Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ФИЗИКА И ХИМИЯ
ОБРАБОТКИ
МАТЕРИАЛОВ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2024, № 1, СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Воздействие потоков энергии на материалы

И. Н. Шиганов, В. В. Овчинников, А. Д. Шляпин
Особенности фазовых и структурных превращений в композиционных
материалах на основе систем несмешивающихся компонентов
при воздействии концентрированных потоков энергии......................................................................5

Плазмохимические способы получения и обработки материалов

М. С. Болдин, Д. А. Тихонова, А. Д. Боркова, С. И. Удачин, Е. А. Ланцев, А. В. Воронин,
А. А. Мурашов, О. А. Белкин, А. В. Нохрин, В. Н. Чувильдеев
Сравнительный анализ структуры и свойств керамик на основе оксида алюминия,
полученных методами свободного и электроимпульсного плазменного спекания...........................14

Функциональные покрытия и обработка поверхности

И. Ш. Абдуллин, В. С. Желтухин, И. К. Некрасов, М. Ф. Шаехов, Ф. Р. Сагитова
Особенности формирования слоя положительного заряда при модификации изделий
в струе высокочастотного ёмкостного разряда в условиях динамического вакуума.......................30

М. В. Жаров
Анализ характера течения металла при изготовлении авиационных панелей
из различных групп алюминиевых сплавов методами изотермической штамповки........................41

Композиционные материалы

А. М. Айзенштадт, В. В. Строкова, В. В. Нелюбова,
М. А. Малыгина, М. А. Фролова
Физико-химические трансформации сапонитсодержащего материала
при его активации измельчением.........................................................................................................53

Новые методы обработки и получения материалов
с заданными свойствами

В. А. Волчёнкова, Ю. В. Благовещенский, Е. К. Казенас,
Н. А. Андреева, О. А. Овчинникова, Т. Н. Пенкина, С. К. Родионова,
В. Б. Смирнова, А. А. Фомина, О. Н. Фомина
Совершенствование схем анализа материалов на основе карбида вольфрама.............................65

И. Н. Ганиев, А. Х. Одинаев, Ф. К. Ходжаев, Х. М. Ходжаназаров
Анодное поведение свинцового баббита БСт (PbSb15Sn10Sr),
модифицированного стронцием, в среде электролита NaCl.............................................................77

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2024, № 1, аннотации статей

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.79

Особенности фазовых и структурных превращений в композиционных материалах на основе систем несмешивающихся компонентов при воздействии концентрированных потоков энергии

И. Н. Шиганов¹, В. В. Овчинников², А. Д. Шляпин<sup>2

1</sup> Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана,
105005 Москва, 2-ая Бауманская ул., 5, корп. 1
E-mail: inshig@bmstu.ru
² Московский политехнический университет, 107023 Москва, Большая Семёновская ул., 38
E-mail: vikov1956@mail.ru; 6883412@mail.ru
Поступила в редакцию 26 июня 2023 г., окончательный вариант — 24 августа 2023 г., принята к публикации 17 января 2024 г.

Рассмотрены особенности фазовых и структурных превращений в композиционных материалах на основе систем несмешивающихся компонентов Al – Be, Al – Be – Mg, Fe – Cu, Fe – Cu – Pb при воздействии концентрированных потоков энергии — электрической дуги, электронного и лазерного лучей. Показано, что при воздействии на материалы систем Al – Be и Al – Be – Mg плазмы электрической дуги и потоков электронов происходит их расплавление с последующим при охлаждении измельчением зерна, образованием зоны термического влияния (ЗТВ) и кристаллизацией образующихся новых структур и фаз. В ЗТВ происходит обогащение алюминиевой матрицы частицами Be за счёт термодиффузионных процессов их перемещения. При воздействии плазмы дугового разряда, импульсного и непрерывного лазерного излучения, а также потока электронов на композиции Fe – Cu, Fe – Cu – Pb изменяется морфология приповерхностного слоя — облучаемый материал в зоне расплава расслаивается, и фазы кристаллизуются в твердом состоянии. Механизм образования расслоения связан с ограниченной растворимостью элементов, составляющих композицию в жидком и твёрдом состоянии.

Ключевые слова: композиты, несмешиваемые компоненты, концентрированные источники энергии, структура, фазы.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-1-5-13

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 538.951, 539.37, 539.42, 666.7-121

Сравнительный анализ структуры и свойств керамик на основе оксида алюминия, полученных методами свободного и электроимпульсного плазменного спекания

М. С. Болдин, Д. А. Тихонова, А. Д. Боркова, С. И. Удачин, Е. А. Ланцев,
А. В. Воронин, А. А. Мурашов, О. А. Белкин, А. В. Нохрин, В. Н. Чувильдеев

Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского,
603022 Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 23
E-mail: boldin@nifti.unn.ru
Поступила в редакцию 15 марта 2023 г., окончательный вариант — 19 апреля 2023 г., принята к публикации 27 апреля 2023 г.

Проведено исследование влияния начального размера частиц оксида алюминия на относительную плотность, параметры микроструктуры, твёрдость и трещиностойкость керамик, полученных методом свободного и электроимпульсного плазменного спекания (ЭИПС). Исследованные керамики получены из импортных порошков Al2O3 с начальным размером частиц 40 – 50 нм, 0,2 мкм и 1 мкм, отечественных мелкодисперсных порошков с исходным размером частиц 0,2 – 3 мкм, а также керамики Al2O3 + 0,25 об. % MgO и Al2O3 + 10 об. % ZrO2. Показано, что относительная плотность чистого оксида алюминия немонотонно зависит от начального размера частиц Al2O3. Установлено, что увеличение размера зерна приводит к неравномерному изменению твёрдости оксида алюминия. Определено, что добавление в оксид алюминия 0,25 об. % MgO ускоряет спекание, а введение в него 10 об. % ZrO2 позволяет обеспечить оптимальное сочетание твёрдости и трещиностойкости. Показано, что мелкозернистые керамики, полученные методом ЭИПС, обладают более высокой твёрдостью. Высказано предположение, что для дальнейшего повышения твёрдости оксида алюминия перспективным является ЭИПС субмикронных порошков α-Al2O3 с аморфным слоем на поверхности, дополнительно стабилизированных добавкой частиц ZrO2.

Ключевые слова: оксид алюминия, керамика, спекание, плотность, микроструктура, твёрдость.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-1-14-29

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 533.9.01; 677.494

Особенности формирования слоя положительного заряда при модификации изделий в струе высокочастотного ёмкостного разряда в условиях динамического вакуума

И. Ш. Абдуллин¹, В. С. Желтухин^2,3, И. К. Некрасов²,
М. Ф. Шаехов³, Ф. Р. Сагитова<sup>1

1</sup> ООО “Плазма-ВСТ”, 420081 Казань, Республика Татарстан, ул. Курская 27
E-mail: plasma.vst@gmail.com
² Казанский (Приволжский) федеральный университет, 420008 Казань, Республика Татарстан, ул. Кремлевская 18
E-mail: igor05071997@mail.ru
³ Казанский национальный исследовательский технологический университет,
420015 Казань, Республика Татарстан, ул. Карла Маркса 18
E-mail: farida_sagitova@mail.ru
Поступила в редакцию 7 декабря 2022 г., окончательный вариант — 25 сентября 2023 г., принята к публикации 2 ноября 2023 г.

В работе представлено физическое описание формирования слоя положительного заряда вокруг объекта исследования при обработке в высокочастотном ёмкостном (ВЧЕ) разряде, вследствие чего возникает направленный поток низкоэнергетических ионов, бомбардирующих поверхность модифицируемого изделия. С помощью голографических измерений продемонстрировано наличие слоя, отличающегося от плазмы ВЧЕ разряда, вокруг обрабатываемого тела. Оптимальным методом измерений был признан метод перезаписи голограмм, суть которого состояла в последовательной регистрации голограмм с использованием восстановленных волн с предыдущей голограммы, благодаря чему коэффициент чувствительности измерений увеличивается. Представлено теоретическое обоснование голографических измерений, а также исследовано влияние потенциалов плазмы, энергий ионов и плотности ионного тока на поверхность обрабатываемого тела. Детально описаны методология экспериментов и измерительное оборудование.

Ключевые слова: слой положительного заряда (СПЗ), поток низкоэнергетических ионов, высокочастотный ёмкостной (ВЧЕ) разряд, плазменная обработка.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-1-30-40

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 519.245

Анализ характера течения металла при изготовлении авиационных панелей из различных групп алюминиевых сплавов методами изотермической штамповки

М. В. Жаров

Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет),
125993 Москва, Волоколамское шоссе, 4
E-mail: MaximZharov@mail.ru
Поступила в редакцию 16 января 2023 г., окончательный вариант — 10 апреля 2023 г., принята к публикации 24 апреля 2023 г.

Приведены результаты исследований характера течения металла при изготовлении авиационных панелей и обечаек из различных алюминиевых сплавов (АМг3, АМг6, АК6, АК8, В95, В96Ц, сплав 01420). Определены оптимальные температурно-скоростные режимы деформирования при изотермической штамповке для максимального снижения толщины исходных заготовок с целью повышения коэффициента использования металла и гарантированного получения бездефектных изделий. Изучены механизмы формирования таких дефектов формы, возникающих при производстве авиационных панелей изотермической штамповкой, как утяжина на тыльной стороне полотна панели в подреберном пространстве, разрыв материала изделия в области сочленения ребра и полотна панели на завершающих стадиях деформирования, образование зажима на боковой поверхности ребра, появление втянутых в тело изделия окисных плен в центральной части ребра. Проанализированы зависимости формирования указанных дефектов от условий температурно-скоростных параметров процесса деформирования. Построены математические модели характера течения металла при заполнении полости штампа при различных температурно-скоростных параметрах деформирования с применением программного продукта QForm. Определены оптимальные температурно-скоростные режимы деформирования.

Ключевые слова: авиационная панель, обечайка, продольно-поперечное оребрение, норма расхода металла, отход металла, изотермическая штамповка, полотно панели, деталь ответственного назначения, дефект, концентратор напряжений, характер течения металла, гравюра штампа, отрыв от поверхности, смазка, режимы деформационной обработки.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-1-41-52

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 691.41

Физико-химические трансформации сапонитсодержащего материала при его активации измельчением

А. М. Айзенштадт¹, В. В. Строкова², В. В. Нелюбова², М. А. Малыгина¹, М. А. Фролова<sup>1

1</sup> Высшая инженерная школа, Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова,
163002 Архангельск, наб Северной Двины 22
E-mail: a.isenshtadt@narfu.ru; m.turobova@narfu.ru; m.aizenstadt@narfu.ru
² Инженерно-строительный институт, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова,
308012 Белгород, ул. Костюкова 46
E-mail: vvstrokova@gmail.com; nelubova@list.ru
Поступила в редакцию 25 июля 2022 г., окончательный вариант — 25 июля 2022 г., принята к публикации 14 апреля 2023 г.

Исследованы структурно-фазовые превращения на поверхности порошковых систем сапонитсодержащего материала после механического диспергирования. В качестве сравниваемых информационных характеристик использованы степень кристалличности, адсорбционная емкость и удельная поверхностная энергия в зависимости от временного режима помола. Установлено, что, несмотря на факт постоянства степени кристалличности, механическое измельчение сапонитсодержащего сырья приводит к его активации, которая выражается пропорциональным увеличением сорбционной емкости получаемых порошков, ростом концентрации активных центров адсорбции и величины удельной свободной поверхностной энергии. Увеличение времени механического помола сапонитсодержащего материала приводит к получению образцов с повышенной (по сравнению с исходным материалом) гидрофильностью поверхности.

Ключевые слова: сапонитсодержащий материал, механическое диспергирование, степень кристалличности, адсорбционная емкость, удельная поверхность, краевой угол смачивания, поверхностное натяжение.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-1-53-64

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 543.621.421.423.1/546.73.76.78.82.881

Совершенствование схем анализа материалов на основе карбида вольфрама

В. А. Волчёнкова, Ю. В. Благовещенский, Е. К. Казенас, Н. А. Андреева, О. А. Овчинникова,
Т. Н. Пенкина, С. К. Родионова, В. Б. Смирнова, А. А. Фомина, О. Н. Фомина

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН),
119334 Москва, Ленинский пр., 49
E-mail: volch.v.a@mail.ru
Поступила в редакцию 30 января 2023 г., окончательный вариант — 10 марта 2023 г., принята к публикации 24 апреля 2023 г.

С использованием атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и пламенного варианта атомно-абсорбционной спектрометрии разработаны методики определения содержания Co, Cr, Ti, V в широком диапазоне концентраций (от 1·10–3 до n·10 %) в материалах на основе карбида вольфрама без отделения матрицы и использования сертифицированных твердых стандартных образцов. В зависимости от химического, фазового и дисперсного состава, а также способа получения соединений на основе карбида вольфрама, образующих различные по свойствам типы материалов, которые очень различаются способностью растворяться, использовали различные схемы пробоподготовки образцов. Найдены аналитические параметры определения Co, Cr, Ti, V, оптимизированы операционные условия спектрометров, выбраны методы градуировки. Исследовано влияние матричного элемента вольфрама на аналитические сигналы аналитов и способы его учета. Проведено сравнение возможностей применения спектроскопических методов для определения Co, Cr, Ti, V. Показано, что метод
АЭС-ИСП является доминирующим при определении элементов в интервале концентраций от 1·10–3 до n·10 % в материалах на основе карбида вольфрама.

Ключевые слова: карбид вольфрама, анализ, атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой, атомно-абсорбционная спектроскопия, кобальт, хром, титан, ванадий.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-1-65-76

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 669.45.018.8.24/892

Анодное поведение свинцового баббита БСт (PbSb15Sn10Sr), модифицированного стронцием,
в среде электролита NaCl

И. Н. Ганиев, А. Х. Одинаев, Ф. К. Ходжаев, Х. М. Ходжаназаров
Таджикский технический университет имени академика М.С. Осими,

734042 Душанбе, Республика Таджикистан, проспект академиков Раджабовых 10
E-mail: ganiev48@mail.ru
Поступила в редакцию 9 января 2023 г., окончательный вариант — 29 марта 2023 г., принята к публикации 24 апреля 2023 г.

Приведены результаты влияния добавки стронция (0,01 – 1,0 масс. %) на анодное поведение свинцового баббита БСт (PbSb15Sn10Sr) в среде электролита NaCl различной концентрации. Исследования проведены потенциостатическим способом в потенциодинамическом режиме со скоростью развёртки потенциала 2 мВ/с. Показано, что с течением времени потенциал свободной коррозии сплавов смещается в положительную сторону и с ростом концентрации модификатора (стронция) в свинцовом баббите приобретает положительное значение. Добавка стронция к свинцовому баббиту БСт (PbSb15Sn10Sr) на 15 – 20 % повышает его коррозионную стойкость. Отмечено увеличение скорости коррозии сплавов независимо от их состава и концентрации NaCl в растворе. Рост концентрации хлорид-иона в электролите NaCl приводит к снижению потенциалов свободной коррозии, репассивации и питингообразования сплавов.

Ключевые слова: свинцовый баббит БСт (PbSb15Sn10Sr), стронций, потенциостатический метод, электрохимическое поведение, электролит NaCl, потенциал свободной коррозии, скорость коррозии.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-1-77-84