СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

В. Н. Колокольцев, В. Н. Пименов, А. С. Демин, Е. В. Морозов,

С. А. Масляев, И. В. Боровицкая, А. И. Гайдар

Образование поверхностных микротрещин и выброс частиц в вакуум при облучении сплава

системы алюминий – магний в установке Плазменный фокус “Вихрь”...............................................................................5

Исследован выброс частиц в вакуум при образовании микротрещин в пленке на поверхности модельного сплава системы алюминий – магний (типа АМГ) под воздействием импульсных пучково-плазменных потоков с плотностью мощности q ~ (10⁶ – 5·10⁷ Вт/см²) в установке плазменный фокус “Вихрь”. Образование микротрещин в поверхностной пленке тугоплавкого оксида алюминия (Al₂O₃) происходит вследствие процессов ее распыления, механического воздействия импульсных потоков энергии и возникающих в поверхностном слое термических напряжений. Выброс частиц сплава через микротрещины в оксидной пленке наблюдается после расплавления поверхностного слоя сплава при q > 10⁷ Вт/см². Отмечено возможное влияние подобного эффекта на процесс выброса пылевых частиц в установках термоядерного синтеза.

Ключевые слова: плазменный фокус, импульсные потоки плазмы, алюминиевый сплав, выброс частиц, поверхностная плёнка, микротрещины.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-4-5-14

Плазмохимические способы получения и обработки материалов

А. Ф. Дресвянников, Л. Е. Калугин, М. М. Миронов, М. Ф. Шаехов

Влияние плазменного высокочастотного индукционного разряда на физико-химические свойства

дисперсной системы Ti – Fe – Ni, полученной электрохимическим способом....................................................................15

Методом контактного обмена на поверхности дисперсного титана в водном хлоридсодержащем растворе железа и никеля синтезирована дисперсная система Ti – Fe – Ni. Методами рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии и Оже-спектроскопии изучены морфология и состав поверхности, а также фазовый состав дисперсной системы Ti – Fe – Ni до и после плазменной обработки. Показано, что в процессе контактного обмена на поверхности микрочастиц титана формируются агломераты субмикронных зародышей равноосной формы. Установлено также, что в данной системе присутствуют сильно искаженные металлические фазы железа и никеля, а также гидридная фаза TiH₂, которые практически не претерпевают фазовых превращений при транспорте через индукционно-связанный плазменный разряд аргона пониженного давления. Показано, что для металлических фаз титана, железа и никеля характерно присутствие на поверхности частиц тонкой оксидной пленки, причем общее содержание оксидной фазы в образцах не превышает 1,5 масс. %.

Ключевые слова: титан, железо, никель, дисперсные системы, индукционный высокочастотный разряд, плазменная обработка.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-4-15-22

А. М. Кручинин, М. Я. Погребисский, Е. С. Рязанова, А. Ю. Чурсин

Градиент напряжения дуги как многофакторная базовая электрическая характеристика

дуговой сталеплавильной печи................................................................................................................................................23

На примере дуговой сталеплавильной печи (ДСП) предложена инженерная методика определения градиента напряжения дуги как многофакторной базовой электрической характеристики. С использованием методов теплообменной модели электрической дуги (ТОМЭД) выполнен базисный двухфакторный вариант аналитического расчета среднего градиента напряжения столба дуги, как функции двух параметров — реактивного сопротивления печи и вторичного напряжения печного трансформатора. Показана коррекция базисной функции с учетом значения активного сопротивления эквивалентной схемы ДСП и показателя теплового режима электрода. Предложенный метод позволяет уже на стадии разработки технического задания рассчитать важнейшие энергофизические характеристики ДСП и, как следствие, выбрать рациональный электрический режим работы проектируемой ДСП с целью улучшения энергетических и динамических показателей плавки.

Ключевые слова: электрическая дуга, дуговая сталеплавильная печь, теплообменная модель, градиент напряжения, базисная электрическая характеристика.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-4-23-31

Функциональные покрытия и обработка поверхности

В. Г. Шепелевич

Структура быстрозатвердевщих сплавов Al – (0,25 – 2,0) масс.% Bi...............................................................................32

Представлены результаты исследования микроструктуры и текстуры фольг сплавов алюминия, содержащих 0,25 – 2,0 масс. % Bi, и изготовленных при высокоскоростном затвердевании. Скорость охлаждения расплава не менее 10⁵ К/с. В фольгах формируется текстура (111) алюминия. Средняя хорда сечений шарообразных выделений висмута не превышает 0,5 мкм. Размер дисперсных частиц висмута растёт, а их число в единице объема алюминиевой матрицы уменьшается с увеличением раcстояния от поверхности фольги. Удельная поверхность межфазной границы сначала возрастает, а затем уменьшается по мере перемещения фронта кристаллизации. Фольги сплавов растворяются в воде при комнатной температуре, образуя пузырьки водорода и аморфный порошок из гидридов алюминия Al₂O₃·5(H₂O) и Al₂O₃·3(H₂O).

Ключевые слова: генерация водорода, алюминиевый сплав, текстура, дисперсные частицы висмута.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-4-32-36

Композиционные материалы

А. В. Болоцкая, М. В. Михеев

Модифицирование наноразмерными частицами нитрида кремния материалов

на основе системы Ti – B – Fe, полученных методом СВС-экструзии................................................................................37

Методом СВС-экструзии получены компактные керамические СВС-электродные материалы на основе диборида титана, модифицированные наноразмерными частицами нитрида кремния. Проведены исследования фазового состава, структуры и физико[1]механических свойств полученных материалов. Результаты сканирующей электронной микроскопии показали, что в модифицированных образцах наблюдается измельчение зёрен основной фазы диборида титана, а также изменение фазового состава материала. При введении 5 масс. % наноразмерных частиц нитрида кремния, помимо основной износостойкой фазы TiB₂ наблюдается образование фаз TiN, Fe₂ B и TiSi₂ , расположенных в интерметаллидной матрице FeTi. Средний размер зёрен TiB₂ и TiN составляет 0,5 – 2 мкм и 2 мкм соответственно. При добавлении 10 масс. % Si₃N₄ структура материала состоит из равномерно распределенных в интерметаллидной матрице FeTi фаз TiB₂, TiN и небольшого количества твердых растворов Si и B. Размер зерна TiB2 не превышает 0,5 – 1 мкм, а фаза TiN имеет средний размер зерна порядка 0,5 – 1,5 мкм. Показано, что полученные модифицированные керамические СВС-электродные материалы, обладают более высокими показателями микротвердости и твердости по сравнению с материалом без добавок Si₃N₄ .

Ключевые слова: модифицирование, самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС), наноразмерные частицы, СВС-экструзия, СВС-Аз.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-4-37-44

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

Е. И. Сенькина, А. С. Буяков, А. С. Ложкомоев

Модификация пористой α-Al2O3 керамики нанолистовыми структурами бемита..........................................................45

Продемонстрирована возможность модификации макропористой Al₂O₃ керамики нанолистовыми структурами бемита с использованием электровзрывных наночастиц Al/AlN. Определены условия позволяющие осуществить объёмную пропитку керамической матрицы наночастицами Al/AlN. Показано, что в результате окисления закрепившихся наночастиц, на поверхности керамики формируются нанолистовые структуры мелкокристаллического бемита. Показано, что такая модификация позволяет значительно улучшить сорбционные характеристики макропроистой Al₂O₃ керамики по отношению к эозину. За время защитного действия удается адсорбировать до 2,9 мг/г красителя при линейной скорости потока 0,15 см/с.

Ключевые слова: макропористая Al2 O3 керамика, спекание, модификация, электровзрывные наночастицы Al/AlN, окисление, нанолисты, наноструктуры, бемит, адсорбция, время защитного действия.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-4-45-53

Л. Р. Ботвина, М. Р. Тютин, И. О. Синев, А. И. Болотников, В. П. Левин,

Е. Н. Белецкий, Ю. С. Перминова, О. В. Рыбальченко, С. В. Добаткин

Кинетика поврежденности предварительно циклированной малоуглеродистой стали

с крупнозернистой и субмикрокристаллической структурой.............................................................................................54

Изучена кинетика накопления микротрещин и разрушения на различных стадиях растяжения образцов из стали 20 с крупнозернистой и субмикрокристаллической (СМК) структурой, полученной методом равноканального углового прессования (РКУП). Для изучения влияния механической деградации часть образцов была подвергнута предварительному циклированию до относительной долговечности 50 % с последующим растяжением, в процессе которого были оценены параметры акустической эмиссии, поля деформаций, полученные методом корреляции цифровых изображений, и измерена напряженность остаточного магнитного поля. Методом оптической микроскопии с применением компьютерного анализа изображений измерена длина и плотность поверхностных микротрещин. Установлено, что предварительное циклирование вызывает упрочнение материала и снижение его пластичности. Выявлена стадийность процесса разрушения и обнаружены очаги усталостной трещины на внутренних расслоениях образцов с СМК структурой после предварительного циклического нагружения. Показано, что формирование СМК структуры после РКУП образцов из стали 20 приводит к упрочнению, уменьшению работы разрушения, площади пластической зоны, максимальных главных деформаций и поврежденности, а также к повышению числа сигналов акустической эмиссии (АЭ) и напряженности остаточного магнитного поля.

Ключевые слова: сталь 20, субмикрокристаллическая структура, поврежденность, акустическая эмиссия, напряженность остаточного магнитного поля, стадийность разрушения.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-4-54-65

Е. К. Казенас, Н. А. Андреева, Г. К. Астахова, В. А. Волчёнкова,

О. А. Овчинникова, Т. Н. Пенкина, В. Б. Смирнова

Состав пара и термодинамические характеристики газообразных молекул молибдатов

щелочных металлов..................................................................................................................................................................66

Приведены расчетные и экспериментальные масс-спектры газообразных молибдатов щелочных металлов: Li₂MoO₄, Na₂MoO₄, K₂MoO₄, Rb₂MoO₄, Cs₂MoO₄ при температурах 1050 – 1800 К. На основании экспериментальных данных определены давления паров и рассчитаны энтальпии испарения, образования и атомизации газообразных молибдатов щелочных металлов.

Ключевые слова: щелочные металлы, молибдаты, состав и давление пара, энтальпии атомизации и образования.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-4-66-71

Краткие сообщения

В. Ю. Баринов, С. С. Манохин, Ю. Р. Колобов, А. Е. Лигачев

Получение псевдосплава W – Cu..............................................................................................................................................72

Исследована возможность синтеза псевдосплава вольфрам – медь с использованием в качестве источника нагрева высокоэкзотермической реакции горения кремния в азоте. За счет тепла, выделяющегося в результате горения, спрессованные из порошков вольфрама и меди (85 масс. % W + 15 масс. % Cu) заготовки нагревались выше температуры плавления меди. Образцы полученных псевдосплавов обладали относительной плотностью 0,76. Добавка в исходную шихту 0,35 масс. % порошка Со позволила увеличить относительную плотность до 0,86.

Ключевые слова: псевдосплав, вольфрам, медь, горение, кремний, азот.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-4-72-75