СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

В. Н. Пименов, И. В. Боровицкая, А. С. Дёмин, Н. А. Епифанов,

С. В. Латышев, С. А. Масляев, Е. В. Морозов, И. П. Сасиновская,

Г. Г. Бондаренко, А. И. Гайдар

Повреждаемость ниобия импульсными потоками ионов гелия и гелиевой плазмы............................................................5

Исследована повреждаемость ниобия импульсными потоками ионов гелия (ИГ) и гелиевой плазмы (ГП) в установке Плазменный фокус (ПФ) при плотности мощности потоков соответственно qi ~ 10⁸ Вт/см² и qp ~ 10⁷ Вт/см² и длительности импульсов τi ≈ 30 – 50 нс и tp ≈ 100 нс. В реализованном режиме облучения наблюдается эрозия материала, связанная с испарением поверхностного слоя (ПС), которое происходит несколько более интенсивно в центральной части зоны облучения под действием наиболее высокоэнергетичных потоков ИГ и ГП. Выявлены характерные факторы повреждаемости ПС ниобия в рассматриваемых условиях облучения. К ним относятся: плавление поверхностного слоя с образованием волнообразного рельефа поверхности и большого количества блистеров двух видов — газонаполненных и с разрушенными оболочками, а также наличие микротрещин. Возникновение блистеров связано с формированием комплексов на основе соединения имплантированного гелия с вакансиями и атомами примесей внедрения (C, O, N и др.) и последующим их ростом и коагуляцией в жидкой фазе при импульсных воздействиях потоков энергии на облучаемую поверхность Nb. Часть микротрещин, образованных в ПС под действием термических напряжений, совпадает с линиями скольжения материала, возникающими под действием высокоскоростной пластической деформации. Сетка таких микротрещин создает на поверхности Nb блочную структуру. В облученном поверхностном слое ниобия обнаружены зоны столбчатых кристаллов и ячеистая микроструктура поверхности, в которой средний размер ячеек составляет ∼ 100 нм. Методом численного моделирования показано, что в указанных зонах процесс затвердевания ПС протекал посредством направленной кристаллизации с высокой скоростью, которая вблизи облученной поверхности достигала ~ 35 м/с.

Ключевые слова: импульсные потоки, гелиевая плазма, ионы гелия, плазменный фокус, блистеры, микротрещины, кристаллизация, блочная и ячеистая микроструктура.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-6-5-17

А. Ф. Банишев

Фото- и механолюминесцентные свойства люминофора SrAl2O4 : (Eu2+, Dy3+)

и использование его для визуализации динамики деформаций материалов........................................................................18

Исследована деформация материалов возникающие при воздействии мощных лазерных импульсов. Для визуализации и регистрации динамики развития деформаций использовали композиционные механолюминесцирующие материалы на основе полимера и порошка люминофора. Механолюминесцирующие материалы наносили на поверхность исследуемых материалов. Показано, что пространственное распределение интенсивности свечения механолюминесцирующего слоя и скорость ее изменения позволяют судить о величине и скорости деформации материалов при воздействии на них лазерных импульсов. Изучены кинетика и спектр фотолюминесценции композиционных материалов при комбинированном воздействии коротковолнового и длинноволнового излучений лазеров. Показано, что возбуждаемая длинноволновым лазером фотолюминесценция связана с активацией заселенных уровней ловушек.

Ключевые слова: композиционные материалы, лазерное воздействие, деформации, фотолюминесценция, механолюминесценция.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-6-18-25

Функциональные покрытия и обработка поверхности

В. М. Ананьин, Б. А. Калин , В. В. Новиков, А. В. Сумарокова

Идентификация релаксационных максимумов внутреннего трения в сплаве Zr – Nb после азотирования,

окисления на воздухе и науглероживания in situ....................................................................................................................26

Методом внутреннего трения исследовали поведение сплава Zr – 1 масс. % Nb после окисления на воздухе, азотирования в атмосфере технического азота и науглероживания in situ в процессе измерений. При этом углерод осаждался на образцах при измерениях вследствие термического разложения паров диффузионного масла. Давление в системе составляло около 10–2 Па. Измерена температурная зависимость логарифмического декремента затухающих изгибных колебаний с частотой 2,2 – 2,4 Гц на образцах в форме прямоугольной пластинки размером 22 × 8 × 0,3 мм. Измерения проводили с постоянной скоростью нагрева около 4 К/мин от комнатной температуры до 700 – 750 °С. Полученные температурные зависимости внутреннего трения подвергали разделению на парциальные максимумы с помощью специальной программы, определяющей температуры релаксационных максимумов и вычисляющей эффективную энергию активации по формуле Верта – Маркса. Спектры внутреннего трения при последовательных измерениях на одном образце изменялись вследствие диффузионного перераспределения компонент сплава. Установлены параметры релаксационных максимумов для углерода (153 – 159 кДж/моль), кислорода (203 – 207 кДж/моль) и азота (235 – 238 кДж/моль) в исследованном сплаве в зависимости от условий опытов. Обнаружены также зернограничные примесные максимумы (-ЗГ), обусловленные этими примесями. Их энергии активации, кДж/моль: для C-ЗГ — 173 – 179, для O-ЗГ — 216 – 219 и для N-ЗГ — 222 – 229. Примесные зернограничные максимумы, связанные с углеродом, кислородом и азотом, наблюдались в каждой серии измерений. Энергия активации собственно зернограничных максимумов монотонно уменьшается от 202,4 до 194,5 кДж/моль в серии с окислением на воздухе (опыты 711 – 715), и сохраняется около 200 кДж/моль в азотированных образцах.

Ключевые слова: внутреннее трение, релаксационные максимумы, энергия активации, окисление, азотирование, науглероживание.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-6-26-34

Е. А. Ланцев, Н. В. Малехонова, В. Н. Чувильдеев, А. В. Нохрин,

Ю. В. Цветков, Ю. В. Благовещенский, М. С. Болдин,

П. В. Андреев, К. Е. Сметанина, Н. В. Исаева

Исследование особенностей высокоскоростного спекания мелкозернистых сверхнизкокобальтовых

твердых сплавов на основе карбида вольфрама. Часть I. Керамики на основе карбида вольфрама..............................35

Описаны результаты исследований кинетики высокоскоростного электроимпульсного плазменного спекания (ЭИПС) плазмохимических нанодисперсных и промышленных микронных порошков карбида вольфрама. Показано, что при ЭИПС имеет место науглероживание поверхностного слоя образцов карбида вольфрама, что приводит к различиям в фазовом составе и твердости поверхностного и центрального областей спеченных керамик. Установлено, что процесс высокоскоростного спекания карбида вольфрама можно представить в виде последовательной смены следующих стадий: перегруппировка частиц при пониженных температурах (Стадия I) → спекание частиц за счет зернограничной диффузии (Стадия II) → спекание за счет диффузии в кристаллической решетке (Стадия III-1) → спекание в условиях интенсивного роста зерен с аномально низкой энергией активации диффузии (Стадия III-2).

Ключевые слова: карбид вольфрама, нанопорошки, плазмохимический синтез, электроимпульсное плазменное спекание, плотность, диффузия.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-6-35-53

Композиционные материалы

А. Г. Мейлах, Ю. В. Концевой, И. О. Гилёв, А. Б. Шубин

Двухслойный порошковый электроконтакт на основе меди...............................................................................................54

Исследовано влияние различных схем обработки давлением (прессования, прокатки) и режимов термообработки порошковых смесей на служебные свойства и прочность сцепления рабочего и токоведущего слоёв электрических контактов с проводимостью не менее 75 % от проводимости меди. Установлена зависимость допустимой в общей толщине контакта доли рабочего слоя от его удельного сопротивления. Рассчитано, что у созданных контактов толщину рабочего слоя состава 97 % Cu + 1 % СА + 2 % ПС или 97,5 % Cu + 1 % СА + 0,5 % ПС + 1 % Al2O3 (СА — активированный уголь, ПС — Fe – Cu нанокристаллический псевдосплав), имеющего электросопротивление, соответственно, 3,20 и 3,28 мкОм·см, возможно увеличивать до толщины медного слоя. Определён оптимальный из рассмотренных способ получения контактов, предусматривающий совместную прокатку с обжатием 50 % порошка меди и порошковой смеси для рабочего слоя (при использовании дозирующего бункера, разделённого для каждого слоя), восстановительное спекание при 600 °С в течение 1 ч, повторную уплотняющую прокатку с деформацией 85 % и спекание при 800 °С, 1 ч. Этим методом получены образцы контактов, которые в зависимости от состава рабочего слоя имеют относительную плотность 0,99 и 0,98, твёрдость НВ 990 и 830 МПа, электросопротивление 2,57 и 2,61 мкОм·см и прочность сцепления слоёв > 200 МПа напряжения разрыва меди.

Ключевые слова: порошок, композит, прессование, прокатка, спекание, электрический контакт, электромеханические свойства.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-6-54-60

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

С. Г. Горный, Е. А. Захаренко, Н. В. Классен, Ю. Р.Колобов,

А. Е. Лигачев, Е. И. Пряхин, В. В. Романов, Г. В. Одинцова

Лазерное формирование и влияние лазерного излучения на основные характеристики штрихкодов.............................61

Проанализированы преимущества способа маркировки поверхности материалов с использованием импульсного лазерного излучением в сравнении с другими методами создания поверхностного рельефа с целью формирования идентификационных штрихкодов. Сформулированы необходимые условия для устойчивого считывания штрихкодов, описываемые величиной коэффициента контрастности. Классифицированы элементы отпечатков картины лазерного воздействия, составляющих штрихкод, и дан пример измерения и вычисления коэффициента контрастности образцов с использованием метода спектрофотометрии. С помощью сканирующей зондовой микроскопии измерены параметры поверхностного рельефа в областях нанесенного штрихкода. Выполнен анализ взаимосвязи параметров лазерного излучения и геометрических характеристики элементов штрихкода, а также величины его коэффициента контрастности.

Ключевые слова: лазерное излучение, штрихкод, считывание, конструкционные материалы.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-6-71-70

Е. А. Вешкин, В. В. Семенычев, В. И. Постнов, Е. В. Крашенинникова

Исследование микротвердости матрицы стеклопластиков по толщине образцов,

отформованных различными способами ...............................................................................................................................71

На образцах из стеклопластика толщиной 2,2, 5,4 и 11,0 мм, полученных при автоклавном формовании, исследованы оценивающие закономерности изменения величин микротвердости матрицы по толщине образцов. Установлено, что величина микротвердости образцов стеклопластиков по их толщине от лицевой поверхности образца к оборотной изменяется по параболическому закону с максимальными значениями в сердцевине, и что с ростом толщины образца возрастает и значение микротвердости матрицы. Дана оценка стабильности значений микротвердости матрицы в различных местах стеклопластикового листа длиной 3 м, а также листов одинаковой толщины, отформованных индивидуально и в пятислойном пакете. Установлено, что способы формования листов из стеклопластика в рамках проведенного эксперимента не влияют на величины микротвердости матрицы.

Ключевые слова: стеклопластик, матрица, наполнитель, микротвердость, экзотермические эффекты.

DOI: 10.30791/0015-3214-2021-6-71-78

Авторский указатель за 2021 год...........................................................................................................................................79

Памяти Бориса Александровича Калина ...............................................................................................................................83