СОДЕРЖАНИЕ

Воздействие потоков энергии на материалы

В. Е. Громов, И. В. Баклушина, Ю. Ф. Иванов, Р. Е. Крюков,

И. Ю. Литовченко, А. С. Чапайкин

Структура и свойства переходного слоя системы “плазменное покрытие из молибденовой

быстрорежущей стали – стальная подложка”, облученного импульсным электронным пучком....................................5

Исследованы структурно-фазовый и элементный составы, твердость и модуль Юнга переходного слоя системы “плазменное покрытие из молибденовой быстрорежущей стали – стальная подложка”, подвергнутого облучению импульсным электронным пучком. Установлено, что формирование покрытия сопровождается созданием протяженного переходного слоя, содержащего α- и γ- фазы, а также карбиды сложного состава. В объеме переходного слоя после облучения выявлена пластинчатая структура с частицами цементита и карбида типа M6C. Зона контакта подложки, непосредственно примыкающая к покрытию, содержит зерна остаточного аустенита, упрочненные наноразмерными карбидами типа M6C. Выявлено, что электронно-пучковая обработка системы “плазменное покрытие из молибденовой быстрорежущей стали – стальная подложка” приводит к снижению твердости и модуля Юнга переходного слоя. Высказаны физически обоснованные представления о причинах снижения твердости и модуля Юнга переходного слоя.

Ключевые слова: быстрорежущая молибденовая сталь, плазменный метод, импульсный электронный пучок, облучение, система “плазменное покрытие из молибденовой быстрорежущей стали – стальная подложка”, переходный слой, структура, фазовый состав, свойства.

DOI: 0.30791/0015-3214-2025-6-5-17

Н. Г. Валько, Н. А. Павлова, А. Е. Лигачев, Б. Л. Бобрышев, Д. Б. Бобрышев,

Д. В. Попков, И. А. Кормс, О. Н. Никитушкина,

Г. В. Потемкин, В. А. Тарбоков, Г. Е. Ремнев

Воздействие мощного импульсного пучка ионов углерода на морфологию и элементный

состав поверхностного слоя магниевого сплава...................................................................................................................18

Изучено воздействие мощного импульсного ионного пучка состава 70 % Сⁿ⁺ + 30 % Н⁺ и длительностью импульса ~ 100 нс на топографию поверхности и элементный состав литейного магниевого сплава МЛ5. Показано, что воздействие одного импульса потока ионов приводит к формированию на поверхности сплава практически параллельных друг другу полос различной формы. Воздействие двух импульсов приводит к сглаживанию поверхности сплава и почти полному исчезновению полос. Исследование элементного состава приповерхностного слоя магниевого сплава после воздействия потока ионов существенных изменений не выявило.

Ключевые слова: магний, мощный импульсный ионный пучок, ионы углерода, морфология поверхности, элементный состав.

DOI: 0.30791/0015-3214-2025-6-18-22

Плазмохимические способы получения и обработки материалов

Д. Е. Капуткин, Н. Е. Капуткина

Особенности электролитно-плазменной нитроцементации стали с рельефной поверхностью....................................23

Исследована анодная электролитно-плазменная нитроцементация коррозионностойкой стали Х18Н8М, протекающая многократно быстрее, чем аналогичный процесс без газовых разрядов. Выявлена особенность такой обработки образцов с негладкой поверхностью, существенно зависящая от толщины слоя, насыщенного азотом и углеродом, и области рельефа. Рельеф на поверхности был создан нанесением резьбы типа М8. Определено, что во впадинах и на склонах упрочняющий слой быстро нарастает на начальной стадии обработки, а затем его рост сильно замедляется. На выступах в зонах с максимальной кривизной поверхности (8000 м–1) на начальной стадии процесса нитроцементации возможно образование трещин и “вырывание” как насыщенного слоя, так и обрабатываемого металла, после чего прирост толщины нитроцементованного слоя возрастает до скорости ~ 1,5 мкм/мин.

Ключевые слова: электролитно-плазменная обработка, насыщение поверхности стали, нитроцементация, рельефная поверхность, толщина слоя.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-6-23-31

Функциональные покрытия и обработка поверхности

И. Ю. Тимохин, Д. В. Ерошин, Е. В. Маслова

Современные методы обработки керамических деталей....................................................................................................32

Представлен аналитический обзор современных методов механической и бесконтактной обработки керамических материалов с учётом физико-химических закономерностей, проявляющихся при высокоэнергетических воздействиях на твёрдые тела в рабочей зоне. Систематизированы методы абразивной обработки алмазными кругами с модифицированной геометрией режущей зоны — фрактальной, бионической, сегментной и комбинированной (1А1 + 1V1). Показано, что данные конструкции позволяют снижать силу резания, локальную температуру в зоне контакта и нагрузку на абразив, увеличивая долговечность инструмента. Проанализированы особенности прерывистого шлифования, при котором съём материала осуществляется разными участками режущей поверхности, что способствует увеличению количества теплоты, уносимой стружкой, и снижению тепловой нагрузки на заготовку за счёт ограниченного прогрева подповерхностных слоёв. Рассмотрены особенности лазерной обработки керамики, включая типы используемых генераторов и их параметры (длина волны, мощность, частота импульсов), а также влияние теплофизических факторов на качество получаемой поверхности. Отдельное внимание уделено снижению термического повреждения при использовании фемтосекундных импульсов и водяного охлаждения. Описаны лазерные, ультразвуковые и гибридные лазерно-механические методы, включая фрезерование с предварительным нагревом зоны обработки, обеспечивающим локальное снижение прочности и повышение производительности. Рассмотрены ограничения, связанные с синхронизацией движения источника излучения и инструмента при обработке поверхностей сложных профилей. Показана целесообразность использования нейросетевых моделей для интеллектуального управления параметрами обработки в реальном времени.

Ключевые слова: керамические материалы, абразивная обработка, лазерная обработка, ультразвуковая обработка, гибридные технологии.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-6-32-42

Композиционные материалы

Ю. Р. Колобов, С. С. Манохин, В. Н. Максименко, И. В. Неласов,

Н. Г. Спиридонов, А. С. Селиванов

Изменения микроструктуры и элементного состава титановых волноводов

в процессе ультразвуковой сварки изделий из пластика.......................................................................................................43

Представлены результаты исследования изменений микроструктуры и элементного состава титановых волноводов из сплава ВТ3-1, применяемых для ультразвуковой сварки пластиковых изделий. С использованием комплекса методов, включающих оптическую, конфокальную сканирующую лазерную микроскопию, растровую и просвечивающую электронную микроскопию, а также энергодисперсионный рентгеновский микроанализ, исследованы морфология поверхности и структура приповерхностных слоев волноводов. Выявлены процессы кавитационной эрозии, приводящие к формированию пор и упорядоченного рельефа на контактной поверхности. В приповерхностном слое обнаружено развитие процесса измельчения зеренной структуры с образованием наноразмерных кристаллитов (диаметром ~ 50 нм) и формированием поверхностного аморфного слоя (толщиной ~ 4 мкм), обогащенного углеродом, кислородом и кремнием. Установлено, что эти изменения обусловлены одновременным воздействием механической нагрузки, высокочастотных ультразвуковых колебаний, локального нагрева и химического взаимодействия с материалом свариваемых деталей, включая перенос компонентов пластика (например, SiO2) в материал волновода.

Ключевые слова: ультразвуковая сварка, титановые волноводы, сплав ВТ3-1, микроструктура, элементный состав, деградация, наноструктурирование, приповерхностный слой, химический состав, фазовый состав, дефекты, аморфизация, кавитация, эрозия, углерод, кислород, кремний.

DOI: 0.30791/0015-3214-2025-6-43-53

Новые методы обработки и получения материалов с заданными свойствами

Н. М. Барбин, С. А. Титов

Термодинамическое моделирование поведения радионуклидов бериллия при высокотемпературном

сжигании реакторного графита в атмосфере воздуха.......................................................................................................54

Представлены результаты термодинамического моделирования поведения радионуклидов бериллия при нагреве реакторного графита в атмосфере воздуха, выполненное с использованием программного комплекса ТЕРРА. Определены константы равновесия радионуклидов и их температурные зависимости. Приведены балансы радионуклидов бериллия в рассматриваемой системе в температурном интервале 300 – 3600 К.

Ключевые слова: реакторный графит, радионуклиды, бериллий, кислород, термодинамическое моделирование, воздух, реакция, константа равновесия.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-6-54-58

В. С. Комаров, В. В. Черкасов, Р. Д. Карелин, А. А. Осокин, В. А. Андреев,

И. Ю. Хмелевская, В. С. Юсупов, С. Д. Прокошкин

Исследование влияния холодной деформации на структурно-фазовое состояние

и свойства никелида титана в различных исходных состояниях........................................................................................59

Проведено комплексное исследование влияния холодной деформации сжатием на формирование структурно-фазового состояния и прочностных характеристик образцов никелида титана (TiNi) в различном исходном состоянии. Установлена возможность проведения холодной деформации сжатием объёмных образцов TiNi после контрольной обработки и различных режимов старения с достижением степени относительной деформации ε = 25 %. Показано, что исходное состояние оказывает значительное влияние на деформационное поведение, структурно-фазовое состояние и свойства TiNi. Проведение холодной деформации приводит к значительному повышению дефектности кристаллической решётки, а наиболее дефектная структура в образцах до и после деформации формируется после старения при 430 °С в течение 1 и 5 ч. Холодная деформация сжатием приводит к частичному подавлению протекания как прямого, так и обратного мартенситных превращений в независимости от исходного структурного состояния TiNi. Старение при 430 °С в течение 1 и 5 ч вызывает интенсивное выделение когерентных наночастиц фазы Ti3Ni4 и последующая холодная деформация с ε = 25 % формирует наиболее упрочненную структуру, что обеспечивает максимальные значения твёрдости (до 370 HV) и сопротивления деформации (σ25 % = 2185 – 2240 МПа).

Ключевые слова: никелид титана, деформация сжатием, прочностные характеристики, старение, структура, мартенситные превращения.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-6-59-68

Г. Н. Кожемякин, Ю. С. Белов, В. В. Артемов, И. С. Волчков, К. А. Корсунов

Формирование нанокристаллов галлия на подложках сапфира..........................................................................................69

Методом термического испарения в атмосфере Ar при времени осаждения 10 с, 15 с и 20 с получены нанокристаллы Ga на подложках сапфира (1 102), размер, форму и количество которых определяли с использованием интеллектуального анализа СЭМ-изображений. Нанокристаллы и микрокристаллы Ga на подложках сапфира конденсировались в виде гексагональной и тетрагональной форм, близких к кристаллическим структурам сапфира и Ga. При времени осаждения 10 с большинство нанокристаллов Ga осаждались в виде прозрачных пластин гексагональной формы, подобной гексагональной структуре R(1 102) сапфировых подложек. Увеличение времени осаждения до 20 с обеспечило рост количества нанокристаллов Ga при повышении их плотности на поверхности подложек на 58 %, а также возрастание в три раза числа микрокристаллов и их размеров от 120 нм до 300 нм. Оксид галлия (Ga2O3), выявленный рентгенофазовым анализом, образовался вследствие взаимодействия поверхностных атомов нанокристаллов и микрокристаллов Ga с атомами кислорода на поверхности подложки сапфира (Al2O3), которые обладают сильной химической связью. Обнаружена двухслойная структура при времени осаждения 15 с и 20 с, нижний слой которой состоит из микрокристаллов Ga, выросших на подложках сапфира, а второй слой нанокристаллов Ga сформирован на верхней поверхности микрокристаллов первого слоя.

Ключевые слова: галлий, сапфир, термическое испарение, нанокристаллы, микрокристаллы.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-6-69-76

Авторский указатель за 2025 г...............................................................................................................................................77