СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

В. Н. Колокольцев, С. А. Масляев, В. Н. Пименов, А. С. Демин,

Е. В. Морозов, Н. А. Епифанов, И. В. Боровицкая, Е. В. Демина,

И. П. Сасиновская, А. И. Гайдар

Повреждаемость поверхности и выброс частиц при облучении ванадия импульсными

потоками ионов и плазмы в установке Плазменный фокус ..................................................................................................5

Исследована повреждаемость поверхности ванадия и выброс с неё микрокапель в вакуумную камеру установки Плазменный фокус “Вихрь” при воздействии импульсных потоков ионов и плазмы (рабочий газ — дейтерий или гелий) с плотностью мощности излучения ~ 10⁶ – 10⁸ Вт/см². Показано, что в результате импульсного нагрева на поверхности образца образуется жидкая пленка — тонкий слой расплава ванадия. Под действием плазменного потока, движущегося параллельно поверхности образца ванадия с высокой скоростью, возникает неустойчивость Кельвина — Гельмгольца, что приводит к образованию волн на поверхности расплавленного слоя. Воздействие потока плазмы и мощных акустических импульсов, возникающих при импульсном облучении образца, приводит к срыву микрокапель жидкого ванадия и переносу их на поверхность медного экрана-коллектора. Отмечено возможное влияние подобных процессов на работу установок управляемого термоядерного синтеза.

Ключевые слова: плазменный фокус, импульс плазмы, ванадий, микрокапли.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-2-5-14

У. О. Кутлиев, К. У. Отабаева, М. К. Каримов

Моделирование распыления плёнки льда на поверхности кристалла Au (111)

низкоэнергетическими ионами Ar+ ........................................................................................................................................15

Приведены результаты компьютерного моделирования распыления плёнки льда, состоящей из 12 слоёв и осажденной на поверхность кристалла Au (111), при бомбардировке ионами Ar+ с начальной энергией меньше 1 кэВ. Показано, что при малых значениях энергии образуются кластеры, состоящие из 2 – 10 молекул воды. Установлено, что наиболее устойчивый кластер состоит из 6 молекул воды и ему соответствует самый интенсивный пик на масс-спектре.

Ключевые слова: компьютерное моделирование, кластер, тонкие плёнки, распыление, ионная бомбардировка.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-2-15-21

Функциональные покрытия и обработка поверхности

Ю. В. Хомич, В. А. Ямщиков

Лазерная термообработка сталей и сплавов перед диффузионной сваркой.....................................................................22

Представлены результаты экспериментальных исследований по диффузионной сварке в условиях горячего изостатического прессования (ГИП) с предварительно термообработанной поверхностью заготовок из ряда сталей и сплавов наносекундными импульсами лазерного ультрафиолетового (УФ) излучения. Даны оценки характеристик лазерного излучения и параметров модифицированного слоя поверхности вследствие его оплавления лазерным импульсом. Показано, что у обработанных лазером образцов временное сопротивление увеличилось на величину, превышающую 10 %, а относительное удлинение — более 20 %. Использование лазера позволило снизить температуру процесса ГИП на 160 °С с сохранением механических свойств сварного соединения. Рассмотрены физические причины улучшения механических свойства сварного шва.

Ключевые слова: наносекундный лазер, лазерная термообработка, наноструктуры, рельеф поверхности, диффузионная сварка, горячее изостатическое прессование.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-2-22-35

Композиционные материалы

В. Е. Данилов, А. М. Айзенштадт, Т. А. Дроздюк, М. А. Фролова, Г. А. Гарамов

Интеркаляция сапонита из растворов электролитов, различающихся природой катиона............................................36

Представлены результаты исследования физико-химических свойств модифицированного сапонита, выделенного из оборотной воды обогатительной фабрики АО “Севералмаз”. Показано, что проведение процесса интеркаляции в его структуру катионов разной природы изменяет электропроводность образцов, что даёт возможность проводить контроль величины остаточной влаги материала. Изменение природы катионов, внедренных в межпакетное расстояние сапонита, минимизирует обжиговую усадку сапонитового сырца при изготовлении керамических изделий. В качестве интеркалируемых катионов были использованы однозарядные (NH4⁺, Na⁺), двухзарядные (Mg²⁺, Ca²⁺) и трехзарядные (Fe³⁺) ионы. Установлено, что электрическое сопротивление для всех исследуемых образцов возрастает по степенному закону по мере удаления влаги, а усадку сапонит-содержащего сырца в зависимости от внедренного катиона можно уменьшить на 30 – 40 %.

Ключевые слова: сапонит-содержащий материал, электролитная коагуляция, пептизация, эксфолиация, поверхностное натяжение.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-2-36-46

Е. Е. Осташкина, А. Е. Савкин, Е. А. Ванина

Исследование радиационной стойкости полимерного компаунда с включенными

отработавшими ионообменными смолами...........................................................................................................................47

Разработана технология и установка для кондиционирования отработавших ионообменных смол методом обезвоживания и включения в полимерное связующее. Проведена оценка радиационной стойкости полученного полимерного компаунда в соответствие нормативным требованиям с использованием разработанных и аттестованных методик. В качестве показателя, характеризующего структуру полимерного компаунда, была принята его механическая прочность (предел прочности при сжатии). Обнаружено, что при дозе облучения 10⁴ Гр прочность исследуемой композиции возрастает и это связано с явлением радиационной сшивки, которая ведет к образованию дополнительных химических связей и упрочнению матрицы. Объём образцов полимерного компаунда при облучении дозами 10⁴ – 10⁶ Гр уменьшается, что гарантирует целостность контейнеров, используемых при его хранении/захоронении. Скорость выщелачивания радионуклидов из образцов полимерного компаунда при облучении также уменьшается и находится в пределах требований НП-019-15. Показано соответствие полимерного компаунда нормативным требованиям радиационной стойкости по показателям неизменности его структуры и водоустойчивости.

Ключевые слова: полимерный компаунд, ионообменная смола, радиационная стойкость, облучение.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-2-47-54

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

Д. О. Фролов, Д. М. Левин, С. С. Манохин, Ю. Р. Колобов, С. В. Овсепян

Исследование высокотемпературного фона внутреннего трения в азотированном

жаропрочном сплаве на основе никеля...................................................................................................................................55

Проведено исследование параметров высокотемпературного фона внутреннего трения дисперсно-упрочненного поликристаллического сплава ВЖ171 (ХН29К28ВМТ). Установлено, что переход исследуемого сплава из упругого в вязкоупругое состояние происходит при достижении температурной границы Tcr = 791 К минимум в две стадии. Первая стадия определяет миграцию точечных дефектов кристаллического строения по границам зерен при малой деформации в низкотемпературной области, чему соответствует энергия активации диффузии 0,51 эВ. Вторая стадия определяет отрыв и движение дислокаций от атомов примеси, а также появление зернограничного скольжения в высокотемпературной области, для чего необходима энергия активации 0,86 эВ. Относительное уменьшение модуля сдвига в диапазоне температур 300 – 890 К составило ≈ 0,15. Для определения температурной границы предложена формула, которая позволяет вычислить температуру Tcr на основе данных об активационных параметрах высокотемпературного фона внутреннего трения. Сформулировано общее термодинамическое условие перехода материала из упругого состояния в вязкоупругое, соответствующее высокотемпературным механизмам деформации. Показано, что температурная граница, определяющая начало перехода материала из упругого состояния в вязкоупругое, может быть использована для диагностики жаропрочных свойств азотированных сплавов в качестве дополнительного критерия.

Ключевые слова: вязкоупругость, зернограничное внутреннее трение, микропластичность, высокотемпературный фон, внутреннее азотирование, нитриды, жаропрочность, энергия активации, дисперсное упрочнение.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-2-55-64

В. В. Абрамов

Кинетика совмещенных процессов выглаживания и сварки давлением с нагревом

разнородных кристаллических материалов с сильно различающейся сопротивляемостью

пластической деформации.......................................................................................................................................................65

Исследовано влияние уровня термодеформационного воздействия на кинетику образования контакта из разнородных кристаллических материалов за счет пластической деформации микровыступов обработки контактирующих поверхностей в широком интервале температур (293 – 1173 К) и давлений (5 – 80 МПа). Показано, что смятие микровыступов обработки происходит в четыре этапа, дифференцированных в две стадии. Установлено, что этапы смятия микровыступов оказывают существенное влияние на активацию атомов контактных площадок и их схватывание. Определено, что уровень напряжений в контакте значительно превышает номинальные значения, заложенные в расчетные формулы, определяющие площадь контакта. Показано влияние уровня термодеформационного воздействия на направленное формирование механических свойств в приконтактном слое металла. Рассмотрена природа активации контактных поверхностей и задержки схватывания относительно кинетической кривой образования физического контакта на примере взаимодействия разнородных и разноименных материалов при термодеформационном воздействии на них. Описанная схема процесса выглаживания позволяет направленно управлять технологическим процессом и формировать необходимые механические свойства на поверхности металла.

Ключевые слова: физический контакт, корунд, схватывание, напряжение, кинетика.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-2-65-77