СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

Н. Н. Черенда, Н. В. Бибик, В. М. Асташинский, А. М. Кузьмицкий

Термическая стабильность структурно-фазового состояния алюминия и сплавов системы Al – Si,

легированных атомами циркония при воздействии компрессионных плазменных потоков...............................................5

Исследовано структурно-фазовое состояние поверхностных слоев сплавов А95, АК12, АК12ММгН, легированных атомами циркония при воздействии компрессионных плазменных потоков. Установлено, что в легированных слоях алюминия и силуминов формируются метастабильные соединения Al₃ Zr с кристаллической структурой L₁₂ и (Al,Si)₃ Zr со структурой D0₂₂ соответственно. Показано, что легирование исследуемых сплавов цирконием позволяет увеличить микротвёрдость приповерхностного слоя в 1,4 – 3 раза. Исследование термической стабильности структурно-фазового состояния легированных слоев при 550 °С, показало, что в результате отжига алюминия происходит трансформация фазы Al₃ Zr, имеющую структуру L₁₂ , в соединение Al₃ Zr со структурой D0₂₃, а в сплавах системы Al – Si происходит распад (Al,Si)₃ Zr и формирование ZrSi₂ . Отмечено, что синтезированный поверхностный слой обладает повышенной жаропрочностью.

Ключевые слова: силумин, алюминий, цирконий, компрессионные плазменные потоки, легирование, отжиг, фазовый и элементный состав, микроструктура, микротвердость.

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

Плазмохимические способы получения и обработки материалов

Д. Е. Мележенко, Д. В. Лопаев, Ю. А. Манкелевич, С. А. Хлебников, А. А. Соловых,

Л. С. Новиков, Е. Н. Воронина

Поверхностная функционализация квазидвумерного MoS2 в азотной и кислородной плазме..........................................18

Экспериментально и теоретически исследовано воздействие азотной и кислородной плазмы на квазидвумерные пленки MoS₂ с целью выявления основных механизмов их поверхностной функционализации и её влияния на структуру и свойства пленок. Диагностику образцов до и после обработки радикалами и ионами выполняли ex situ спектроскопией комбинационного рассеяния света, спектроскопической эллипсометрией, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией и др. Показано, что воздействие азотной и кислородной плазмы на ультратонкие пленки MoS₂ приводит к модификации приповерхностных слоев образцов за счет удаления серы и встраивания в образовавшиеся вакансии налетающих атомов. Моделирование методом теории функционала плотности выявило основные механизмы поверхностной функционализации монослоев MoS₂ и дало объяснение полученным экспериментальным данным.

Ключевые слова: квазидвумерные материалы, дисульфид молибдена, плазма, поверхностная функционализация, эксперимент, компьютерное моделирование

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-5-18-28

В. И. Калита, Д. И. Комлев, А. А. Радюк, Б. А. Румянцев, В. И. Мамонов

Исследование содержания кислорода и азота в плазменных покрытиях .........................................................................29

Определено содержание кислорода и азота в плазменных покрытиях, напыленных из порошка Co и его сплавов (ат. %) Co – 32 Ni – 21 Cr – 8 Al – 0,5 Y, Co – 27,9 Cr – 7,04 Al – 3,25 Si – 2 Y с использованием конической насадки, пристыкованной к плазмотрону и выполняющей экстракцию плазменного потока после нагрева и ускорения напыляемых частиц. Показано, что с возрастанием мощности плазменной струи повышается содержание кислорода и азота в Co покрытии. При легировании кобальтовых сплавов Cr, Al, Si и Y концентрация кислорода в покрытиях растет менее интенсивно при увеличении мощности плазменной струи, но содержание азота в этих покрытиях выше, чем в Co покрытии за счет взаимодействия легирующих элементов с азотом. Проанализированы новые результаты плазменных покрытий на основе Co и ранее полученные данные покрытий, напылённых из порошков на основе Fe и Ni. Покрытия на основе Fe, Co, Ni были разделены на четыре группы по механизму их взаимодействия с кислородом. В первую группу входят чистые металлы, во вторую — сплавы, легированные Cr, в третью — сплавы дополнительно легированные Al, а в четвертую — сплавы, имеющие комплексное легирование Cr, Mn, C, B, Si, то есть легированные элементами, которые активно взаимодействуют с кислородом, в том числе с образованием газообразных оксидов. Получено, что содержание кислорода в покрытиях снижается при легировании Cr на 35 – 46 %, при дополнительном легировании Al на 57 – 78 %, а легирование Cr, C, В, Si понижает концентрацию кислорода в покрытии на 92 – 95 %. Выполнен анализ известных насадок к плазмотрону.

Ключевые слова: плазменные покрытия, плазмотрон, легирование.

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-5-29-36

Функциональные покрытия и обработка поверхности

Д. С. Белов, Д. Н. Клауч, И. В. Блинков, А. И. Лаптев, А. П. Демиров

Стойкость режущего инструмента с осажденными керамико-металлическими покрытиями

(Ti,Al)N – Cu и (Ti,Al)N – Ni при точении и фрезеровании сталей.......................................................................................37

Проведены сравнительные стойкостные испытания твердосплавного режущего инструмента с нанесенными на его рабочие поверхности покрытиями (Ti,Al)N – Cu и (Ti,Al)N – Ni в условиях непрерывного и прерывистого резания сталей 09Г2С и ЭП302-Ш соответственно. В условиях фрезерования стали ЭП302-Ш при использовании пластин ВК6НСТ с покрытием (Ti,Al)N – Cu и (Ti,Al)N – Ni стойкость инструмента повышается в 3,1 и 1,7 раза соответственно. При точении стали 09Г2С с использованием пластин ВК6НСТ с покрытием (Ti,Al)N – Cu и (Ti,Al)N – Ni стойкость инструмента повышается в 7,6 и 10,8 раза соответственно, а силы резания Fz , Fx , Fy снижаются на ~ 20 %. Показано, что данный эффект определяется наличием наноструктуры в сформированных покрытиях, присутствием высокотвёрдой керамической составляющей и пластичного металла, определяющих их твёрдость (более 35 ГПа) и вязкость разрушения (относительная работа пластического деформирования при индентировании свыше ~ 60 %), повышенных трибологических характеристик (коэффициент трения ~ 0,5 по сравнения с непокрытым твёрдым сплавом ~ 0,7).

Ключевые слова: PVD покрытия, фрезерная обработка, токарная обработка, износостойкость, наноструктура, режущий инструмент, вязкость разрушения, твердость.

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-5-37-46

Композиционные материалы

А. В. Самохин, Н. В. Алексеев, М. А. Синайский, А. Г. Асташов, А. В. Водопьянов,

А. А. Сорокин, С. В. Синцов

Обработка композитного нанопорошка системы W – C – Co в СВЧ электромагнитном поле......................................47

Проведены эксперименты по обработке нанопорошков системы W – C – Co, полученных плазмохимическим синтезом, в СВЧ электромагнитном поле с частотой 2,45 и 24 ГГц в разных газовых средах. Исследовано влияние времени обработки, подводимой мощности и содержания углерода в обрабатываемом нанопорошке на выход монокарбида вольфрама WC.

Ключевые слова: СВЧ, гиротрон, карбид вольфрама, кобальт, наночастицы.

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-5-47-57

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

А. С. Лилеев, Ю. В. Конюхов, Д. Г. Жуков, Р. Ханна, П. С. Мукерджи

Свойства нанокристаллических магнитных порошков системы Fe – O, полученных

магнито-импульсной обработкой из железорудной пыли....................................................................................................58

Исследовано влияние параметров высокоэнергетической, термической и магнито[1]импульсной обработки на формирование фазового состава и магнитных свойств нанокристаллических порошков системы Fe – O при получении из дешевого проблемного железорудного сырья “голубая пыль” индийского месторождения. Установлено, что железорудный концентрат GR-1 “голубая пыль” может быть отнесен к категории отходов ввиду высокой дисперсности и наличия на поверхности оксидно-солевого слоя. Показано, что его обработка в высокоэнергетической мельнице позволяет получать магнитотвердые порошки с размером частиц 1 мкм и значениями коэрцитивной силы и остаточной намагниченности 190 Э и 0,5 кГс соответственно. Определены режимы и условия термической и магнитной обработки.

Ключевые слова: нанокристаллические порошки, магнитотвердые материалы, коэрцитивная сила, остаточная намагниченность, использование отходов, высокоэнергетический помол, компактирование, низкотемпературная термическая обработка, термомагнитная обработка, количественный фазовый анализ, структурный анализ.

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-5-58-65

М. И. Алымов, Ю. В. Левинский, Е.В. Вершинина

P – T – х диаграмма состояния системы Al – Ba .................................................................................................................66

Исследована двухкомпонентная система Al – Ba, в которой образуются интерметал[1]лические соединения, устойчивые при температурах выше температур плавления и бария и алюминия. Это позволяет рассматривать барий как перспективный легирующий элемент для алюминиевых сплавов, работающих в условиях высоких температур, который характеризуется также относительно высоким давлением пара. Широкое применение алюминий-бариевой лигатуры в различных областях металлургии для приготовления сплавов и комплексной модификации сталей и чугунов, где алюминий повышает качество сталей, выступая в качестве восстановителя железа в его оксидных соединениях, а барий способствует графитизации чугунов, что ведет к улучшению структур перлитных и ферритных соединений. Учет высокого давления пара Ba в системе алюминий – барий необходим при анализе композиций в координатах давление – температура – состав (p – T – x диаграмм состояния), что можно использовать при разработке тройных и более сплавов, содержащих алюминий и барий.

Ключевые слова: система алюминий – барий, p – T – x диаграммы состояния, изотермические сечения, алюминий-бариевая лигатура.

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-5-66-71

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

Т. Н. Пенкина, О. Н. Фомина

Состав пара и термодинамические характеристики газообразных молекул вольфраматов

щелочноземельных металлов...................................................................................................................................................72

Приведены расчетные и экспериментальные масс-спектры гаообразных вольфраматов щелочноземельных металлов: MgWO₄(г), CaWO₄(г), SrWO₄(г), BaWO₄(г) в области температур 1600 – 2000 К. Определены парциальные давления паров и выведены уравнения для температурных зависимостей парциальных давлений газообразных молекул вольфраматов щелочноземельных металлов для жидкостей в виде (Р, атм): lgP (MgWO4(ж)) = –28737/Т + 7,95 в области 1600 – 1900 К; lgP (CaWO₄(ж)) = –25265/Т + 6,913 в области 1850 – 2000 К; lgP (SrWO₄(ж)) = –25052/Т + 7,13 в области 1800 – 1900 К; lgP (BaWO₄(ж)) = –20570/Т + 4,58 в области 1770 – 1900 К. На основании экспериментальных данных по давлению пара рассчитаны энтальпии испарения (DН⁰ _s,0), образования (–DН⁰ _f,0) и атомизации (DН⁰ _at,0) газообразных вольфрамататов щелочноземельных металлов, которые составили соответственно (DН⁰ , кДж/моль): MgWO₄ — 652, 890, 2855; CaWO₄ — 644, 974, 2968; SrWO₄ — 615, 1045, 3056; BaWO₄ — 548, 1045, 3095. Определено, что энтальпия сублимации вольфраматов щелочноземельных металлов уменьшается от магния к барию.

Ключевые слова: щелочноземельные металлы, вольфраматы, состав и давление пара, энтальпии атомизации и образования.

DOI: 10.30791/0015-3214-2023-5-72-78