Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ФИЗИКА И ХИМИЯ
ОБРАБОТКИ
МАТЕРИАЛОВ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2024, № 2, СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2024, № 2, аннотации статей

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 669.245, 621.039

Повреждаемость поверхности и выброс частиц
при облучении ванадия импульсными потоками ионов и плазмы в установке Плазменный фокус

В. Н. Колокольцев¹, С. А. Масляев¹, В. Н. Пименов¹, А. С. Демин¹,
Е. В. Морозов¹, Н. А. Епифанов¹, И. В. Боровицкая¹, Е. В. Демина¹,
И. П. Сасиновская¹, А. И. Гайдар<sup>2

1</sup> Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН),
119334 Москва, Ленинский пр., 49
E-mail: maslyaev@mail.ru; pimval@mail.ru; symp@imet.ac.ru
² НИИ Перспективных материалов и технологий,
15054 Москва, ул. М. Пионерская, 12
Поступила в редакцию 14 июля 2023 г., окончательный вариант — 16 января 2024 г., принята к публикации 17 января 2024 г.

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

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 537.539

Моделирование распыления плёнки льда
на поверхности кристалла Au (111) низкоэнергетическими ионами Ar+

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

Ургенчский государственный университет, 220100 Ургенч, Узбекистан, ул. Х. Алимджана, 14
E-mail: uchkunk@mail.ru; karimov_m_k@mail.ru
Поступила в редакцию 24 января 2023 г., окончательный вариант — 25 сентября 2023 г., принята к публикации 17 января 2024 г.

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

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 535:621.373.8:539

Лазерная термообработка сталей и сплавов перед диффузионной сваркой

Ю. В. Хомич, В. А. Ямщиков

Институт электрофизики и электроэнергетики РАН,
191186 Санкт-Петербург, Дворцовая наб. 18
E-mail: ykhomich@ras.ru; yamschikov52@mail.ru
Поступила в редакцию 25 мая 2023 г., окончательный вариант — 2 октября 2023 г., принята к публикации 17 января 2024 г.

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

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 691.4

Интеркаляция сапонита из растворов электролитов, различающихся природой катиона

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

Высшая инженерная школа, Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова,
163002 Архангельск, наб. Северной Двины, 22
E-mail: v.danilov@narfu.ru; a.isenshtadt@narfu.ru; georgiigaramov1997@gmail.com
Поступила в редакцию 27 декабря 2022 г., окончательный вариант — 27 марта 2023 г., принята к публикации 27 апреля 2023 г.

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

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.039.714

Исследование радиационной стойкости полимерного компаунда с включенными отработавшими ионообменными смолами

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

ФГУП “РАДОН”, 119121 Москва, 7-й Ростовский пер, 2/14
E-mail: EEOstashkina@radon.ru; AESavkin@radon.ru; EAVanina@radon.ru
Поступила в редакцию 17 января 2024 г., окончательный вариант — 27 марта 2024 г., принята к публикации 29 марта 2024 г.

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

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 538.9 + 539.5

Исследование высокотемпературного фона внутреннего трения в азотированном жаропрочном сплаве на основе никеля

Д. О. Фролов¹, Д. М. Левин¹, С. С. Манохин², Ю. Р. Колобов^2, 3, С. В. Овсепян<sup>4

1</sup> Тульский государственный университет, 300012 Тула, пр. Ленина, 92
E-mail: fdolegovich@yandex.ru; danlevin48@gmail.com
² ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии РАН,
142432 Черноголовка, пр. Академика Семенова, 1
E-mail: manohin@bk.ru; kolobov@icp.ac.ru
³ Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
119991 Москва, Ленинские горы, 1
⁴ НИЦ “Курчатовский институт” — ВИАМ, 105005 Москва, ул. Радио, 17
E-mail: ovsepyan64@gmail.com
Поступила в редакцию 24 августа 2023 г., окончательный вариант — 18 октября 2023 г., принята к публикации 17 января 2024 г.

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

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.791.4:621.783

Кинетика совмещенных процессов выглаживания и сварки давлением с нагревом разнородных кристаллических материалов с сильно различающейся сопротивляемостью пластической деформации

В. В. Абрамов

Национальный исследовательский государственный строительный университет (НИУ МГСУ),
129337 Москва, Ярославское ш. 26
E-mail: valabramov@rambler.ru
Поступила в редакцию 31 марта 2023 г., окончательный вариант — 24 апреля 2023 г., принята к публикации 22 июня 2023 г.

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