СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

А. Е. Лигачев, М. В. Жидков, Ю. Р. Колобов, Г. В. Потемкин,

М. В. Лукашова, Г. Е. Ремнев, С. К. Павлов, В. А. Тарбоков

Влияние мощного импульсного ионного пучка на топографию поверхности вольфрама...................................................5

Проведена обработка поверхности вольфрама мощным импульсным ионным пучком на ускорителе ТЕМП (ионы Cn⁺, ускоряющее напряжение 200 ± 10 кВ, плотность энергии одиночного импульса 2,5 – 3,0 Дж/см²). Исследованы изменения рельефа и структуры поверхности образцов вольфрама методом растровой электронной микроскопии.

Ключевые слова: мощный импульсный ионный пучок, вольфрам, кратер.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-6-5-10

С. В. Симаков, Н. А. Виноградова, А. А. Ашмарин, А. Б. Михайлова,

О. Н. Никитушкина, Е. Е. Старостин, В. И. Товтин

Влияние пластической деформации, термообработки и электронного облучения

на структурно-фазовое состояния сплава Cu – 40 ат. % Pd.............................................................................................. 11

Исследовано влияние пластической деформации, термообработки и электронного облучения на структурно-фазовое состояние образцов сплава Cu – 40 ат. % Pd. Проведен рентгенофазовый анализ исходных образцов, образцов полученных прокаткой до 0,2 мм, образцов отожженных после прокатки в атмосфере аргона при 950 °С, 1 ч, и образцов подвергнутых высокоэнергетическому облучению электронами на воздухе при температуре 300 °С. Отмечено изменение фазового состава образцов после воздействия прокатки — образовалось ~ 6 % упорядоченной β-фазы с ОЦК структурой, которая исчезает после отжига. В результате облучения на поверхности сплава образовался слой оксида меди CuO, который в обычных термических условиях формируется при температуре 400 – 500 °С, также в приповерхностном слое исчезли рефлексы упорядоченной β-фазы. Элементный состав сплава изменился по глубине от облученной поверхности металла. Образовались фазы с низкой степенью дальнего порядка и повышенным содержанием палладия. Присутствие этих фаз обусловлено преимущественно избирательным окислением меди.

Ключевые слова: сплавы палладий – медь, высокоэнергетическое облучение электронами, упорядоченная β-фаза.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-6-11-16

Функциональные покрытия и обработка поверхности

А. Е. Дорошенко, В. К. Крутько, О. Н. Мусская, С. М. Рабчинский, А. И. Кулак

Электроосаждение кальцийфосфатных покрытий в cреде поливинилового спирта.......................................................17

Методом электрохимического осаждения в электролите Ca(NO₃)₂/NH₄H₂PO₄ при Ca/P = 1,67, рН = 4 и постоянном напряжении 15 В или плотности тока 20 мА/см² в течение 20 мин получены однофазные брушитные покрытия на титане. В среде 0,01 – 0,10 % поливинилового спирта при постоянном напряжении 15 В были получены однофазные брушитные или монетитные покрытия. В режиме осаждения при постоянной плотности тока 20 мА/см² введение 0,01 – 0,10 % поливинилового спирта в электролит приводит к получению композитных кальцийфосфатных покрытий, содержащих кроме брушита, портландит и апатит. Биоактивность кальцийфосфатных покрытий подтверждали образованием апатитового слоя в процессе их выдерживания в растворе Simulated Body Fluid (SBF). Аморфизированный апатит, сформировавшийся на брушитных покрытиях в ходе выдерживания в SBF, после термообработки кристаллизуется в β-трикальцийфосфат. Апатит, образовавшийся на композитном покрытии в SBF, кристаллизуется в смесь гидроксиапатита и β-трикальцийфосфата. Полученные биоактивные кальцийфосфатные покрытия могут быть использованы в качестве биопокрытий повышающих остеоинтеграцию титановых имплантатов.

Ключевые слова: кальцийфосфатные покрытия, брушит, монетит, поливиниловый спирт, модельный раствор SBF, аморфизированный апатит, гидроксиапатит.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-6-17-25

Композиционные материалы

Т. О. Оболкина, М. А. Гольдберг, С. В. Смирнов, О. С. Антонова, Д. А. Уткин,

Д. Р. Хайрутдинова, А. А. Коновалов, Г. П. Кочанов, С. М. Баринов, В. С. Комлев

Влияние Mn²⁺ на микроструктуру и механические свойства керамических материалов

на основе ZrO2 – Al2O3 – SiO2 ..................................................................................................................................................26

Исследовано влияние Mn²⁺ на фазовый состав, пористость, микроструктуру, прочность при трехточечном изгибе, микротвердость и спекание композиционных керамических материалов системы ZrO₂ – Al₂O₃ – SiO₂. Показано, что введение Mn²⁺ приводит к существенному росту механических свойств керамики. Наибольшей величиной прочности при трехточечном изгибе 761 ± 36 МПа и микротвердости 9,5 ± 0,5 ГПа обладал материал состава ZrO₂ – Al₂O₃ – SiO₂ , содержащий 0,75 мол. % Mn²⁺, полученный при температуре 1300 °С. Трещиностойкость материала составила 7,0 МПа·м1/2. При этом, наибольшие значения трещиностойкости 9,3 ± 0,5 МПа·м1/2 показали материалы состава ZrO₂ – Al₂O₃ – SiO₂, содержащие 0,75 мол. % Mn²⁺, обожженные при температуре 1250 °С.

Ключевые слова: диоксид циркония, оксид алюминия, оксид кремния, обжиг, марганец.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-6-26-32

И. С. Гришин, Н. Н. Смирнов, Д. Н. Смирнова

Механохимический синтез пористых кремнийоксиуглеродных композитов......................................................................33

Исследован процесс механохимического синтеза пористых кремнийоксиуглеродных композитов. Синтез композитов проводили посредством механической обработки ряда смесей активированного угля и белой сажи с различным массовым соотношением. Полученные образцы изучали с использованием методов рентгеновской дифракции, инфракрасной спектроскопии, низкотемпературной адсорбции/десорбции азота и потенциометрического титрования. Выполнен синхронный термический анализ, включая термогравиметрический анализ и дифференциальную сканирующую калориметрию. По данным рентгеновского анализа определено, что в процессе механохимического синтеза не происходит образование новых фаз, а структура получаемых композитов является аморфной. Посредством ИК-спектроскопии доказана возможность химического связывания активированного угля и белой сажи с образованием оксикарбидов кремния как связующего звена в композитной структуре при интенсивном подводе механической энергии к исходным веществам. По результатам синхронного термического анализа оценена термическая устойчивость сформированных оксикарбидов кремния, а также доля свободного углерода, несвязанного химически с диоксидом кремния. Установлено, что состав исходной смеси значительно влияет на химию поверхности синтезируемых композитов, что выражается в изменении концентрации различных поверхностных функциональных групп. Сделано предположение о возможном механизме твердофазного взаимодействия активированного угля и белой сажи, результатом которого является формирование связей Si–O–C. Исследование пористой структуры полученных композитных материалов выявило тенденцию к снижению удельной поверхности и объема пор при увеличении концентрации белой сажи в исходной смеси. Установлена возможность регулирования пористой структуры композитов путем изменения массового соотношения активированного угля и белой сажи.

Ключевые слова: композитный материал, оксикарбид кремния, механохимический синтез, пористая структура, активированный уголь, белая сажа.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-6-33-43

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

А. И. Епишин

Исследование высокотемпературной гомогенизации монокристаллического

никелевого жаропрочного сплава 3-го поколения.................................................................................................................. 44

Исследованы процессы, происходящие при высокотемпературной гомогенизации монокристаллов никелевого жаропрочного сплава 3-го поколения CMSX-10, содержащего 6 масс. % рения, разработанного фирмой Cannon-Muskegon для литья высоконагруженных неохлаждаемых монокристаллических лопаток первой ступени турбины высокого давления авиационного газотурбинного двигателя Trent 800. Показано, что кинетика растворения выделений неравновесной эвтектический γ′-фазы сильно зависит от температуры: в температурном интервале 1340 – 1360 °C скорость растворения эвтектической γ′-фазы повышается приблизительно на порядок при увеличении температуры отжига на каждые 10 °C. Проведены сравнительные исследования двух режимов гомогенизации со ступенчатым повышением температуры отжига, предложенных для сплава CMSX-10 фирмой Cannon-Muskegon: длительный 45-ти часовой режим с 10-ю ступенями повышения температуры и сокращенный 20-ти часовой режим с 6-ю ступенями повышения температуры. Методом измерения удельного электросопротивления исследовано изменение температуры солидуса сплава в процессе гомогенизационного отжига. Показано, что при гомогенизации по обоим режимам происходит полное растворение выделений неравновесной эвтектической γ′-фазы, в тоже время более длительный 45-ти часовой режим обеспечивает более глубокую химическую гомогенизацию сплава, что особенно важно для такого легирующего элемента как рений, который имеет высокий коэффициент ликвации и очень низкую диффузионную подвижность в никеле. Более глубокая гомогенизация обеспечивает лучшую термическую стабильность микроструктуры монокристаллов, и, как следствие, более высокую длительную прочность. Негативным эффектом высокотемпературной гомогенизации является повышенная пористость, образующаяся в результате растворения эвтектических выделений γ′-фазы, которая может быть уменьшена путем оптимизации химического состава сплава и понижения объемной доли выделений неравновесной эвтектической γ′-фазы.

Ключевые слова: никелевые жаропрочные сплавы, монокристаллы, термическая обработка, пористость.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-6-44-53

А. А. Дорофеев, А. В. Самохин, А. А. Фадеев, Н. В. Алексеев, М. А. Синайский,

И. С. Литвинова, И. Д. Завертяев

Исследование процесса гранулирования нанопорошка системы W – Ni – Fe методом распылительной сушки........... 54

Рассмотрен способ получения нанопорошковых микрогранул системы W – Ni – Fe (состава ВНЖ-90) методом распылительной сушки суспензии на основе композиционных наночастиц, полученных методом плазмохимического синтеза. Экспериментально определены параметры работы лабораторной установки распылительной сушки Buchi Mini Spray Dryer B-290 с ультразвуковой форсункой, обеспечивающие получение нанопорошковых микрогранул ВНЖ-90 с выходом целевой фракции 25 – 63 мкм на уровне 65 %. Установлена зависимость размера и морфологии получаемых гранул от выбора дисперсионной среды, концентрации дисперсной фазы и органического связующего в суспензии. Выполнена оценка влияния расхода суспензии в процессе распылительной сушки на выход гранул фракции 25 – 63 мкм. Проведено испытание изготовленного экспериментального образца нанопорошковых микрогранул в процессе плазменной сфероидизации.

Ключевые слова: вольфрам, псевдосплав, нанопорошок, микрогранулы, грануляция, распылительная сушка, плазменная сфероидизация.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-6-54-69

В. А. Зеленский, А. Б. Анкудинов, В. С. Шустов, А. С. Устюхин, М. И. Алымов, Н. П. Черезов

Свойства магнитотвердого порошкового сплава Fe – 30 Cr – 20 Co – Mo с повышенной пористостью..................... 70

Исследовано влияние среды спекания (вакуум и аргон) на конструкционные и магнитные характеристики магнитотвердого сплава Fe – 30 Cr – 20 Co – Mo с повышенной пористостью (около 4 %), синтезированного методом порошковой металлургии. Вся пористость материала являлась закрытой. Образцы сплава исследовали в трех состояниях — после спекания, после закалки и после термообработки для получения магнитных свойств. Спеченный в вакууме материал обладает немного более высокими магнитными свойствами по сравнению со свойствами сплава, спеченного в аргоне. Значения магнитных гистерезисных характеристик приемлемы для технического применения исследуемого сплава. Закалка увеличивает пластичность более чем в 2 раза по сравнению с материалами после спекания и после термической обработки и одновременно снижает предел текучести.

Ключевые слова: порошковая технология, спекание, пористость, магнитные характеристики, закалка, термообработка, диаграммы деформирования, предел текучести, пластичность, твердость.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-6-70-75

И. В. Беляев, Н. М. Зайцев, Ю. В. Рудницкий

Гидроабразивная резка постоянных магнитов из сплавов системы Fe – Co – Ni – Cu – Al – Ti.....................................76

Исследована возможность гидроабразивной резки постоянных магнитов системы Fe – Co – Ni – Cu – Al – Ti с использованием установки гидроабразивной резки OMAX 555 JetMachining Center XX. Заготовки постоянных магнитов, предназначенные для резания, имели толщину 2 и 5 мм. Гидроабразивную резку проводили на воздухе, скорость резания варьировали в пределах 50 – 250 мм/мин. Магнитные свойства исследуемых заготовок измеряли до и после гидроабразивной резки путём записи кривых размагничивания. Изменения химического и фазового состава исследуемых сплавов оценивали методами рентгенофлуоресцентного и рентгенофазового анализов. Установлено, что постоянные магниты толщиной 2 – 5 мм могут быть разрезаны без возникновения каких-либо механических повреждений их поверхности. Химический и фазовый состав материала постоянных магнитов при этом практически не изменяется. Магнитные свойства постоянных магнитов не снижаются и даже возрастают. Толщина реза составляет не более 0,5 мм. Режимы гидроабразивной резки могут быть оптимизированы для заготовок различной толщины.

Ключевые слова: постоянные магниты, гидроабразивная резка, режимы резания, магнитные свойства.

DOI: 10.30791/0015-3214-2022-6-76-80

Юбилеи

Алымов Михаил Иванович........................................................................................................................................................81

Шефтель Елена Наумовна.......................................................................................................................................................82

Авторский указатель за 2022 год...........................................................................................................................................83