СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

Ю.А. Кашлев, С.А. Масляев

Деканалирование высокоэнергетических частиц из плоскостных каналов кристалла.

Упругие и неупругие процессы рассеяния.................................................................................................................................5

На основе принципов неравновесной статистической термодинамики дан вывод кинетической теории деканалирования высокоэнергетических частиц из плоскостных каналов кристалла. Коэффициент скорости деканалирования рассматривается с точки зрения перехода быстрой частицы из режима направленного движения в состояние хаотического движения. Получено соответствующее уравнение, учитывающее одновременно когерентный характер дифракции пучка частиц в регулярном монокристалле и неупругие процессы рассеяния каналированных частиц на электронах и фононах. Найдено аналитическое решение этого уравнения на классе вырожденных гипергеометрических функций, с использованием которого вычислена константа скорости деканалирования R_e . Показано, что с точностью до членов второго порядка по потенциалу взаимодействия константа Re обратно пропорциональна времени релаксации системы t_ph. При вычислении t_ph поляризация пространства быстрой заряженной частицей не учитывается. Получены температурная и изотопическая зависимости константы скорости деканалирования.

Ключевые слова: кристалл, быстрые частицы, каналирование, фононы.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-5-5-10

Г.В. Потемкин, О.К. Лепакова, В.Д. Китлер, М.В.Жидков,

М.С. Сыртанов, А.Е. Лигачёв

Фазовые превращения в азотированном феррованадии под действием мощного пучка ионов углерода....................... 11

Методами РФА и РЭМ исследованы фазовый и элементный состав приповерхностного слоя азотированного феррованадия, облученного мощным ионным пучком (МИП). Воздействие мощного пучка установки Темп-4М с энергией ионов углерода 250 кэВ при длительности импульса излучения 10^–7 с и плотности мощности заряженных частиц q_i ≥ 106 Вт/см² вызывает плавление композита Fe-VN и частичное испарение из поверхностного слоя элементов с высоким значением давления паров. Высокоскоростное затвердевание расплава на поверхности мишени Fe-VN приводит к образованию в модифицированном слое зерен высокодисперсного нитрида ванадия и тетрагонального карбида Fe₂₃C₆ . После облучения Fe-VN мощным пучком с q_i ≈ 10⁷ Вт/см² дозой ~10¹⁵ см^–2 в модифицированном слое наблюдается нарушение трансляционной инвариантности распределения внедренных атомов углерода, структурное перераспределение атомов Fe и V и образование рентгеноаморфных микроликваций Fe-V и газоуглеродных комплексов.

Ключевые слова: Fe-VN, мощный ионный пучок, структурно-фазовое состояние.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-5-11-23

Плазмохимические способы получения и обработки материалов

А.А. Николаев, А.В. Николаев, Д.Е. Кирпичёв

Формирование анодной области плазменной дуги на вращающемся графитовом тигле................................................24

Исследовано формирование анодной привязки на графитовом вращающемся тигле плазменно-дуговой печи. Методами фотографирования, пирометрии и расчетами определены размеры и температура пятна, а также состав плазмы в анодной области. Установлено, что в потоке аргона при мощности дуги 23-25 кВт на вращающемся графитовом тигле может образоваться как контрагированное, так и диффузное анодное пятно. При контрагированном пятне плотность тока составляет 1800 А/см² , при диффузном — ~250 А/см² . Контрагированное пятно образуется на холодном тигле и сопровождается интенсивным испарением материала анода в области пятна, при этом в окрестности анода снижается потенциал ионизации плазмы, что способствует контрагированному режиму. Для перехода контрагированного пятна в диффузное необходим равномерный нагрев тигля до температуры 2700 K, что происходит при его вращении. Формированию диффузного пятна способствует также теплоизоляция тигля. Рассчитаны прианодные потенциалы в слое объемного заряда в диффузном и контрагированном режимах, составившие 1,5 и 10,7 В соответственно. Предполагается, что снижение прианодного потенциала в диффузном режиме способствует его формированию.

Ключевые слова: плазма, дуга, анод, пятно, потенциал, тигель, графит, вращение.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-5-24-32

Функциональные покрытия и обработка поверхности

В.Н. Соколов, М.С. Чернов, В.И. Калита, Д.И. Комлев, А.А.Радюк

Структура и пористость плазменных покрытий................................................................................................................33

Проанализированы методы определения пористости плазменных покрытий, напыленных из порошков. Методом ртутной порометрии установлено, что общий объем пор в покрытии из оксида алюминия составляет 10,3%, при этом большая часть этого объема (68,29%) связана с порами размером от 0,13 до 0,36 мкм. Остальной объем распределяется по порам размерами 0,04-0,12 мкм, 0,58-4,66 мкм и 5,66-18,2 мкм. Количественное описание видимых пор в трехмерных капиллярно-пористых 3CaO·Al₂ O₃ покрытиях, сформированных в виде гребней и впадин, проводили путем анализа растровых изображений с использованием программы СТИМАН. Суммарная пористость этого покрытия (39,7%) распределялась по четырем группам пор размерами в интервалах 0,74- 3,56; 4,34-11,57; 14,08-55,65 и 67,73-267,71 мкм.

Ключевые слова: плазменное напыление, пористые покрытия, ртутная порометрия, оптическая и растровая микроскопия, микротомография.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-5-33-43

Д.Ю. Герасимов, А.А. Сивков

Нанесение сверхтвердых плазменных покрытий на основе Ti-С-N в азотной атмосфере..............................................44

Показана возможность получения сверхтвердого покрытия на основе титана, азота и углерода на металлической подложке плазменным способом в атмосфере азота. Покрытия наносились в одном кратковременном цикле работы ускорителя при воздействии гиперскоростной струи электроэрозионной титансодержащей плазмы на поверхность подложки. Методами РЭМ и РФА показано, что таким образом формируются наноструктурные слои из нитрида титана и карбонитрида титана, обеспечивающие высокую твердость покрытия. Плазменные покрытия, осажденные в азотной атмосфере, обладают более высокой твердостью (19,6 ГПа), чем покрытия, осажденные на воздухе (16,2 ГПа), что обусловлено более высоким содержанием нитридных кристаллических фаз в материале покрытия. Данные РФА показали, что область когерентного рассеяния кристаллических фаз в покрытиях, нанесенных в атмосфере воздуха и в атмосфере азота, составляет ~10-40 нм, что подтверждает наноструктурирование всех кристаллических фаз, присутствующих в покрытии.

Ключевые слова: коаксиальный магнитоплазменный ускоритель, нитрид титана, карбонитрид титана, сверхтвердые покрытия.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-5-44-48

И.В. Сапегина, О.Ю. Гончаров, В.И. Ладьянов

Анализ состава слоев, образующихся на подложках из нержавеющей стали

при газофазном осаждении тантала.....................................................................................................................................49

Проанализировано взаимодействие реагентов и материала подложки из нержавеющей стали при осаждении покрытий из тантала восстановлением бромида тантала кадмием. Установлено, что при температурах осаждения выше 1000 K присутствующие в нержавеющей стали железо и хром будут восстанавливать пентабромид тантала, переходя в газовую фазу в виде бромидов. В результате, на подложке происходит не только восстановление бромида тантала, но и бромида железа, что на начальных этапах осаждения приводит к формированию в покрытии подслоя, содержащего железо. Увеличение взаимодействующей с реагентами контактной поверхности нержавеющей стали приводит к росту содержания бромида железа, и в этом случае формируется покрытие из смеси Ta + Fe₂Ta. Кроме того, на подложке образуется бромид хрома, который удаляется вместе с остальными продуктами реакции, что вызывает обеднение хромом поверхностных слоев стали.

Ключевые слова: химическое газофазное осаждение, тантал, состав покрытия.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-5-49-54

Композиционные материалы

Н.М. Русин, А.Л. Скоренцев, М.Г. Криницын

Исследование взаимосвязи между износостойкостью при сухом трении и механическими

свойствами спеченных композитов системы Al-Sn..............................................................................................................55

Исследовано влияние нерастворимых в твердом олове легирующих элементов (Zn, Si) на механические и трибологические свойства спеченного композита Al-40Sn. Порошковые смеси из чистого олова и легированного алюминия спекали при температуре выше температуры плавления олова (232°С). Спеченные образцы имели остаточную пористость, которая отрицательно влияла на прочность, пластичность и износостойкость композита при сухом трении. Обжатие в закрытом штампе и равноканальное угловое прессование (РКУП) при температуре 250°С снижали пористость материала и значительно увеличивали его прочность и пластичность. Независимо от способа обработки давлением, уплотненные образцы продемонстрировали хорошую износостойкость. Основным механизмом износа композита является отслаивание зерен матрицы в поверхностном слое за счет их сдвига вдоль оловянных прослоек в направлении скольжения. Сдвигу и отслаиванию зерен предшествовала сильная деформация поверхностного слоя, при которой межзеренные границы с оловянными прослойками вытягивались в направлении скольжения, то есть формировалась слоистая структура. Максимальной износостойкостью обладают композиты, в которых большинство границ зерен алюминиевой матрицы ориентированы перпендикулярно направлению скольжения. Подобная структура формируется в плоскости течения материала при РКУП обработке. Установлено, что износостойкость композита с матрицей, легированной цинком, выше, чем с матрицей, легированной кремнием.

Ключевые слова: самосмазывающиеся алюминиевые композиты, жидкофазное спекание,

прочность, пластичность, износостойкость, сухое трение, деформационная обработка.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-5-55-65

С.С. Негматов, Н.С. Абед, Г. Гулямов, Т.С. Халимжанов,

К.С. Негматова, М.М. Садикова, О.Х. Абдуллаев, Ш.А. Бозорбоев,

Ф.М. Наврузов, В.С. Туляганова, Н. Икрамов

Триботехнические свойства композиционных материалов на основе термопластичного

полимера и органоминеральных наполнителей при контактном взаимодействии

с волокнистой массой (хлопком-сырцом)...............................................................................................................................66

Исследованы триботехнические свойства композиционных материалов (КМ) на основе термопластичного полимера и органоминеральных наполнителей, работающих в условиях контактного взаимодействия с волокнистой массой на примере хлопка[1]сырца. Определены закономерности изменения коэффициента трения и интенсивности изнашивания композитов при контактном взаимодействии с хлопком-сырцом, изучены зависимости температуры и величины электростатического заряда в зоне трения полимер– хлопок и композит–хлопок от типа и содержания органоминеральных наполнителей в КМ. Установлено, что введение в состав КМ углеграфитовых наполнителей приводит к значительному снижению коэффициента трения, температуры и заряда статического электричества в зоне трения с хлопком-сырцом. Введение в КМ минеральных наполнителей заметно повышает их коэффициент трения с хлопком-сырцом, температуру и заряд электростатического электричества в зоне трения при одновременном снижении интенсивности изнашивания, за исключением наполнителей, имеющих пластинчатую структура (тальк, каолин), при использовании которых наблюдается снижение коэффициента трения. Введение наполнителей с волокнистой структурой приводит к значительному снижению интенсивности изнашивания полимерных КМ и обеспечивает высокую прочность и стойкость материала при термомеханическом воздействии. Разработаны эффективные составы антифрикционных и износостойких полимерных КМ для работы в условиях контактного взаимодействия с хлопком-сырцом.

Ключевые слова: полимерные композиционные материалы, полиэтилен высокой плотности, органоминеральные наполнители, трение, износ, статическое электричество, хлопок-сырец.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-5-66-74

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

Д.В. Сидоров, В.М. Серпова, А.В. Заводов, А.А. Шавнев

Исследование межфазного взаимодействия на границе раздела в системе Ti-C

с отечественными титановыми сплавами классов a+b и псевдо a...................................................................................75

Рассмотрено межфазное взаимодействие и образование реакционного слоя на границе раздела Ti-C с отечественными титановыми сплавами классов α+β и псевдо α. Установлено, что в зависимости от титанового сплава происходит образование реакционного слоя разной толщины, состоящей из двух слоев карбида титана с нанокристаллической и крупнозернистой структурой. Область мелких кристаллов в реакционном слое представляет собой наноразмерные кристаллы TiC, а область крупных зерен –– кристаллы Ti8C5.

Ключевые слова: титановый сплав, углерод, межфазное взаимодействие, реакционный слой.

DOI: 10.30791/0015-3214-2020-5-75-81

Памяти Бориса Евгеньевича Патона.....................................................................................................................................82