию в структуре композита

корунда Al2O3, муллита Al6Si2O13 и силицидов CoSi2, CoSi, Co2Si, FeSi2, Fe3Si, при

этом в синтезированных композитных порошках 13Al/4Co/6,5SiO2 и 13Al/4Fe/6,5SiO2

присутствуют неравновесные фазы. После синтеза в вакууме при 900°С/30 мин были

получены порошки без спёков с хорошей сыпучестью и фракционным составом менее

100 мкм. Для порошка Fe-Al/SiO2 фракционный состав характеризовался распределением

менее 50 мкм — 27,1%, 50-63 мкм — 15,3% и 63-100 мкм — 57,4%, для порошка Co-

Al/SiO2 — 37,5, 16,2 и 46,3% соответственно. По данным рентгенофазового анализа в

синтезированных при 900°С порошках присутствуют фазы Fe3Al, Fe0,5Al0,5, Fe14Al86,

Со2Al5, Co27Al73 и отсутствуют силициды и муллиты типа Al6Si2O13. Экспериментально

установлено, что в результате плакирования порошка SiO2 массовые доли прекурсоров

Al, Fe, Со составляют (Al+Fe):SiO2 = 31:69 и (Al+Со):SiO2 = 58:42. Сделан вывод,

что режим вакуумного отжига 900°С/30 мин не обеспечивает формирования

интерметаллидных структур типа Al13Fe4/Al3Fe и Al13Co4/Al3Со в процессе синтеза.

Предлагается оптимизировать режим синтеза за счет использования прекурсоров более

тонких фракций, а также увеличения времени их помола-смешения и отжига.

Ключевые слова: твердофазный синтез, механическое легирование, отжиг,

интерметаллиды, порошковые катализаторы.

DOI: 10.30791/0015-3214-2019-3-63-68

А.Ю. Токмачева-Колобова, С.С. Манохин, В.Н. Санин, Д.М. Икорников,

Д.Е. Андреев, М.Г. Токмачев, А.Ф. Зверев, Е.Г. Колобова

Сравнительное исследование структуры, фазового состава и механических свойств жаропрочных никелевых

сплавов, полученных различными методами.......................................................................................................................... 69

Проведено комплексное сравнительное исследование структуры, фазового состава

и механических свойств жаропрочных сплавов на основе никеля системы Ni-Cr-(X),

полученных методами традиционной металлургии и самораспространяющегося

высокотемпературного синтеза (СВС) в сочетании с литьем под давлением. Установлено,

что полученный методами СВС-металлургии сплав — аналог промышленного сплава

ВЖ98 — имеет дендритную структуру и характеризуется улучшенными механическими

свойствами, в том числе повышенной по сравнению с литым сплавом жаропрочностью.

Добавление в исходную порошковую смесь для СВС до 0,1 масс.% порошкообразного

углерода приводит к повышению сопротивления высокотемпературной деформации, что

связано с формированием карбидной фазы, затрудняющей движение дислокаций и процессы

зернограничного проскальзывания. Методами растровой и просвечивающей электронной

микроскопии исследована микроструктура полученных жаропрочных сплавов.

Ключевые слова: жаропрочные никелевые сплавы, СВС-металлургия, микроструктура,

механические свойства.

DOI: 10.30791/0015-3214-2019-3-69-79