СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

Л. В. Баран

Модифицирование структурно-фазового состояния и механических свойств

пленок Ti – C60 – Ti, имплантированных ионами бора ............................................................................................................5

Исследованы изменения структуры, фазового состава и механических свойств пленок Ti – C60 – Ti имплантированных ионами В⁺ (Е = 80 кэВ, D = 1·10¹⁶ ион/см²), после отжига в вакууме при температуре 570 К (3 ч) методами атомно-силовой микроскопии, рентгенофазового анализа и наноиндентирования. Установлено, что в процессе конденсации слоя фуллерита на подстилающий слой титана, а затем слоя титана на слой фуллерита идет интенсивная диффузия титана в слой фуллерита. Имплантация ионами бора пленок титан – фуллерит – титан приводит к перемешиванию слоев титана и фуллерита, увеличению атомной доли кислорода в пленках, образованию новой фазы Ti_xO_yC₆₀ и повышению нанотвердости перемешанных слоев. Термический отжиг имплантированных пленок Ti – C60 – Ti в вакууме при 570 К (3 ч) приводит к рекристаллизации фуллеритовой фазы, интенсивному росту новой фазы Ti_xO_yC₆₀ с улучшенными механическими свойствами.

Ключевые слова: пленки фуллерит – титан, ионная имплантация, структура, фазовый состав, механические свойства, атомно-силовая микроскопия.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-3-5-13

С. В. Симаков, Н. А. Виноградова, О. Н. Никитушкина

Импульсное лазерное воздействие на чистый алюминий.....................................................................................................14

Исследовано влияния лазерного воздействия на структуру модельного материала — чистого алюминия. Лазерную обработку образцов алюминия проводили на Nd:YAG лазере мощностью 15 Дж, 10 импульсами с длительностью 5·10^–8 с. В эксперименте использовали прозрачную среду для исключения влияния термического механизма и создания условий для ударно-волнового механизма воздействия на материал. Исследование структуры осуществляли методом просвечивающей электронной микроскопии. После лазерного облучения в чистом алюминии обнаружено образование кристаллографически ориентированных пустот с поперечными размерами 50 – 100 нм и длиной до 500 – 800 нм. Обсуждается механизм образования подобных образований.

Ключевые слова: лазерное воздействие, чистый алюминий, ударно-волновой механизм, пустоты.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-3-14-19

Плазмохимические способы получения и обработки материалов

И. И. Шаненков, А. А. Сивков, А. И. Циммерман,

Д. С. Никитин, Р. Б. Табакаев

Плазмодинамический синтез оксидов металлов в среде углекислого газа

на примере систем Ti – O и Fe – O.........................................................................................................................................20

Проведен плазмодинамический синтез нано- и микропорошков оксидов железа и титана в среде углекислого газа с использованием секционированного емкостного накопителя энергии и коаксиального магнитоплазменного ускорителя с титановыми и стальными электродами. Показана возможность управления объемом утилизируемого в процессе синтеза CO₂ за счет изменения типа электродов и количества последовательных импульсов электропитания ускорителя. Установлено, что при использовании титановых электродов и многоимпульсного режима работы в рассматриваемой системе возможно утилизировать до 15 об. % СО₂ с получением до ~ 9 г дисперсных продуктов.

Ключевые слова: плазмодинамический синтез, оксид титана, оксид железа, ультрадисперсные материалы, утилизация СО₂.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-3-20-29

Функциональные покрытия и обработка поверхности

В. М. Ананьин, Б. А. Калин

Измерение коэффициентов диффузии примесей внедрения в сплаве Zr – 1 масс. % Nb

методом внутреннего трения.................................................................................................................................................30

В сплавах с ГПУ решёткой возможно наблюдение релаксации Снуковского типа, если в нём имеется определённое количество примесей замещения. Однако рассчитывать коэффициенты диффузии примесей внедрения по измеренному времени релаксации по аналогии с ОЦК сплавами нельзя, как раз из-за возможного взаимодействия с атомами замещения. В некоторых случаях, если имеются надёжные диффузионные данные для сплава, близкого по составу к изучаемому, время релаксации можно вычислить из соотношения τ_r = τ_r0 ·exp(H_m/RT_m), где H_m, T_m — параметры релаксационного максимума примеси из опыта, а τr₀ определяется из формулы D₀ = c₀²/(16·τ_r0 ) для ГПУ решётки, где D₀ берется из соответствующих диффузионных экспертных данных. Таким способом в работе рассчитаны коэффициенты диффузии примесей внедрения в сплаве Zr – 1 масс. % Nb для нескольких состояний образцов.

Ключевые слова: релаксационные максимумы, энергия активации, примеси внедрения, коэффициенты диффузии, альтернативный способ расчёта.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-3-30-35

Композиционные материалы

Г. В. Козлов, И. В. Долбин

Перколяционная модель формирования высокомодульных нанокомпозитов

полимер/углеродные нанотрубки............................................................................................................................................36

Исследованы общие теоретические критерии получения высокомодульных нанокомпо[1]зитов полимер/углеродные нанотрубки и полимер/графен в рамках перколяционных моделей усиления полимерных нанокомпозитов. Получены функциональные взаимосвязи между такими характеристиками как уровень межфазной адгезии, относительное содержание межфазных областей, степень агрегации нанонаполнителя и др. Определены условия, необходимые для получения высокомодульных полимерных нанокомпозитов: 1) реализация отрицательных значений перколяционного индекса; 2) использование объемного содержания нанонаполнителя выше его порога перколяции; 3) достижение эффекта наноадгезии. Математически первое условие реализуется в том случае, если степень агрегации меньше объемного содержания нанонаполнителя. В случае выполне[1]ния указанных условий перколяционная модель предсказывает возможность получения полимерных нанокомпозитов рассматриваемых классов, которые имеют механические характеристики, сопоставимые по своей величине с аналогичными параметрами для стали, но существенно меньше по весу.

Ключевые слова: нанокомпозит, углеродные нанотрубки, графен, структура, перколяция, степень усиления.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-3-36-42

Н. В. Корнеева, И. К. Крылов, И. Ш. Абдуллин, В. В. Кудинов

Влияние гибридизации углеродных волокон арамидными и СВМПЭ-волокнами

на ударные свойства гибридных углепластиков...................................................................................................................43

Методом “разрыв ударом” (РУ) исследованы свойства и механизмы разрушения гибридных композиционных материалов (ГКМ) на основе пластичных и хрупких матриц, упрочнённых гибридными волокнами из углеродных, арамидных и сверхвысокомолекулярных полиэтиленовых (СВМПЭ) волокон при низкоскоростном ударе. Cостав гибридного волокна и пластичность матрицы влияют на свойства и характер разрушения ГКМ. Установлено, что сочетание углеродного и арамидного волокна в гибридном волокне для армирования пластичной матрицы (ПМ) даёт возможность создавать материал с замедленным разрушением. Показано, что для разрушения ГКМ с пластичной матрицей при ударе необходима нагрузка в два раза большая, чем для образцов с жесткой матрицей. Наиболее высокую прочность имеют ГКМ, в которых на всех этапах нагружения, вплоть до разрушения происходит совместная деформация матрицы и упрочняющего волокна. Механизм деформации и разрушения анизотропных ГКМ при ударе носит ступенчатый характер.

Ключевые слова: гибридные композиционные материалы (ГКМ), гибридное волокно, метод “разрыв ударом” (РУ), углепластики, углеродное волокно, арамидное волокно, СВМПЭ-волокно, неравновесная низкотемпературная плазма, удельная работа разрушения, предел прочности при растяжении, пластичная матрица (ПМ), жесткая матрица (ЖМ).

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-3-43-53

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

М. Ю. Грязнов, А. В. Самохин, В. Н. Чувильдеев, А. А. Фадеев,

Н. В. Алексеев, С. В. Шотин, А. А. Дорофеев

Получение композитного порошка системы W – Ni – Fe со сферической формой частиц и исследование

возможности его использования в технологии послойного лазерного сплавления............................................................54

Впервые получен порошок псевдосплава системы W – Ni – Fe (ВНЖ-93) со сферической формой частиц в диапазоне размеров 15 – 50 мкм и величиной зерна на уровне 0,5 – 3 мкм с использованием технологий плазмохимического синтеза, грануляции и сфероидизации. Продемонстрирована возможность использования сфероидизированного порошка ВНЖ-93 в аддитивной 3D-печати. Проведены исследования физико-механических характеристик и микроструктуры тестовых образцов, изготовленных по технологии послойного лазерного сплавления (ПЛС) из порошка псевдосплава ВНЖ-93. Показано, что параметры ПЛС существенно влияют на формирование микроструктуры тестовых образцов. В оптимальных режимах ПЛС удалось получить однородную равноосную микроструктуру со средним размером зерна около 1 мкм. Определено, что максимальные значения плотности и твердости по Виккерсу тестовых образцов ВНЖ-93, полученных в оптимальных режимах ПЛС, составляют 16,8 г/см³ и 4,8 ГПа соответственно и не уступают значениям для образцов, полученных с использованием традиционной технологии жидкофазного спекания. Основной проблемой послойного лазерного сплавления порошка ВНЖ-93 является неоднородность микроструктуры массивных образцов и образование в их структуре микротрещин и микропор.

Ключевые слова: псевдосплав ВНЖ-93, плазмохимический синтез, сферический порошок, аддитивные технологии, технология послойного лазерного сплавления, микроструктура, плотность, твердость

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-3-54-66

М. А. Каплан, С. В. Конушкин, К. В. Сергиенко, Б. Б. Картабаева,

А. Д. Горбенко, А. Г. Колмаков, А. Ю. Иванников, М. А. Севостьянов

Влияние термической обработки на свойства коррозионностойкой стали,

легированной серебром и титаном.........................................................................................................................................67

Исследованы структуры и механических свойств новой легированной (0,2 масс. % Ag и 0,5 масс. % Ti) коррозионностойкой стали 03Х17Н10М2 (0,023 С – 17 Cr – 10 Ni). Исследование структуры проводили методами световой оптической микроскопии и рентгеновской дифрактометрии. Механический свойства изучали методом растяжения образцов на испытательной разрывной машине по ГОСТ 1497-84. Показано влияние гомогенизирующего отжига и прокатки слитка на структуру легированной коррозионностойкой стали. Пластины после проката имеют мелкозернистую структуру. Нормализация при 900°С и 1000°С снижает долю феррита в структуре, уменьшает анизотропию механических свойств и повышает пластичность стали.

Ключевые слова: коррозионностойкие стали, новые материалы, термическая обработка, физико-механические свойства.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-3-67-73

Г. А. Мамедова, Г. Ф. Насирли, Т. А. Алиев

Синтез цеолита типа LTA на основе природных минералов Нахчывана:

влияние различных факторов на процесс кристаллизации..................................................................................................74

Исследован процесс кристаллизации перспективного для практического использования цеолита типа LTA, рассмотрено воздействие различных факторов на скорость и селективность синтеза с использованием природных минералов Нахчывана. Рассмотрено влияние на кристаллизацию цеолита LTA температуры в интервале 80 – 150 °С; массовых отношений исходных компонентов галлуазита (Г) и обсидиана (О), равных 1:1, 1:2, 1:3, 2:1 и 3:1; концентрации используемого термального раствора NaOH в диапазоне 5 – 30 %; продолжительности процесса в интервале 10 – 100 часов. Установлено, что оптимальными условиями синтеза однофазного цеолита типа LTA со 100 % кристалличностью являются: температура 100 ± 10 °С, концентрация термального раствора NaOH — 10 – 15 %, количественное отношение исходных компонентов Г:О = 1:1, продолжительность обработки — 20 часов. Показано, что нарушение оптимальных условий синтеза приводит к понижению селективности процесса и образованию других цеолитов (Х), алюмосиликатов (содалита, анортита, санидина) или же их смесей, а также кварца. Изучен процесс “старения” цеолита в течение 1 – 3 суток. Установлено, что увеличение продолжительности “старения” приводит к повышению линейной скорости кристаллизации цеолита LTA.

Ключевые слова: цеолит LTA, кристаллизация LTA, природные минералы, структура LTA, тетраметиламмоний гидроксид.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-3-74-84