Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ФИЗИКА И ХИМИЯ
ОБРАБОТКИ
МАТЕРИАЛОВ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2024, № 5, СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2024, № 5, аннотации статей

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.762.242:669.276

Послойное лазерное сплавление сфероидизированного в плазме порошка вольфрама с мелкокристаллической структурой частиц

М. Ю. Грязнов¹, А. В. Самохин², В. Н. Чувильдеев¹, А. А. Дорофеев²,
С. В. Шотин¹, А. А. Фадеев², Н. В. Алексеев<sup>2

1</sup> Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского,
603022 Нижний Новгород, пр-т Гагарина, 23
E-mail: gryaznov@nifti.unn.ru; chuvildeev@nifti.unn.ru; shotin@nifti.unn.ru
² Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН),
119334 Москва, Ленинский пр-т, 49
E-mail: asamokhin@imet.ac.ru; adorofeev@imet.ac.ru; afadeev@imet.ac.ru; nvalexeev@yandex.ru
Поступила в редакцию 4 декабря 2023 г., окончательный вариант — 4 декабря 2023 г., принята к публикации 4 июня 2022 г.

Впервые продемонстрирована возможность использования порошка нелегированного вольфрама со сферической формой частиц от 5 до 45 мкм и размером зерна 0,5 – 2 мкм, полученного с помощью технологий плазмохимического синтеза, грануляции и сфероидизации, для создания изделий методом аддитивных технологий. Проведены исследования влияния технологических параметров процесса послойного лазерного сплавления (ПЛС) на физико-механические характеристики и микроструктуру тестовых образцов, изготовленных из порошка нелегированного вольфрама. Показано, что параметры ПЛС оказывают существенное влияние на формирование их микроструктуры. Экспериментально доказано, что при оптимальных параметрах процесса ПЛС в образцах образуется однородная равноосная микроструктура со средним размером зерна около 10 мкм. Установлено, что максимальное значение твердости по Виккерсу исследуемых ПЛС-образцов нелегированного вольфрама составляет 310 HV10, а максимальное значение микротвердости — 4,1 ГПа. Максимальное значение плотности полученных образцов равно 19,1 г/см3 (относительная плотность — 99,2 %). При этом определено, что высокая скорость кристаллизации и большой градиент температур в процессе ПЛС приводят к образованию микротрещин и микропор в структуре массивных образцов, что сильно усложняет технологическую задачу получения высокоплотных бездефектных объёмных изделий из нелегированного вольфрама.

Ключевые слова: нелегированный вольфрам, сферический порошок, аддитивные технологии, послойное лазерное сплавление, микроструктура, твердость, плотность.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-5-5-20

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 538.91+539.1.04

Электроосаждение покрытий ZnNiCo при стимулирующем действии
рентгеновского излучения

Н. Г. Валько¹, В. М. Анищик², Э. Е. Копишев³, Д. В. Лавыш<sup>1

1</sup> Гродненский государственный университет имени Янки Купалы, 230023 Гродно, Беларусь, ул. Ожешко, 22
E-mail: N.Valko@grsu.by; demoniff@mail.ru
² Белорусский государственный университет, 220030 Минск, Республика Беларусь, пр. Независимости, 4
E-mail: anishchik@mail.ru
³ Евразийский Национальный университет имени Л.Н. Гумилева, 010000 Астана, Казахстан, ул. Сатбаева, 2
E-mail: eldar_kopishev@mail.ru
Поступила в редакцию 11 апреля 2024 г., окончательный вариант — 3 мая 2024 г., принята к публикации 4 июня 2024 г.

Приведены результаты исследования кинетики электрокристаллизации, структуры и механических свойств покрытий ZnNiCo, осаждённых на сталь 08кп при воздействии рентгеновского излучения в течение 1 часа в термостатируемой кювете объемом 100 мл при температуре 23 °С. Мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения (Pэкс) на расстоянии 10 см от окна рентгеновской трубки составляла 100 кР/ч, плотность тока электроосаждения — 1 А/дм2. Обнаружено, что рентгеновское облучение электролитов в процессе электроосаждения покрытий ZnNiCo приводит к увеличению прироста массы покрытия на 10 % и расширению интервала рабочих плотностей катодного тока на 30 % вследствие стимуляции конвективного и диффузионного переноса в электролитах. Показано, что воздействие рентгеновского облучения способствует формированию покрытия с менее развитой морфологией поверхности и пониженной шероховатостью (на 30 %), что связывается с увеличением рассеивающей способности электролитов, показывающей равномерность осаждения покрытий по толщине на деталях сложного профиля. Установлено, что в процессе электроосаждения покрытий ZnNiCo действие рентгеновского излучения на электролит приводит к образованию металлических покрытий с повышенным содержанием менее электроотрицательного компонента по сравнению с контрольными покрытиями, а также формированию покрытий с повышенными плотностью дислокаций (на 23 %), микротвердостью (на 25 %) и улучшенной адгезией (на 50 %), что связано с активацией поверхности катода.

Ключевые слова: рентгеновское излучение, электроосаждение, ZnNiCo покрытия, композиционное покрытие, кинетика, структура, свойства.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-5-21-27

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 544.034.2

Кинетика массопереноса при формировании диффузионных кобальтовых покрытий
из жидкометаллических растворов

Е. Г. Соколов, А. В. Озолин, Э. Э. Бобылев, Д. А. Голиус

Кубанский государственный технологический университет, 350072, Краснодар, ул. Московская, 2
E-mail: e_sokolov.07@mail.ru
Поступила в редакцию 13 декабря 2023 г., окончательный вариант — 13 мая 2024 г., принята к публикации 5 августа 2024 г.

Показана возможность формирования диффузионных кобальтовых и кобальт-вольфрамовых покрытий на армко-железе из жидкометаллических растворов на основе свинца. В диапазоне температур 900 – 1050 °С получены кобальтовые покрытия на железе с содержанием кобальта на поверхности 15 – 23 масс. %. Введение в жидкометаллический раствор мелкодисперсного порошка вольфрама влияет на массоперенос кобальта и позволяет получить на армко-железе кобальт-вольфрамовые диффузионные покрытия с содержанием на поверхности до 11 масс. % кобальта и до 24 масс. % вольфрама.

Ключевые слова: диффузионное покрытие, жидкометаллический раствор, изотермический массоперенос, кобальт, вольфрам.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-5-28-36

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 54.055 538.56

Исследование порошка, полученного измельчением отработавших спечённых постоянных
магнитов типа NdFeB

И. В. Беляев¹, Н. Б. Кольчугина², В. Е. Баженов³, П. С. Могильников³,
М. В. Железный^2, 3, Н. П. Едунов¹, П. А. Прокофьев², Р. А. Вахрушев<sup>2, 3

1</sup> Владимирский государственный университет им. А.Г. и Н.Г. Столетовых, 600000 Владимир, ул. Горького, 87
E-mail: belyaev-iv54@yandex.ru
² Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН), 119334 Москва, Ленинский пр., 49
E-mail: nkolchugina@imet.ac.ru; markiron@mail.ru; pav3387@yandex.ru; vakhrushev.r.a@yandex.ru
³ Национальный исследовательский технологический университет “МИСИС”, 119049 Москва, Ленинский пр., 4
Поступила в редакцию 27 апреля 2024 г., окончательный вариант — 1 июля 2024 г., принята к публикации 5 августа 2024 г.

С использованием методов электронной микроскопии, рентгенофлуоресцентного, газового и рентгенофазового анализов, а также магнетометрии изучены химический и фазовый состав и магнитные свойства порошка, полученного путем дробления и помола в среде изопропилового спирта отработавших спечённых постоянных магнитов типа
Nd – Fe – B. Используемые процессы измельчения для получения порошка являются одними из операций метода порошковой металлургии изготовления спеченных постоянных магнитов NdFeB и не должны изменять фазовый состав сплава. Максимальный размер частиц порошка после измельчения отработавших спеченных постоянных магнитов составлял 50 мкм. Установлено, что полученный порошковый материал характеризуется повышенным содержанием кислорода, его фазовый состав, масс. %: 82,0 % Nd2Fe14B; 9,7 % Nd(OH)3; 8,0 % α-Fe; 0,3 % Nd2O3. Оксидные фазы располагались на поверхности частиц порошкового материала. Показано, что материал обладает достаточно высоким уровнем магнитных свойств. Обсуждается возможность использования данного порошка в технологии изготовления постоянных магнитов, в том числе в технологии 3D-печати.

Ключевые слова: отработавшие магниты, измельчение, порошковый материал, фазовый состав, магнитные свойства Nd – Fe – B.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-5-37-43

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 666.762:537.63

Влияние размеров частиц порошка оксида алюминия на спекание керамики в постоянном магнитном поле

А. П. Клишин¹, С. А. Гынгазов², В. И. Верещагин<sup>2

1</sup> Томский государственный педагогический университет, 634061 Томск, ул. Киевская, 60
E-mail: klishin@tspu.edu.ru
² Национальный исследовательский Томский политехнический университет, 634050 Томск, ул. Ленина, 30,
E-mail: ghyngazov@tpu.ru, vver@tpu.ru
Поступила в редакцию 6 октября 2023 г., окончательный вариант — 30 января 2024 г., принята к публикации 4 июня 2024 г.

Исследованы свойства керамики, полученной спеканием компактов из порошков ультрадисперсного и микродисперсного оксида алюминия в постоянном магнитном поле. Активационное спекание оксида алюминия в постоянном магнитном поле позволяет снизить температуру спекания керамики при одновременном улучшения её качества. Установлено, что влияние магнитного поля наиболее сильно проявляется при спекании компактов из микропорошков. Определено, что плотность, микротвёрдость и предел прочности заметно превышают соответствующие значения, установленные для керамики, полученной спеканием компактов ультрадисперсного оксида алюминия в магнитном поле.

Ключевые слова: оксид алюминия, спекание, постоянное магнитное поле, ультрадисперсные порошки.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-5-44-53

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.039.534: 621.039.546

Изменение микроструктуры и механических свойств оболочек из сплава Э110 при термических испытаниях твэлов ВВЭР-1000, моделирующих режимы сухого хранения

Г. П. Кобылянский, И. Н. Волкова, Е. А. Звир, П. А. Ильин, А. В. Обухов,
Д. Е. Маркелов, Е. В. Чертопятов, А. О. Мазаев

АО “ГНЦ НИИАР”, 433510 Димитровград, Западное шоссе, 9
E-mail: gpk@niiar.ru; ea-zvir@niiar.ru
Поступила в редакцию 12 марта 2024 г., окончательный вариант — 29 марта 2024 г., принята к публикации 4 июня 2024 г.

Представлены результаты исследований микроструктуры и механических свойств оболочек из сплава Э110 до и после термических испытаний в условиях, моделирующих режимы сухого хранения полномасштабных твэлов, отработавших в составе тепловыделяющих сборок (ТВС) ВВЭР-1000 до выгорания топлива в диапазоне от ~ 20 до ~ 70 (МВт·сут)/кгU. Проанализировано влияние термического воздействия при различных вариантах температурно-временных условий на изменение микроструктуры и механических свойств оболочек твэлов из сплава Э110 в двух типах экспериментов, моделирующих режимы сухого хранения: 1-й — стационарный режим (Т = 380 °С, 468 сут) и термоциклирование (90 °С/380 °С, 427 сут); 2-й — предварительные испытания в режимах вакуумной сушки (Тмакс = 440 °С, 24 ч), а также вакуумной сушки и проектной аварии (Т = 380 °С, 14 ч + 360 °С, 168 ч), с последующими длительными испытаниями после этих двух режимов при Т = 350 °С в течение 404 сут.

Ключевые слова: оболочка твэла, сплав Э110, ВВЭР-1000, режимы термических испытаний, морфология гидридов циркония, радиационное повреждение структуры, прочность, пластичность.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-5-54-69

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 536.74+624.762.2

Микроструктура зоны контакта при высокотемпературном взаимодействии углеродного волокна и расплава Fe – Al

А. Е. Сычев, О. Д. Боярченко, С. Г. Вадченко, М. Л. Бусурина

Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН РАН),
142432 Черноголовка, ул. Академика Осипьяна, 8
E-mail: sytschev@ism.ac.ru
Поступила в редакцию 10 октября 2023 г., окончательный вариант — 26 января 2024 г., принята к публикации 4 июня 2024 г.

Методами сканирующей электронной микроскопии с использованием энерго-дисперсионной спектроскопии изучено структурообразование в системе Fe – Al – С при высокотемпературном взаимодействии расплава Fe – Al с углеродными волокнами. Результаты микроструктурных исследований показывают, что на поверхности углеродного волокна формируются сферические капли на основе двойного карбида Fe3AlCх, образующегося в результате высокоэкзотермической реакции между углеродом и расплавом Fe – Al. Вследствие дендритной ликвации внутри капель развивается ячеистая структура с размером ячейки ~ 200 нм. Путем сегрегации атомов углерода, растворенных в капле расплава Fe – Al, на её поверхности формируется многослойное графитовое покрытие толщиной около 5 мкм. Среднее значение микротвёрдости сферических капель составило ~ 2500 МПа. Результаты работы могут быть полезны при создании композиционных материалов на основе алюминидов железа, упрочнённых углеродными волокнами.

Ключевые слова: интерметаллиды, Fe – Al – C, углеродные волокна, графитовое покрытие.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-5-70-78

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 54.03

Влияние Q&P-термообработки на перераспределение углерода, микроструктуру и свойства среднеуглеродистой литой стали ZG30MnSiMo (1,5 % Mn – 1,5 % Si)

Чжан Юн-Цзюнь, Лью Сен, Хань Цзинь-Тао

Институт материаловедения и инженерии Пекинского научно-технического университета,
100083 Пекин, Китайская Народная Республика, улица Сюэюань, 30
E-mail: zhangyj@mater.ustb.edu.cn
Поступила в редакцию 5 сентября 2023 г., окончательный вариант — 13 октября 2023 г., принята к публикации 4 июня 2024 г.

Исследованы микроструктура и механические свойства среднеуглеродистой литой стали ZG30MnSiMo (1,5 % Mn – 1,5 % Si), подвергнутой термической обработке закалка – перераспределение углерода (Quenching and Partitioning — Q&P-термообработка). Показано, что микроструктура литой стали после термообработки в основном состоит из реечного мартенсита и остаточного аустенита. С повышением температуры или времени перераспределения углерода внутри мартенситной матрицы постепенно появляются мелкозернистые карбиды, а объёмная доля остаточного аустенита со временем увеличивается. Прочность на растяжение стали плавно снижается, в то время относительное удлинение и ударная вязкость постепенно увеличиваются. Технологическим параметром, эффективно регулирующим показатель PSE (Product of Strength and Elongation), является температура перераспределения углерода. По сравнению с закалкой и низкотемпературным отпуском, подвергнутая Q&P-термообработке литая сталь имеет более высокий коэффициент упрочнения, что может способствовать повышению её износостойкости.

Ключевые слова: среднеуглеродистая литая сталь, термическая обработка закалка – перераспределение углерода (Q&P-термообработка), микроструктура, свойства.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-5-79-86