СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

М. В. Торчик, М. А. Котов, В. Н. Андросенко, Ф. В. Филиппов, Н. Г. Соловьев,

А. Н. Шемякин, М. Ю. Якимов, А. В. Чаплыгин, С. С. Галкин

Исследование теплофизических свойств мелкозернистого графита МПГ-7

в диапазоне 1000 – 2000 °С при лазерном нагреве ..................................................................................................................5

Отработан метод определения теплоемкости и теплопроводности высокотемпературных материалов решением обратной задачи теплопроводности в расчетной модели и сравнением полученных результатов с экспериментальными данными. Выполнена серия экспериментов по нагреву образцов из графита МПГ-7 лазерным излучением, а так же проведены расчеты в соответствии с начальными и граничными условиями эксперимента. Совпадение расчетных и экспериментальных данных подтверждает возможность применения предложенного расчетно-экспериментального метода для определения теплофизических свойств новых материалов.

Ключевые слова: теплоемкость, теплопроводность, теплофизические свойства, графит, высокая температура.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-5-19

А. С. Сивак, С. Г. Калганова, С. В. Тригорлый, Ю. А. Кадыкова,

Е. Ю. Васинкина, Т. П. Сивак, Г. В. Сахаджи

Моделирование нагрева эпоксидных компаундов в СВЧ-камерах различного типа...........................................................20

C помощью метода конечных элементов, реализованного в программном пакете COMSOL Multiphysics, проведены численные исследования распределения температурных и электрических полей в эпоксидном компаунде с учетом режимов нагрева, конструкции СВЧ-камер и физических свойств композита. Установлено, что для СВЧ-нагрева компаунда, содержащего эпоксидную смолу ЭД-20 с наполнителем из карбида кремния, целесообразно использовать рабочие СВЧ-камеры на квазикоаксиальном волноводе и с волноводно-щелевыми излучателями периодического действия. Определены оптимальные режимы процесса СВЧ-отверждения эпоксидного компаунда: время СВЧ- воздействия, мощность, скорость вращения и движения формы с компаундом в СВЧ- камерах. Для достижения требуемой температуры отверждения эпоксидного компаунда использовали алгоритм ступенчатого регулирования СВЧ-мощности в зависимости от температуры в контрольной точке, позволяющий добиться равномерного распределения температурного поля в объеме компаунда и ускорить технологический процесс получения композита. Предложенный подход к решению задач нагрева эпоксидных компаундов в СВЧ-камерах различного типа и результаты моделирования могут быть использованы при разработке СВЧ-камер для технологий отверждения и модификации различных компаундов, а также построения алгоритмов и систем управления СВЧ-установками.

Ключевые слова: математическое моделирование, СВЧ-нагрев, эпоксидный компаунд, электродинамика, теплопроводность, СВЧ-камера, отверждение, регулирование мощности.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-20-32

Композиционные материалы

В. Г. Щукин, А. Н. Черепанов, В. Н. Попов

Моделирование лазерной сварки пластин из вспененного алюминия

с использованием монолитной вставки .................................................................................................................................33

Методом численного моделирования проведена оценка возможности сварки пластин вспененного алюминия с промежуточной вставкой из монолитного металла для получения качественных неразъемных соединений. Разработана нестационарная математическая модель сварки при воздействии энергии лазера на поверхность вставки из непористого металла, размещаемой между торцами соединяемых пластин. Рассмотрены процессы, определяющие особенности получаемых соединений и швов для пластин. Материал пластин — вспененный технический алюминий марки А0 толщиной 7 мм со средним значением пористости 90 %. Материал монолитной вставки — аналогичный сплав. Высота вставки больше толщины пластин. Определены начальные и граничные условия при расчетах, для чего были применены параметры исследований сварки пластин лазером CO2 c мощностью излучения 3 кВт, скоростью сканирования 2 м/мин. Установлено, что для получения шва удовлетворительного качества требуется согласование толщин пластин, их пористости, высоты вставки и мощности подаваемой энергии. Особенностью рассматриваемого процесса сварки является продолжительное остывание и затвердевание расплавленного металла, что является следствием высокой пористости и низкой теплопроводности материала пластин. Представлены результаты расчётов и образцы, полученные при проведении экспериментальных исследований. Рассчитанные характеристики соединений вспененных алюминиевых пластин удовлетворительно согласуются с результатами проведенных физических экспериментов, что подтверждает адекватность предложенной модели, и способствуют пониманию физических процессов при разработке технологии сварки. Эффективность предложенного метода сварки пластин подтверждена испытаниями на разрыв полученных образцов.

Ключевые слова: вспененный алюминий, лазерная сварка, монолитная промежуточная вставка, численное моделирование.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-33-43

А. Н. Арнаутов, Э. Л. Дзидзигури, Д. Д. Жеребцов, Л. В. Федоренко, С. В. Чернышихин

Исследование микроструктуры композиционного материала AlSi10Mg + ZrN,

полученного методом селективного лазерного плавления....................................................................................................44

Проведено исследование композиционного материала AlSi10Mg с добавлением 5, 10 и 15 масс. % порошка нитрида циркония, синтезированного методом селективного лазерного плавления. Разработана методика синтеза, включающая приготовление порошка ZrN, его смешивание с порошком матричного сплава в шаровой планетарной мельнице и печать объемных образцов. Определены оптимальные технологические параметры синтеза, обеспечивающие высокую относительную плотность до 99,9 % полученного композита. Обнаружено, что при концентрациях нитрида циркония в матричном сплаве, равных 10 и 15 масс. %, в процессе плавления его часть реагирует со сплавом матрицы и образует мелкие частицы, обладающие стехиометрией фазы Zr(Al,Si)3. В микроструктуре синтезированных образцов наблюдается равномерное распределение частиц нитрида циркония как исходных, так и прореагировавших со сплавом AlSi10Mg.

Ключевые слова: композиционные материалы, селективное лазерное плавление, алюминиевые сплавы, нитрид циркония, микроструктура.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-44-52

А. А. Зарипов, И. Х. Худайкулов, Х. Б. Ашуров

Искровой разряд в жидкой среде как эффективный метод синтеза наночастиц

многоэлементных композитов с контролируемыми размерами и морфологией...............................................................53

Исследован метод получения наночастиц многоэлементных композитов в жидких средах с использованием искрового разряда. Проведён синтез наночастиц сферической формы, размеры которых определены методами рентгеновской дифракции (XRD) и сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM). Установлено, что размеры частиц составляют 51,6 нм и 89,2 нм соответственно и это различие обусловлено особенностями используемых методов анализа. Проведено исследование влияния мощности разряда в диапазоне 40 – 80 Вт на морфологические характеристики наночастиц. Показано, что увеличение мощности способствует уменьшению их диаметра, что связано с более интенсивным дроблением исходного материала и эффективным охлаждением в жидкой среде. Выявлено, что продолжительность воздействия разряда в интервале 0 – 6000 с не оказывает значительного влияния на размер частиц, что объясняется процессами окисления в электролите, препятствующими агломерации. Анализ рентгеновских дифракционных данных подтвердил наличие фаз α-Fe, γ-Fe, оксидов железа, а также возможных соединений хрома, молибдена и меди. В среде солевого раствора (NaCl + H2O) наблюдается образование оксидных, гидроксидных и хлоридных фаз в результате процессов выщелачивания. Продемонстрирована перспективность метода искрового разряда для получения наночастиц многоэлементных композитов с возможностью контролируемого варьирования их размеров и морфологических характеристик, что открывает широкие перспективы их применения в различных технологических областях.

Ключевые слова: наночастицы, многоэлементные композиты, жидкие среды, искровой разряд, рентгеновская дифракция (XRD), сканирующая просвечивающая электронная микроскопия (STEM), размер частиц, мощность и время воздействия разряда, агломерация.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-53-60

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

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

Влияние длительных отжигов на структуру и свойства фехраля в условиях высокотемпературной

некаталитической конверсии углеводородных газов и свободного отжига на воздухе при 1000 °С...............................61

Исследовано изменение микроструктуры материала проницаемых для газов сетчатых проволочных матриц, изготовленных из сплава на основе железа состава: Cr (22,5 ± 1 %), Al (5 ± 1 %), примесные элементы (2,2 %), Fe — остальное, в условиях проведения процесса некаталитической конверсии углеводородных газов. Проведено сравнение с морфологией сплава (фехраля), подвергнутого длительному изотермическому отжигу на воздухе. Методами оптической металлографии, растровой и просвечивающей электронной микроскопии изучена эволюция структурно-фазового состояния исследуемого сплава и роста толщины формируемого оксидного слоя в процессе конверсии.

Ключевые слова: фехраль, некаталитическая конверсия, углеводородные газы, микроструктура, оксидный слой, внутреннее окисление, электронная микроскопия.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-61-70

И. Н. Ганиев, Ф. А. Алиев, Р. Д. Исмонов, А. М. Сафаров, Х. О. Одиназода

Теплофизические свойства и термодинамические функции алюминиевого проводникового сплава E-AlMgSi

(“алдрей”), легированного индием .........................................................................................................................................71

Представлены результаты исследования температурной зависимости теплоемкости, коэффициента теплоотдачи и термодинамических функций алюминиевого сплава E-AlMgSi (“алдрей”) с индием в режиме “охлаждения”. Показано, что с ростом температуры теплоемкость, коэффициент теплоотдачи, энтальпия и энтропия сплава E-AlMgSi, легированного индием, увеличиваются, а значение энергии Гиббса уменьшается. Добавка индия до 1 масс. % снижает теплоемкость, коэффициент теплоотдачи, энтальпию и энтропию исходного сплава и повышает величину энергии Гиббса.

Ключевые слова: алюминиевый сплав E-AlMgSi (“алдрей”), индий, теплоемкость, коэффициент теплоотдачи, режим “охлаждения”, энтальпия, энтропия, энергия Гиббса.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-71-80

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

О. А. Овчинникова, Т. Н. Пенкина, А. А. Фомина, О. Н. Фомина

Состав пара и термодинамические характеристики газообразных молекул сульфидов химических

элементов периодической системы........................................................................................................................................81

Проведен термодинамический анализ процессов испарения сульфидов химических соединений, входящих в состав перерабатываемого сырья сложного генезиса. Показано, что многие элементы периодической таблицы Д.И. Менделеева образуют химические соединения с серой как в конденсированном, так и в парообразном (газообразном) состоянии. Обнаружено, что молекулярный состав парогазовой фазы многих сульфидов и их смесей гораздо сложнее и разнообразнее, чем считалось ранее. В дополнение к молекулам мономеров, в парах сульфидов были обнаружены различные газообразные молекулы этих соединений. Впервые систематизированы экспериментальные результаты по термодинамике испарения и диссоциации сульфидов практически всех элементов периодической системы Д.И. Менделеева. Представлен широкий спектр данных по давлению паров, их составу и химическим свойствам.

Ключевые слова: сульфиды металлов, состав пара, энтальпии, атомизация, газообразные сульфиды, химические элементы, периодическая таблица Д.И. Менделеева.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-81-86