СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

А.В. Яровчук, О.П. Максимкин, Л.Г. Турубарова

Электрохимическое поведение и коррозионная стойкость аустенитной стали 12Х18Н10Т

после термического и нейтронного воздействия....................................................................................................................5

Изучено влияние параметров отжига и нейтронного облучения на микроструктуру и коррозионные свойства аустенитной стали 12Х18Н10Т. Приведены значения стационарных потенциалов, а также потенциалов пассивации, активации и устойчивого питтингообразования стали в различных структурных состояниях. Установлены зависимости плотности анодного тока от напряжения. Показано, что электрохимическое поведение и коррозионная стойкость стали в хлоридсодержащей среде зависят от интенсивности окислительно-восстановительных процессов, протекающих на поверхности металла, а также от состояния структуры на микро- и наноуровне.

Ключевые слова: аустенитная сталь, закалка, отжиг, нейтронное облучение, коррозия,

электрохимический потенциал.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-2-5-15

В.А. Грибков, Е.В. Демина, А.С. Демин, С.А. Масляев, В.Н. Пименов,

М.Д. Прусакова, В.П. Сиротинкин, С.В. Рогожкин, П.В. Лямкин, М. Падух

Воздействие импульсных потоков ионов дейтерия и дейтериевой плазмы на ферритную сталь,

упрочненную оксидными наночастицами............................................................................................................................... 16

Экспериментально исследовано влияние мощных импульсных потоков ионов дейтерия и дейтериевой плазмы, генерируемых в установке Плазменный фокус PF-1000U, на дисперсно-упрочненную оксидами (ДУО) ферритную сталь КP4-ODS (Fe-15Cr-4Al-2W-0,35Y2O3). При облучении образцов двумя импульсами (N = 2) плотность мощности плазменного потока составляла qpl ≈ 108 Вт/см2, ионного пучка — qi ≈ 10⁹ Вт/см2. При N = 9 величина qpl ≈ 2·10⁸ Вт/см2, qi ≈ 5·10⁹ Вт/см2. Длительность импульсов плазменных пучков составляла tpl ≈ 100 нс, ионных пучков ti ≈ 50 нс. Показано, что облучение материала в более мягком режиме (N = 2) приводит к эрозии поверхности за счет испарения материала и сопровождается эффектом полировки поверхности. При этом существенного изменения исходного структурно-фазового состояния стали не происходит, наблюдается лишь небольшое изменение параметров кристаллической решетки твердых растворов на основе железа и хрома. При жестком режиме облучения (N = 9) вследствие более сильного разогрева поверхностного слоя помимо эрозии материала происходит его расплавление. В структуре поверхностного слоя ДУО стали исчезает твердый раствор на основе хрома и остается только твердый раствор на основе железа, а также возрастает количество наночастиц второй фазы. Наличие жидкой фазы, образующейся при воздействии потоков ионов дейтерия и дейтериевой плазмы, стимулирует возможность полного растворения мелких (менее ~20 нм) наночастиц оксида Y2O3 и частичного растворения более крупных (десятки нанометров) наночастиц. Усиленное по сравнению с твердой фазой диффузионное перераспределение элементов в расплавленном поверхностном слое способствует тому, что при охлаждении расплава образуются наночастицы Y2O3 и оксидов других элементов, входящих в состав ДУО стали (Al2O3, Y-Al-O).

Ключевые слова: установка плазменный фокус, дисперсно-упрочненная оксидами сталь,

мощные импульсные потоки ионов дейтерия и дейтериевой плазмы.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-2-16-27

Плазмохимические способы получения и обработки материалов

Ал.Ф. Гайсин, А.Х. Гильмутдинов

Электролитно-плазменная обработка изделия, изготовленного с применением аддитивной технологии................... 28

Исследовано воздействие низкотемпературной плазмы электрических разрядов постоянного тока с жидкими и твердыми электродами при атмосферном давлении на микрорельеф поверхности изделия, изготовленного с применением технологии селективного лазерного плавления. Исследованы электрические характеристики разряда, колебаний тока и напряжения разряда, вкладываемая в разряд мощность. Изучен состав плазмы разряда и определена концентрация электронов. Рассмотрен механизм формирования разряда на границе раздела сред между металлическим анодом (обрабатываемое изделие) и жидким катодом. Методами сканирующей электронной и лазерной микроскопии исследован микрорельеф и определены параметры шероховатости и химический состав поверхности изделия до и после электролитно-плазменной обработки. Проведено сравнение морфологии и параметров шероховатости поверхности после электролитно-плазменной и механической обработки.

Ключевые слов: электролитно-плазменная обработка, электрический разряд, жидкие электроды, селективное лазерное плавление, аддитивные технологии, параметры шероховатости.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-2-28-34

В.Ф. Шамрай, А.В. Самохин, В.П. Сиротинкин, А.Г. Асташов, А.С. Гордеев

Структура порошков оксинитрида алюминия, полученных плазмохимическим синтезом..............................................35

С использованием рентгеновского метода Ритвелда и оже-спектроскопии исследованы порошки оксинитрида алюминия ALON, полученные методом плазмохимического синтеза. Помимо фазы со структурой шпинели, в этих порошках присутствуют нитрид алюминия и длиннопериодный политипоид на его основе, суммарное содержание которых составляет ~50 об.%. Фиксируется присутствие частиц алюминия, которые не полностью прореагировали с кислородом и аммиаком в закалочной камере. Результаты уточнения структуры шпинельной фазы соответствуют модели, в которой локализация вакансий связывается с позициями, заселенными атомами алюминия, а с увеличением концентрации азота и замещения кислорода азотом происходит заселение вакансий алюминием.

Ключевые слова: оксинитрид алюминия, метод Ритвелда, плазмохимический синтез,

фазовый состав, кристаллическая структура.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-2-35-40

Функциональные покрытия и обработка поверхности

В.Е. Архипов, Т.И. Муравьева, М.С. Пугачев, О.О. Щербакова

Нанесение покрытия латуни методом газодинамического напыления.............................................................................. 41

Исследованы структура и свойства покрытия на основе механической смеси частиц меди и цинка, нанесенного на поверхность стали методом газодинамического напыления. Методами рентгеноструктурного и микроспектрального анализа показано существенное влияние температуры напыления на соотношение компонентов в покрытии. При повышении температуры напыления от 270 до 450°С массовая доля цинка повышается от 8,15 до 37,6%, а меди снижается с 91,7 до 62,2%. Результаты свидетельствуют о преимущественной диффузии меди в цинк и формировании g- и e-твердых растворов электронного типа на основе Cu5Zn8 и CuZn3, массовая доля которых при температуре напыления 450°С достигает 11,2 и 33% соответственно. При повышении температуры напыления субструктура исходных компонентов (Cu, Zn) измельчается с 200 до ~90 и 64 нм соответственно. Размер субструктуры e-фазы при повышении температуры воздушного потока возрастает с 70 до 97 нм, а g-фазы — снижается от более чем 200 до 62,0 нм. Оценки показывают, что коэффициент диффузии меди в цинк составляет ~1,14·10–8 см2/с. Твeрдость напыленного Cu-Zn покрытия достигает 170 HV.

Ключевые слова: газодинамическое напыление, покрытие, структура, фазы, диффузия,

латунь, твердость.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-2-41-47

Д.Е. Капуткин, В.Н. Дураджи, Н.А. Капуткина

Ускоренное диффузионное насыщение поверхности металлов при электро-химико-термической обработке............. 48

Рассчитана толщина парогазовой оболочки, образующейся вокруг активного электрода при электролитно-плазменной обработке поверхности металлов в режиме нагрева, а также энергия ионов, образующихся в парогазовой оболочке и бомбардирующих поверхность активного электрода. Определен механизм ускоренной диффузии легирующих элементов в обрабатываемых материалах при различных видах электро-

химико-термической обработке.

Ключевые слова: электролитная плазма, разряд, электролит, диффузия, покрытие,

электро-химико-термическая обработка.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-2-48-57

В.Г. Крицкий, Е.А. Моткова, А.С. Яшин

Модель связи параметров окисления циркониевых сплавов в парах воды при 1000°С с составом.

I. Анализ данных и разработка модели................................................................................................................................... 58

Разработана модель, описывающая зависимость параметров кинетики окисления циркониевых сплавов — константы параболического окисления KП и времени tП до перехода от параболической кинетики к линейной — в парах воды при 1000°С от их химического состава при содержании легирующих компонентов 0,4<Nb<2,37, 0<Sn<1,5 и 0,05<Fe<0,5 (масс.%). Проведена оценка достоверности и результатов различных испытаний по критерию их соответствия известным физико-химическим закономерностям. Модель основана на диффузионно-кинетическом описании окисления сплавов, рассматриваемых как идеальные твердые растворы, с учетом взаимосвязи химических потенциалов всех компонентов. Установлено, что при одинаковых коэффициентах диффузии кислорода в оксидах кинетика окисления сплавов различного состава и время перехода с параболической стадии окисления к линейной заметно различаются, что связано с изменением химического потенциала циркония при изменении содержания легирующих компонентов. Представлено уравнение, описывающее зависимость параболической константы окисления от состава сплава.

Ключевые слова: авария LOCA, сплавы циркония, окисление, термодинамика, диффузия,

моделирование кинетики окисления.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-2-58-64

Композиционные материалы

И.Е. Калашников, Л.К. Болотова, Л.И. Кобелева, П.А. Быков,

А.Г. Колмаков, Р.С. Михеев

Антифрикционный композиционный материал на основе сплава системы Al-Sn............................................................. 65

Исследованы структура и трибологическое поведение композиционных материалов (КМ) на основе сплава АО20-1, изготовленных литейным способом путем замешивания в расплав частиц интерметаллидного соединения Ti2NbAl. Трибологические испытания образцов проводились в условиях сухого трения скольжения по схеме осевого нагружения вращающегося дискового образца с использованием в качестве контртела неподвижной втулки из стали 45Х (HRC>63). Установлено, что в результате уменьшения размеров зерен Al при быстрой кристаллизации матричного сплава и введения в сплав дискретного порошка интерметаллидного соединения коэффициент трения КМ уменьшается в два раза. Износостойкость КМ возрастает в 2,5 раза, что связано с влиянием частиц твердого интерметаллида, ограничивающих пластическое деформирование и унос материала матрицы.

Ключевые слова: алюминиевые антифрикционные сплавы, композиционный материал,

структура, коэффициент трения, износ.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-2-65-71

А.В. Первиков, Э.С. Двилис, А.П. Хрусталев, О.В. Бакина, В.Д. Пайгин,

А.С. Ложкомоев, А.В. Чумаевский, О.Л. Хасанов, М.И. Лернер

Получение биметаллических наночастиц Ta-6Cu и объемного композита на их основе

с антимикробной активностью.............................................................................................................................................. 72

Показана возможность синтеза биметаллических “янус”-наночастиц из несмешивающихся металлов Ta и Cu методом электрического взрыва двух проводников в атмосфере аргона. Консолидацией Тa-Cu наночастиц и искровым плазменным спеканием получен композитный материал с высокой микротвердостью и прочностью на сжатие, но относительно низким пределом прочности на изгиб. Композит Ta-Cu подавляет жизнеспособность бактерий Escherichia coli и Staphylococcus aureus с эффективностью 99,99%, что обусловлено медленным выделением небольших концентраций ионов Cu²⁺. Синтезированный композитный материал с высокой антибактериальной активностью в течение длительного времени является перспективным для технологий современной регенеративной медицины.

Ключевые слова: электрический взрыв проводников, янус-наночастицы, железо, свинец,

биметаллические наночастицы.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-2-72-79

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

Т.В. Бровман

Получение точных деталей в нестационарных процессах деформации изгиба................................................................ 80

Теоретически рассмотрены возможности повышения точности изготовления деталей при изгибе. Определена функциональная зависимость изменения кривизны плоской заготовки от приложенной нагрузки. Предложена методика оценки точности деталей в зависимости от интервала действующих усилий, обеспечивающая увеличение длины бездефектных изделий 2,5 раза.

Ключевые слова: зоны упругой и пластической деформации, отклонения параметров

кривизны, косвенный способ нахождения кривизны.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-2-80-84