СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

Н. Г. Валько, С. В. Злоцкий, В. М. Анищик, Н. А. Павлова, Н. И. Мороз

Воздействие компрессионных плазменных потоков на структуру, механические

и коррозионные свойства кремнистой электротехнической стали.....................................................................................5

Исследовано влияние компрессионных плазменных потоков на структуру, механические и коррозионные свойства кремнистой анизотропной электротехнической стали с содержанием кремния 6,67 ат. %. Обработку образцов осуществляли при давлении 400 Па в атмосфере азота 1, 3 и 6 последовательными плазменными импульсами, обеспечивающих плотность поглощенной энергии 35 Дж/см². С помощью методов растровой электронной микроскопии на модифицированной поверхности мишени зафиксировано наличие кратеров, обогащённых углеродом, размер которых зависит от количества импульсов. Методом рентгеновского структурного анализа показано, что высокоскоростное остывание модифицированного слоя стали приводит к незначительному увеличению параметра решетки, плотности дислокаций и микротвердости. Установлено, что вследствие формирования неоднородной оплавленной поверхности на обработанных компрессионными плазменными потоками образцах коэффициент трения увеличивается, а также повышается их коррозионная стойкость и микротвердость вследствие формирования однородного переплавленного слоя.

Ключевые слова: электротехническая сталь, компрессионные плазменные потоки, структура, микротвердость, коэффициент трения, коррозионная стойкость.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-5-13

Плазмохимические способы получения и обработки материалов

В. И. Калита, Д. И. Комлев, А. А. Радюк, А. Б. Михайлова, К. Ю. Демин

Фрикционная обработка плазменного никелевого покрытия..............................................................................................14

Выполнен анализ микроструктуры и микротвердости плазменного никелевого покрытия на цилиндрической стальной подложке после фрикционной обработки двумя инструментами из быстрорежущей стали, которые линейно перемещали вдоль образующей вращающейся цилиндрической подложки. При фрикционной обработке поверхность покрытия и рабочие части инструментов окисляются, что определяет механизм их взаимодействия с ограничением адгезии между ними. Повышение температуры поверхности покрытия до 1500 °С при термопластической обработке позволяет его деформировать и уплотнять. Предложена оценка энергетического процесса фрикционной обработки никелевого покрытия по величинам мощности, прикладываемой инструментами к покрытию, и работе, выполненной на площади покрытия с учетом циклического нагружения сжатия (до 40 МПа) и сдвига (до 10 МПа) в течение времени воздействия, не превышающего 50 с.

Ключевые слова: плазменные никелевые покрытия, напыление с насадкой, цилиндрическая подложка, фрикционная обработка, энергетика процесса, микроструктура, микротвердость.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-14-27

Функциональные покрытия и обработка поверхности

Ю. Ф. Иванов, О. С. Толкачев, Е. А. Петрикова, Н. А. Прокопенко,

О. В. Крысина, Ю. Х. Ахмадеев, Н. Н. Коваль

Многоэлементное поверхностное легирование титана марки ВТ1-0: структура и свойства.......................................28

Представлен анализ результатов исследования структуры и свойств технически чистого титана марки ВТ1-0, подвергнутого поверхностному легированию облучением системы “пленка – подложка” импульсным электронным пучком. На поверхности образцов титана вакуумно-дуговым плазменно-ассистированным методом были сформированы многоэлементные пленки состава 25,7 ат. % Ti – 17,0 ат. % Al – 21,9 ат. % Nb – 22,3 ат. % Zr – 13,1 ат. % Cu и толщиной 2,5 – 3 мкм, обладающие многослойным строением и аморфно-кристалличностью. Поверхностное легирование образцов титана осуществляли облучением системы “пленка (TiNbAlZrCu) – (ВТ1-0) подложка” интенсивным импульсным электронным пучком (плотность энергии пучка электронов — 20 Дж/см2, длительность импульса — 50 мкс, количество импульсов — 3 и 30, частота следования импульсов — 0,3 с–1, давление остаточного газа Ar в камере установки — 0,02 Па). Показано, что облучение системы “пленка – подложка” тремя импульсами воздействия пучка электронов сопровождается формированием многоэлементного (Ti, Al, Cu, Zr, Nb), многофазного (TiNbAlZrCu, β-Ti, Cu, α-Ti) субмикро- нанокристаллического поверхностного слоя. Выявлено кратное увеличение микротвердости поверхностного слоя титана марки ВТ1-0 как после формирования на поверхности пленки состава Ti – Al – Cu – Zr – Nb, близкого к эквиатомному, так и после облучения системы “пленка – подложка” импульсным электронным пучком. Установлено, что напыление пленки приводит к многократному (более чем в 13 раз) увеличению износостойкости системы “пленка – подложка”, а последующее облучение с целью формирования легированного поверхностного слоя сопровождается снижением износостойкости образцов.

Ключевые слова: титан, поверхностный сплав, система “пленка – подложка”, вакуумно- дуговой плазменно-ассистированный метод, импульсный электронный пучок, структура, свойства.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-28-36

Композиционные материалы

А. Е. Дорошенко, В. К. Крутько, О. Н. Мусская, А. И. Довнар,

О. Б. Островская, А. И. Кулак

Физико-химические свойства титановых имплантатов с многослойными

кальцийфосфатными покрытиями.........................................................................................................................................37

Методом электрохимического осаждения из суспензионного электролита CaCO3 / Ca(H2PO4)2 при плотности тока 30 мА/см² и времени осаждения 5 мин получены композитные кальцийфосфатные покрытия на подложках из титана марки ВТ 6. Биомиметический апатит формировали на композитных покрытиях путем выдержки в концентрированном (в 3 раза) модельном растворе Simulated Body Fluid (SBF × 3) и кристаллизации в процессе термообработки при 800 °С в течение 5 ч. Двухслойные кальцийфосфатные покрытия состояли из гидроксиапатита (71 %), оксида кальция (23 %) и β-трикальцийфосфата (6 %). Трехслойные пористые биоактивные покрытия, обогащенные апатитом, получены выдержкой двухслойных покрытий в растворе SBF × 3. In vivo выявлены изменения фазового состава покрытий разного типа в ходе имплантации на теменную кость крыс в течение 1, 3 и 6 месяцев, свидетельствующие о процессах резорбции и взаимодействия с тканями организма. Титановые имплантаты с многослойными кальцийфосфатными покрытиями не отторгаются организмом, обеспечивают ускоренное сращивание с костной тканью и могут применяться в нейрохирургии, стоматологии и ортопедии.

Ключевые слова: электрохимическое осаждение, биомиметическое осаждение, титан, гидроксиапатит, кальцийфосфатные покрытия, аморфизированный апатит.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-37-46

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

С. С. Манохин, Ю. Р. Колобов, И. В. Седов, А. Ю. Токмачева-Колобова

Исследование процессов деградации структуры фехраля в условиях высокотемпературной

некаталитической конверсии углеводородных газов............................................................................................................47

Исследованы особенности диффузионно-контролируемых процессов формирования и деградации структуры приповерхностных слоев сплава на основе железа (фехраль): Cr (21 – 27 %), Al (4 ± 1 %), Si (0,26 %), остальное — Fe, в условиях его эксплуатации в качестве материала проволочной матрицы в рабочей камере лабораторной установки для проведения процесса некаталитической конверсии углеводородных газов при температуре 1200 °С и длительности выдержки до 30 ч. Методами оптической металлографии, растровой и просвечивающей электронной микроскопии с возможностями анализа элементного состава энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией проведены сравнительный анализ микроструктуры, элементного и фазового составов сплава в исходном состоянии и после эксплуатации в исследуемых условиях. Установлено, что на поверхностях проволок, формируется толстый (около 120 мкм) оксидный слой, состоящий преимущественно из оксидов железа (Fe3O4 и Fe2O3). Выявлены основные особенности эволюции микроструктуры и фазового состава, а также образования и роста трещин вдоль границ раздела переходной области “матрица – поверхностный оксид”. Обнаружено активное внутреннее окисление проволочных образцов сплава с формированием дисперсных частиц Cr2O3 в приповерхностном слое. Проанализировано изменение микротвердости материала в процессе эксплуатации. Обсуждена роль процессов деградации микроструктуры и трещинообразования в наблюдаемом ускоренном разрушении проволочных матриц в рассматриваемых условиях.

Ключевые слова: фехраль, высокотемпературное окисление, микроструктура, оксидный слой, трещинообразование, некаталитическая конверсия углеводородных газов.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-47-56

А. Н. Петров, Н. А. Бессонова, П. А. Петров, Т. С. Басюк,

Г. Г. Асланян, В. О. Кочкуров

Изотермическая деформация заготовок из алюминиевого сплава RS300 (АК10ч)

с использованием смазочных материалов..............................................................................................................................57

Изучены технологические свойства смазочных материалов (СМ) различных составов, используемых для горячей и изотермической деформации алюминиевых сплавов. Технологические свойства СМ исследовали применительно к технологии горячей изотермической штамповки заготовок из алюминиевого сплава RS300 (АК10ч), полученного методом селективного лазерного сплавления, для чего использовали метод осадки кольцевого образца. Кольцевые образцы из сплава RS300, с соотношением размеров наружного (D) и внутреннего (d) диаметров и высоты (h) D:d:h = 6:3:2, осаживали на гидравлическом прессе силой 2,5 МН со скоростью 2 мм/с. Осадку выполняли на плоских бойках из теплостойкой стали. Подкладное кольцо высотой H = 7,0 мм обеспечивало величину деформации в пределах 57 ≥ ε ≥ 49. Температура нагрева образцов и плоских штампов сопоставима с условиями изотермической деформации и составляла 485 и 390 °С соответственно. Проанализированы результаты осадки алюминиевого сплава RS300 со смазочным материалом МС-23М, а также в сочетании с покрытиями ТВ-6 и ОВТ-СТ, с осадкой алюминиевого сплава АК12Д со смазочным материалом МС-23М. Показано, что СМ марки МС-23М может быть применен для условий горячего деформирования, близкого к изотермическому. На основании проведенных экспериментов получена первичная информация о выбранном СМ для условий изотермической деформации заготовок поршневого двигателя из алюминиевого сплава RS300.

Ключевые слова: аддитивная технология, алюминиевые сплавы, изотермическая деформация, структура, механические свойства, трение, метод осадки кольцевых образцов, смазочные материалы, коэффициент трения.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-57-65

Д. Ю. Карпенков, Р. А. Макарьин, А. Ю. Карпенков, А. В. Коротицкий,

Т. А. Свиридова, М. В. Железный

Разработка методов неразрушающего гидрирования соединений LaFe13 – xSix.................................................................66

Апробированы режимы гидрирования хрупких образцов системы La(Fe, Si)13, которые имеют температуру фазового перехода вблизи комнатной и позволяют достичь требуемых значений предела прочности при сжимающих деформациях для успешного их применения в мультистимульных циклах магнитного охлаждения. По прямым измерениям магнитокалорического эффекта и зависимостям напряжение – деформация для литых и гидрированных сплавов LaFe11,6 – xSi1,4 (x = 0 – 3) определено оптимальное содержание армирующей фазы твердого раствора замещения железа кремнием в ОЦК решетке.

Ключевые слова: магнитокалорический эффект, метамагнитный фазовый переход, сплавы LaFe13 – xSix, гидрирование, механические свойства.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-66-76

Ш. Ч. Искандаров, И. Х. Ашуров, У. Ф. Бердиев, У. Б. Хурсандов, Х. Б. Ашуров

Производство электролита из переработанного V2O5 для ванадиевых редокс-проточных

аккумуляторов и оценка возможностей его применения.....................................................................................................77

Исследована возможность применения переработанного V2O5 для приготовления электролита, используемого в аккумуляторах большой ёмкости. Для тестирования был изготовлен лабораторный макет одноячеечного мембранного электрохимического блока. Степень окисления электролита в процессе заряда-разряда измеряли с помощью спектрофотометра UV-1280. Определены оптимальные параметры плотности тока при различных режимах работы. Проведено 300 циклов заряда-разряда, по результатам которых установлена стабильность работы электролита, его энергетическая эффективность и зарядная способность.

Ключевые слова: ванадиевые редокс-проточные батареи, оксид ванадия, V2O5, спектрофотометр, электролиты, возобновляемые источники энергии, переработанный оксид ванадия.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-77-82