СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

И. В. Боровицкая, А. С. Демин, О. А. Комолова, С. В. Латышев,

С. А. Масляев, И. С. Монахов, Е. В. Морозов, В. Н. Пименов,

И. П. Сасиновская, Г. Г. Бондаренко, А. И. Гайдар, И. А. Логачев

Повреждаемость поверхностного слоя сплава Инконель 718 импульсными

пучково-плазменными потоками...............................................................................................................................................5

Исследована повреждаемость поверхностного слоя сплава Инконель 718, изготовленного методом селективного лазерного сплавления по аддитивной технологии, с последующей термической обработкой в условиях многократных импульсных воздействий потоков ионов гелия и гелиевой плазмы при двух режимах облучения в установке Плазменный фокус “Вихрь”: в мягком режиме с плотностью потока энергии q₀ = 2·10⁸ Вт/см² и длительностью импульса τ = 50 нс и в жестком режиме — q₀ = 1,5·10⁹ Вт/см² , τ = 25 нс. Количество импульсов в экспериментах составляло N = 10 и 20. Облучение в мягком режиме формирует на поверхности слоя микроструктуру, содержащую поры, а при более жестком энергетическом воздействии образуются поверхностные микротрещины и блистеры с разрушенными оболочками. С увеличением плотности потока энергии интенсивность эрозии поверхностного слоя (потеря массы за один импульс) возрастала. Характер этого явления определяется процессами очистки поверхностного слоя сплава от примесных элементов, адсорбированных из внешней среды до облучения, и осаждения элементов функциональных материалов и примесей рабочего газа на облучаемую поверхность. Выявлены особенности формирования ячеистой микроструктуры ПС исследуемого сплава в реализованных условиях пучково-плазменных воздействий. Методом численного моделирования установлено перераспределение долей поглощенной материалом энергии, расходуемых на испарение и плавление облученного ПС, в сопоставляемых режимах облучения.

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

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-2-5-17

С. Б. Михайлов, С. Г. Горный, А. Н. Шариков

Особенности и эффективность наносекундной лазерной абляции высокоуглеродистой

стали сканирующим пучком импульсного излучения Yb:YAG лазера .................................................................................. 18

Приведены результаты экспериментов по абляции мишеней из высокоуглеродистой У13 и низкоуглеродистой Ст30 сталей сканирующим пучком импульсного излучения лазера наносекундного диапазона длительности. Определена зависимость глубины и энергетической эффективности абляции от плотности мощности в диапазоне q = 4·10⁸ – 10¹⁰ Вт/см² . Установлено, что максимальная эффективность удаления материала достигается при значении q = 4·10⁹ Вт/см² для мишени из стали У13 и в диапазоне q = 7·10⁸ – 5·10⁹ Вт/см² для стали Ст30. Определено распределение вылетевших микрочастиц по размерам. Установлено, что при облучении высокоуглеродистой стали возникает поток частиц, оседающих на поверхность мишени (обратный поток), механизм которого связан с образованием наноразмерных частиц конденсата. На основании измерений отражательной способности и исследования микроструктуры облучённой поверхности методами электронной микроскопии выдвинуто предположение, что более высокая эффективность абляции высокоуглеродистой стали У13 по сравнению с низкоуглеродистой сталью Ст30 определяется процессом конденсации пересыщенных паров углерода на поверхности мишени, что увеличивает поглощательную способность облучённой поверхности мишени и, в результате, возрастает эффективность удаления материала при последующем сканирующем проходе.

Ключевые слова: лазерная абляция, высокоуглеродистая сталь, эффективность абляции, микрочастицы, обратный поток микрочастиц, конденсация паров углерода.

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-2-18-32

Плазмохимические способы получения и обработки материалов

В. П. Вагин, С. С. Манохин, М. С. Гусаков, Е. В. Суриков,

Л. С. Яновский, Д. М. Кондратьев, Ю. Р. Колобов

Исследование эволюции структурно-фазового состояния образцов сплава W – Сu

в графитовой оболочке в процессе вакуумных отжигов

и воздействия высокотемпературной плазмы......................................................................................................................33

Исследовано изменение пористости псевдосплава W – 18 масс. % Cu, полученного методами порошковой металлургии, в процессе изотермических вакуумных отжигов в интервале температур 800 – 1200 °С. Оценена стойкость к окислению внешней поверхности гибридной лабораторной конструкции, состоящей из двух составных элементов и изготовленных из разнородных материалов: графита и сплава W – 18 масс. % Cu, при воздействии высокотемпературной плазмы. Изучен процесс эволюции микроструктуры, контролируемой диффузией по внутренним поверхностям раздела (границам зерен и субзерен) атомов меди из частиц меди, расположенных на границах зерен и субзерен в приповерхностных слоях образца.

Ключевые слова: псевдосплав W – Cu, графит, вакуумный отжиг, высокотемпературная плазма, пористость, структура, окисление.

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-2-33-39

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

Ю. Н. Девятко, В. В. Новиков, О. В. Хомяков

Механизм распухания облучаемого оксидного ядерного топлива.

Часть I. Режим штатного облучения...................................................................................................................................40

Рассмотрен процесс распухания топлива в штатных условиях облучения в рамках теории фазовых переходов первого рода. Показано, что фазовый переход происходит в пересыщенном твердом растворе примесно-вакансионных комплексов (связанное состояние ксенона с вакансиями) в диоксиде урана. Проведен анализ данных распухания и выхода газовых продуктов деления из топлива с различными легирующими добавками в штатных условиях облучения.

Ключевые слова: распухание топлива, добавки, выход ГПД, фазовый переход первого рода, газонаполненные пузырьки, примесно-вакансионные комплексы, критический радиус.

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-2-40-54

В. Т. Бурцев, Е. Б. Чабина, С. Н. Анучкин

Взаимодействие празеодима и диспрозия с кислородом в расплавах никеля при РAr = 0,1 MПa

и анализ неметаллических включений.....................................................................................................................................55

Методом мгновенной фиксации ЭДС с использованием ячейки Mo[Cr/Cr₂O₃ // ZrO₂ (MgO)//O(Niж)]Mo и сертифицированных датчиков исследовано взаимодействие Pr/Dy с кислородом в расплавах никеля при Р_Ar = 0,1 MПa и постоянной температуре. Выраженные в виде логарифмических уравнений зависимости а[O] = f[Pr/Dy, %] позволили в интервале концентраций 0,001 – 0,2 масс.% каждого раскислителя сравнить их друг с другом и определить, что раскислительная способность Pr в 1,7 раза выше по сравнению с Dy. Рассчитана активность кислорода а_[O] в расплавах Ni – O – Al – (Pr/Dy) по сравнению с Al при концентрации 0,05 масс.% элементов и показано семикратное ее уменьшение для первого раскислителя и одиннадцатикратное для второго. Исследована морфология неметаллических включений металлографических шлифов сплавов Ni – O – Pr/Dy, указывающая на то, что включения располагаются по границам зерен и имеют различную конфигурацию и сложный гетерофазный состав. Анализ неметаллических включений с максимальным содержанием элемента-раскислителя доказал существование кислородных соединений Pr/Dy, что подтвердило данные термодинамических и масс-спектрометрических исследований. Среднее содержание Zr в неметаллических включениях при раскислении Pr превышает в два раза по сравнению с экспериментами при раскислении Dy, что указывает на взаимодействие Pr/Dy с ZrO₂ датчика ЭДС и на преимущественное взаимодействие Pr по сравнению с Dy и коррелирует с данными по определению а_[O].

Ключевые слова: расплавы никель-кислород, празеодим, диспрозий, метод ЭДС, раскисление, морфология и состав неметаллических включений.

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-2-55-67

А. С. Ложкомоев, С. О. Казанцев, О. В. Бакина, А. С. Буяков, Е. И. Сенькина,

М. Г. Криницын, В. А. Иванюк, А. Ф. Шарипова, М. И. Лернер

Получение скаффолдов на основе железа с антибактериальным покрытием

на основе полимолочной кислоты и ванкомицина ................................................................................................................. 68

Описан способ получения железных скаффолдов с пористостью около 70 % с использованием нанопорошка Fe со средним размером 68 ± 2 нм и модифицированных ванкомицином для придания материалу антибактериальных свойств. Проведены исследования структуры и состава скаффолдов, механических характеристик, показавших высокие значения предела прочности образцов (около 15 МПа). Модифицирование поверхности скаффолдов полимолочной кислотой приводит к увеличению предела прочности на 40 % и к общему сглаживанию деформационной кривой. Показано, что введение ванкомицина в полимер позволяет получить антибактериальное покрытие на поверхности скаффолда с пролонгированным высвобождением лекарственного препарата.

Ключевые слова: электрический взрыв проволоки, нанопорошок железа, наночасттицы, спекание, пористость, биорезорбируемые скаффолды, модифицирование, полимолочная кислота, предел прочности, антибактериальная активность, ванкомицин.

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-2-68-77

Краткие сообщения

Т. В. Бровман

Исследование устойчивости процесса непрерывной прокатки.......................................................................................... 78

Устойчивость заготовки при прокатке зависит от напряжений сжатия и времени действия напряжений. При малых скоростях прокатки большую роль играет деформация ползучести. Показано влияние точности формы заготовки и расположения валков и проводок на повышение надежности работы стана.

Ключевые слова: критическое напряжение, сопротивление деформации, эксперимент, прогиб.

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-2-78-80