СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

С. Г. Быстров, С. М. Решетников, Е. М. Борисова, И. Н. Климова,

А. А. Колотов, А. В. Жихарев, В. Я. Баянкин

Влияние имплантации ионов аргона и кислорода на физико-химические

и коррозионно-электрохимические свойства хромоникелевой стали 14Х17Н2...................................................................5

Методами потенциометрии, атомной силовой микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии изучено влияние имплантации ионов аргона и кислорода (как при раздельной, так и при совместной имплантации) на физико-химическое строение поверхности и коррозионно-электрохимическое поведение хромоникелевой стали 14Х17Н2. Обработка ионами Ar+ приводит к обогащению поверхности образца атомами Cr и уменьшает общие коррозионные потери стали, однако практически не влияет на величину локальной коррозии. Обработка ионами О+ дает оптимальные результаты с точки зрения снижения локальной и общей коррозии. Установлено, что в данном случае происходит интенсивное окисление поверхности образца на глубину более 20 нм. Физико-механические свойства поверхностных слоев стали (микротвердость) после ионной имплантации существенно не меняются.

Ключевые слова: хромоникелевая сталь, имплантация ионов аргона и кислорода, коррозия, химический состав и строение поверхностных слоев.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-4-5-14

Функциональные покрытия и обработка поверхности

Л. П. Милешко

Общая теория анодного окисления кремния и его соединений (аналитический обзор).................................................... 15

Обобщены результаты исследований процессов анодного окисления в легирующих электролитах кремния, карбида и нитрида кремния. Выявлена единая природа контролирующей стадии, что положено в основу общей теории анодного окисления данных материалов. Приведены анодные реакции взаимодействия Si, SiC и Si3N4 с компонентами нитратных, фосфатных, арсенатных и боратных электролитов, отвечающие за их механизмы протекания процессов анодирования. Проведен расчет параметров полевого транзистора с анодным оксидом в качестве подзатворного диэлектрика: удельной емкости подзатворного диэлектрика, удельной крутизны и тока стока. Установлено, что эта модель обеспечивает удовлетворительное совпадение с экспериментальными данными. Даны рекомендации по обеспечению экологической безопасности электролитов.

Ключевые слова: анодное окисление, электролитическое анодирование, анодные оксидные пленки, кремний, карбид кремния, нитрид кремния, моноксид кремния.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-4-15-24

О. Б. Бердник, П. Ю. Кикин, В. Н. Перевезенцев,

Е. Н. Разов, Е. Е. Русин, И. Н. Царева

Изменение структуры жаростойкого алюминидо-никелевого покрытия

под воздействием теплового лазерного импульса................................................................................................................. 25

Исследованы закономерности изменения структуры и фазового состава жаростойкого алюминидо-никелевого покрытия после воздействия на него кратковременных импульсных тепловых потоков различной мощности, создаваемых лазерным излучением. Установлено, что облучение покрытия импульсами лазерного излучения длительностью τ = 12·10^–3с и мощностью теплового потока Р = 1,7·10⁴ Вт/см² и Р = 2,2·10⁴ Вт/см² приводит к появлению на его поверхности крупных выпуклых образований, состоящих преимущественно из фаз Ni₃Al и NiAl. После облучения количество фазы в покрытии NiAl уменьшилось, а фазы Ni₃Al увеличилось. При воздействии теплового потока мощности Р = 2,2·10⁴ Вт/см² на участках поверхности, покрытых оксидом алюминия, появляются микротрещины.

Ключевые слова: жаростойкое покрытие, тепловые импульсы лазерного излучения, структурно-фазовые изменения.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-4-25-30

Л. И. Куксенова, Д. А. Козлов, М. С. Алексеева

Исследование эксплуатационных свойств стальных пар трения с антифрикционными

покрытиями из медных сплавов, полученных методом электроискрового легирования.................................................. 31

Повышение надежности, долговечности и безопасности эксплуатации тяжелонагруженных узлов трения является актуальной проблемой физики, химии и механики поверхности. Исследованы триботехнические характеристики покрытий из бронз БрАЖМц10-3-1,5 и БрМцФ3-6, нанесенных методом электроискрового легирования на втулки из конструкционной стали 30ХГСН2А для эксплуатации в условиях высоких контактных давлений при трении без смазки. Разработаны режимы нанесения покрытий с позиций трибологии (величина тока электрического разряда в импульсе, величина продольной подачи электрода на один оборот детали, скорость вращения обрабатываемой детали, число проходов при обработке, финишная обработка покрытия). Установлено, что при нанесении бронзы БрМцФ3-6 для получения качественного покрытия процесс необходимо выполнять в защитной атмосфере аргона для предотвращения выгорания фосфора. Показана триботехническая эффективность покрытий при работе в условиях сухого трения. Для установившегося режима изнашивания коэффициент трения равен 0,10 – 0,13 при давлении 200 – 250 МПа, износостойкость стали с покрытием увеличивается в два раза. Сталь с покрытием из бронзы БрАЖМц10-3-1,5 обладает более высокой несущей способностью, с покрытием БрМцФ3-6 — большей антифрикционностью. Проанализированы пути увеличения ресурса работоспособности пары трения сталь – сталь с покрытием.

Ключевые слова: покрытия, электроискровое легирование, бронзы, поверхность контртела, трение, износ.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-4-31-41

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

Г. П. Кобылянский, А. О. Мазаев, Е. А. Звир, С. Г. Еремин,

Е. В. Чертопятов, А. В. Обухов

Влияние длительного отжига, моделирующего параметры сухого хранения ТВЭЛов ВВЭР-1000,

на механические свойства оболочек из сплава Э110 в продольном направлении............................................................... 42

Представлены результаты исследований механических свойств в продольном направлении оболочек ТВЭЛов из циркониевого сплава Э110, отработавших в составе ТВС реакторов ВВЭР-1000 до глубины выгорания топлива ~ 20 и ~ 70 (МВт·сут)/кг U, до и после проведения послерадиационного отжига при температуре 380 °С в течение 468 суток. Проанализированы изменения прочностных и пластических свойств оболочки в продольном направлении в сравнении с её свойствами до и после облучения, и с их изменениями в поперечном направлении. Дано объяснение связи изменений механических свойств оболочки в зависимости от радиационного повреждения её структуры.

Ключевые слова: оболочки ТВЭЛов ВВЭР-1000, продольные образцы, прочность, пластичность, термические испытания, сухое хранение, возврат механических характеристик, анизотропия предела текучести, радиационные дефекты.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-4-42-49

С. А. Ковалева, Т. Ф. Григорьева, П. А. Витязь, В. И. Жорник

Механохимически синтезированные никельсодержащие алюмосиликатные

модификаторы для триботехнических алюминиевых сплавов............................................................................................ 50

Силумины являются перспективными антифрикционными сплавами для изготовления узлов трения. Однако они обладают низкой твёрдостью и прочностью, что приводит к необходимости разработки модифицирующих и упрочняющих добавок. В качестве добавок предложены механохимически синтезированные композиты алюмосиликат/ никель. Методом ИК-Фурье спектроскопии и рентгеноструктурного анализа исследованы структурные изменения в порошковых смесях природных алюмосиликатов с никелем при высокоэнергетической механической обработке в планетарной шаровой мельнице, а также в сплавах состава силумин + калий фторборат и силумин + калий фторборат + алюмосиликат/никель, полученных горячим прессованием механоактивированных порошков. Показано, что механическая активация смеси порошков силумин + калий фторборат приводит при спекании к перераспределению кремния с формированием крупных первичных кристаллов кремния и снижению микротвёрдости на ~ 20 %. Механическая активация алюмосиликатов с никелем приводит к формированию композиционных порошков с удалением OH-групп и образованием каркасных структур SiO2. Использование такого модификатора при спекании силумина приводит к формированию гомогенной мелкодисперсной структуры сплава с измельчением эвтектики и первичных зерен кремния, что повышает микротвердость сплава в 1,5 раза.

Ключевые слова: механохимический синтез, механокомпозиты, природные алюмосиликаты, никель, калий фторборат, силумин.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-4-50-57

Е. Н. Антонов, А. Г. Дунаев, Л. И. Кротова, В. К. Попов

Влияние антибактериальных лекарственных средств на скорость гидролитической

деградации алифатических полиэфиров................................................................................................................................58

Методом сверхкритической флюидной пластификации в сверхкритическом диоксиде углерода с последующим вспениванием проведена инкапсуляция гентамицина, левофлоксацина и тетрациклина в биорезорбируемые полилактогликолидные (ПЛГ) матриксы в количестве 20 масс. %. Исследовано влияние, инкорпорированных в матриксы антибиотиков на скорость гидролитической деградации ПЛГ в растворе фосфатно-солевого буфера (PBS), определявшейся по изменению молекулярной массы полимера в зависимости от времени его инкубации в PBS. Измерения молекулярной и гравитационной масс матриксов, а также pH содержавших их растворов проводились еженедельно в течение 6 недель. Определены константы реакции гидролиза макромолекул полилактогликолида в матриксах различного состава. Показано, что тетрациклин, содержащейся в матриксах, существенно уменьшает скорость их деградации по сравнению со скоростью деградации контрольных (чистых) ПЛГ матриксов. В то же время присутствие в матриксах гентамицина и левофлоксацина, практически, не влияло на скорости деградации их полимерной основы. Результаты исследований расширяют возможности прогнозирования кинетики высвобождения рассмотренных антибиотиков из биорезорбируемых полимерных носителей в биоактивные среды, необходимого для разработки высокоэффективных лекарственных форм пролонгированного действия.

Ключевые слова: левофлоксацин, гентамицин, тетрациклин, полилактогликолид,матрикс, сверхкритический диоксид углерода, константы гидролиза.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-4-58-66

В. А. Волчёнкова, Е. К. Казенас, Н. А. Андреева, Т. Н. Пенкина,

С. К. Родионова, В. Б. Смирнова, А. А. Фомина, О. Н. Фомина,

И. В. Фадеева, А. С. Фомин, М. А. Гольдберг

Разработка методик определения содержаний Ag, Cu, Fe, Zn в материалах

медицинского назначения на основе фосфата кальция........................................................................................................ 67

С использованием методов атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и атомно-абсорбционной спектроскопии разработаны методики, позволяющие экспрессно с хорошими метрологическими характеристиками без предварительного отделения матрицы и без использования стандартных образцов состава определять примесные элементы (Ag, Cu, Fe, Zn) в широком диапазоне концентраций от 0,0005 до 10 % в медицинских материалах на основе фосфата кальция. Относительное стандартное отклонение (Sr) составляет 0,05 – 0,005 при содержании элементов от 1 до 10 % и не превышает 0,15 при содержании элементов от 0,0005 до 0,1 %. Новые методики аналитического контроля обеспечили исследования по разработке композиционных материалов медицинского назначения на основе замещенных фосфатов кальция, проявляющих антибактериальную активность.

Ключевые слова: кальций-фосфатные покрытия, АЭС – ИСП, ААС, определение, примесные элементы.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-4-67-73

Чжан Юн-Цзюнь, Ли Синь-Пэн, Ван Цзю-Хуа, Хань Цзинь-Тао

Исследование процесса деформации графитизированного высокоуглеродистого стального

листа при растяжении............................................................................................................................................................ 74

В работе исследован графитизированный высокоуглеродистый стальной лист с содержанием углерода 0,67 масс. %. Показано, что механические свойства образцов, изготовленных в различных направлениях, относительно направления прокатки исследуемого высокоуглеродистого стального листа практически одинаковые. То есть, для образцов на растяжение в различных направлениях, отношение предела текучести σ0,2 к пределу прочности σв составляет 0,73; показатель деформационного упрочнения n ≈ 0,24; коэффициент пластической деформации r ≈ 0,83. Это свидетельствует о том, что данному листу не свойственна явная анизотропия механических свойств. В процессе деформации при растяжении, на участке равномерной деформации пластическая деформация локализуется в графите, а по мере формирования шейки переходит и в ферритную матрицу. С увеличением удлинения постепенно образуются микропоры между графитовым включением и ферритным зерном вдоль направления оси растяжения, которые распространяются вдоль направления, перпендикулярного оси растяжения. Количество линий скольжения в ферритном зерне постепенно увеличивается, а расстояние между ними постепенно уменьшается. При разрыве образца на поверхности образуется большая ямка с сердцевиной из графитового включения, а также наблюдаются маленькие ямки внутри ферритного зерна. Ферритное зерно вблизи поверхности разрушения покрыто линиями скольжения, это показывает, что ферритная матрица претерпела сильную пластическую деформацию перед разрушением.

Ключевые слова: графитизированный высокоуглеродистый стальной лист, графитовое включение, феррит, механические свойства, испытание на растяжение.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-4-74-80