Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ФИЗИКА И ХИМИЯ
ОБРАБОТКИ
МАТЕРИАЛОВ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2024, № 6, СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2024, № 6, аннотации статей

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 620.1:691.175.3

Влияние активации армирующих СВМПЭ-волокон на свойства композиционных материалов

Н. В. Корнеева¹, И. Ш. Абдуллин<sup>2

1</sup> Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук,
119334 Москва, ул. Косыгина, 4
E-mail: natakorneeva@mail.ru
² НПО “Плазма ВСТ”, 420081 Казань, Республика Татарстан, ул. Курская, 27
E-mail: plasma.vst@gmail.com
Поступила в редакцию 5 июня 2024 г., окончательный вариант — 2 июля 2024 г., принята к публикации 5 августа 2024 г.

Представлены результаты исследования влияния активации неравновесной низкотемпературной плазмой высокочастотного ёмкостного разряда при пониженном давлении и прямом фторировании на свойства и характер разрушения СВМПЭ-волокон и композитов на их основе. Применение для упрочнения эпоксидной и эпоксиуретановых матриц активированного СВМПЭ-волокна даёт возможность получать лёгкие композиционные материалы (КМ) с высокими физико-механическими показателями. Увеличивать взаимодействие между волокном и матрицей при получении КМ можно как активацией волокна, так и выбором состава матрицы. Показано, что плазменная обработка и прямое фторирование особенно эффективны для изучения влияния активации волокон на свойства полиэтиленпластиков при изгибе и сдвиге, и демонстрируют значительное увеличение взаимодействия на границе раздела волокно/матрица. Обработка плазмой волокон SK-75 для КМ на основе матриц Эпикот-828 и ЭПУР повышает прочность при изгибе sb в 3 раза (с 155 до 470 МПа) и в 2,96 (~ 3) раза с 145 до 430 МПа соответственно, сдвиговая прочность tsh также возрастает с 12 до 20 МПа (1,66 раз) и в 1,57 раз (с 18 до 30 МПа) для рассматриваемых матриц. Активация фтором повышает прочность КМ при сдвиге tsh в 2,2 раза (с 10 до 22 МПа) и изгибе sb в 2 раза (с 160 до 320 МПа) для КМ на основе матриц Эпикот-828, армированных волокнами SK-75. Активация волокна плазмой и фтором делает полиэтиленпластик монолитным композитом. Характер разрушения таких КМ свидетельствует о высокой прочности соединения волокна с матрицей в нём.

Ключевые слова: сверхвысокомолекулярное полиэтиленовое (СВМПЭ) волокно, активация, обработка СВМПЭ-волокон, неравновесная низкотемпературная плазма, ВЧЕ разряд при пониженном давлении, фторирование, композиционные материалы, полиэтиленпластик, активные центры, крейзы, характер разрушения композитов.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-6-5-21

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.791

Особенности диффузионной сварки образцов Inconel 718, полученных методом селективного лазерного плавления

А. В. Люшинский¹, А. В. Семенов², А. Н. Серветник<sup>2

1</sup> ООО “Авиационно-космические технологии”, 121205 Москва, Сколково, Бульвар Большой, 42, стр. 1, оф. 332
Е-mail: nilsvarka@yandex.ru
² ЦИАМ им. П. Баранова, 111116 Москва, Авиамоторная ул., 2
E-mail: avsemenov@ciam.ru
Поступила в редакцию 4 марта 2024 г., окончательный вариант — 2 апреля 2024 г., принята к публикации 4 июня 2024 г.

Исследованы особенности диффузионной сварки образцов из сплава Inconel 718, полученных аддитивным производством по методу селективного лазерного плавления (SLM). Подобраны оптимальные параметры режима диффузионной сварки, обеспечивающие максимальные прочностные свойства материала:
температура Т = 1000 °С, сварочное давление Р = 32 МПа, время сварки t = 30 мин.
Ключевые слова: диффузионная сварка, аддитивная технология, жаропрочный сплав, температура, сварочное давление, прочность.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-6-22-26

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 66.040.2 : 669.017.164

Получение интерметаллидов системы титан – медь
из смесей порошков Ti и Сu

Г. А. Прибытков, А. В. Барановский, В. В. Коржова,
И. А. Фирсина, В. П. Кривопалов

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, 634055 Томск, пр. Академический, 2/4
E-mail: gapribyt@mail.ru; nigalisha@gmail.com;vicvic5@mail.ru; iris1983@yandex.ru; krivopalov@ispms.tsc.ru
Поступила в редакцию 5 декабря 2023 г., окончательный вариант — 22 марта 2024 г., принята к публикации 5 августа 2024 г.

Исследован фазовый состав материалов, полученных при термообработке порошковых смесей титан – медь с элементным составом, соответствующим двойным интерметаллическим соединениям TiCu и Ti2Cu. Термообработка заключалась в кратковременном нагреве механоактивированных смесей до 800 °С или спекании спрессованных образцов из них. Установлено, что независимо от режимов термообработки продукты реакции при нагреве смесей многофазные, основной фазой во всех случаях является интерметаллид Ti3Cu4, который, согласно справочным данным, имеет наибольшую отрицательную энтальпию по сравнению с остальными двойными интерметаллидами. Этот факт решающего влияния термодинамического фактора на фазовый состав продуктов реакций в смесях металлических порошков в двойных системах с интерметаллидами согласуется с опубликованными ранее результатами на системах титан – никель, титан – железо и титан – алюминий, а также на тройной системе титан – алюминий – кремний. Обоснована возможность применения многофазных продуктов синтеза в смесях порошков титана и меди для получения металломатричных композитов “карбид титана – медная связка” посредством реакции продуктов синтеза с углеродом.

Ключевые слова: порошковые смеси, механоактивация синтеза, интерметаллиды титан – медь, фазовый состав, энтальпия образования соединений.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-6-27-37

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.762; 539.42

Влияние типа дисперсоидов на триботехнические свойства
спечённого сплава Al – 20 об. % Sn

Н. М. Русин, А. Л. Скоренцев

Институт физики прочности и материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФПМ СО РАН),
634055 Томск, просп. Академический, 2/4
E-mail: rusinnm@mail.ru; skoralexan@mail.ru
Поступила в редакцию 1 марта 2024 г., окончательный вариант — 27 апреля 2024 г., принята к публикации 5 августа 2024 г.

Исследована структура и определяемые ею механические и триботехнические свойства спечённых композитов Al – 20 об. % Sn (40 масс. %), упрочнённых дисперсными твёрдыми частицами различного типа. В качестве упрочняющей фазы в сплав вводили ∼ 20 об. % частиц B4C, SiC, Al3Ti и Al3Fe при сохранении объёмной доли олова. Спекание смесей проводили при температуре ниже (620 °С) и выше (710 °С) точки плавления алюминия. С целью устранения остаточных пор, спечённые образцы подвергались последующему уплотнению в закрытой пресс-форме при температуре 250 °С и давлении около 300 МПа. Триботехнические испытания спечённых композитов проводили по схеме “палец-диск” в условиях сухого трения, согласно схеме “палец-диск” по стальному контртелу. Обнаружено, что многие исходные границы алюминидов железа и титана с алюминиевыми зёрнами сохранились в процессе спекания, тогда как частицы карбидов полностью отделились от алюминиевой матрицы тонкими оловянными прослойками. Установлено, что прочность композитов с алюминидами была выше, а пластичность ниже, чем у композитов с керамическими частицами вне зависимости от температуры спекания. Обнаружено, что повышение температуры спекания практически не оказывает влияние на износостойкость гибридных композитов при сухом трении, за исключением композита, упрочнённого алюминидами железа, износостойкость которого выросла примерно на 20 %. С увеличением давления интенсивность изнашивания спечённых композитов при сухом трении по стали растёт, поэтому использовать данные материалы в качестве антифрикционных при давлении выше 3 МПа не рекомендуется.

Ключевые слова: антифрикционные алюминиевые сплавы, дисперсное упрочнение, спекание, механические свойства, износостойкость.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-6-38-51

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК: 669.018:539.38:544.015

Влияние ползучести на микроструктуру алюминиевого сплава АД1
в рекристаллизованном и ультрамелкозернистом состояниях

С. С. Манохин¹, Д. А. Колесников², И. В. Неласов¹, Ю. Р. Колобов¹,
Д. В. Лазарев², В. И. Бетехтин³, А. Г. Кадомцев³, М. В. Нарыкова<sup>3

1</sup> ФИЦ Проблем химической физики и медицинской химии РАН,
142432 Черноголовка, пр. Академика Семенова, 1
E-mail: manohin@icp.ac.ru; kolobov@icp.ac.ru
² Белгородский государственный национальный исследовательский университет (НИУ “БелГУ”)
308015 Белгород, ул. Победы, 85
³ Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук,
194021 Санкт-Петербург, Политехническая ул., 26
Поступила в редакцию 5 декабря 2023 г., окончательный вариант — 22 декабря 2024 г., принята к публикации 5 августа 2024 г.

Исследовано изменение микроструктуры промышленного алюминиевого сплава АД1 в рекристаллизованном и ультрамелкозернистом (УМЗ) состояниях до и после испытаний на растяжение в режиме ползучести при 0,3Tпл (100 °С). Установлено, что в рекристаллизованной структуре в процессе ползучести происходит дробление крупных вытянутых зерен на зёрна и субзерна меньшего размера, при этом доля малоугловых границ увеличивается. В УМЗ структуре при ползучести наблюдается рост зерен (собирательная рекристаллизация). Выявлено наличие сильной радиальной текстуры: кристаллические решётки зёрен сплава направлены преимущественно вдоль кристаллографического направления [001] параллельно оси исходного круглого прутка (параллельно направлению прокатки). Такая текстура характерна для образцов и в рекристаллизованном и в ультрамелкозернистом состояниях. Обнаружено, что после испытаний на ползучесть в образцах с УМЗ структурой наблюдается изменение оси текстуры с [001] на [011], кроме того происходит формирование частиц вторичных фаз — карбида алюминия и соединений кремния, которые идентифицированы с привлечением расчёта фазовых диаграмм в рамках методологии CALPHAD. Исследована дислокационная структура алюминиевого сплава АД1.

Ключевые слова: алюминиевый сплав, рекристаллизация, ультрамелкозернистый, структура, фаза, низкотемпературная ползучесть, растровая электронная микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия, текстура, микроструктура, средний размер зёрен.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-6-52-66

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.373.826

Исследование люминесценции и спектров комбинационного рассеяния допированных гидроксиапатитов Ca5OH(PO4)3:Eu3+ и Ca5OH(PO4)3:Eu3+, Dy3+

А. Ф. Банишев

Федеральное государственное бюджетное учреждение “Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”, 123182 Москва, пл. Академика Курчатова, 1
E-mail: banishev@mail.ru
Поступила в редакцию 26 сентября 2024 г., окончательный вариант — 22 октября 2024 г., принята к публикации 25 октября 2024 г.

Исследована люминесценция допированного ионами Eu3+ и совместно Eu3+ + Dy3+ гидроксиапатита (ГАП). Допирование проведено методом высокотемпературного отжига при Т = 20 – 1350 °С смеси порошка гидроксиапатита Ca5OH(PO4)3 с порошками оксидов европия Eu2O3 и диспрозия Dy2O3. Отжиг осуществляли поэтапно при температурах 800, 945, 1200 и 1350 °С в вакуумной печи и давлении остаточного газа в камере P = 1,3 – 13,3 Па для определения оптимальной температуры, при которой достигается максимальная интенсивность флуоресценции. Изменение структуры гидроксиапатита регистрировали по спектрам фотолюминесценции и комбинационного рассеяния света по мере увеличения температуры отжига и образования центров люминесценции в результате термодиффузии ионов Eu3+ и Dy3+ из соответствующих оксидов европия Eu2O3 и диспрозия Dy2O3 в структуру материала. Для возбуждения спектров фотолюминесценции использовали диодный лазер на длине волны 405 нм. Возбуждение спектров комбинационного рассеяния осуществляли лазером на длине волны 785 нм. Получен допированный ионами Eu3+ и Dy3+ гидроксиапатит с ярко выраженной фотолюминесценцией на длине волны 573 нм.

Ключевые слова: гидроксиапатит, биосовместимый, редкоземельные элементы, высокотемпературный отжиг, термодиффузия, допирование, визуализация, спектры комбинационного рассеяния (КР-спектры), спектры люминесценции.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-6-67-77

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 771.523.4:661.183.2

Повторное использование диметилсульфоксида в гидролизе полиэтилентерефталата
для переработки пластиковых отходов в пористый углеродный материал

А. А. Васильев, М. Н. Ефимов, Д. Г. Муратов, А. А. Панин, Г. П. Карпачева

Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук,
119991 Москва, Ленинский пр., 29
E-mail: raver.vasiljev@mail.ru
Поступила в редакцию 7 мая 2024 г., окончательный вариант — 26 сентября 2024 г., принята к публикации 25 октября 2024 г.

Рассмотрен метод химической переработки полиэтилентерефталата в пористый углеродный материал, заключающийся в щелочном гидролизе полиэтилентерефталата, предварительно растворенного в диметилсульфоксиде, с получением терефталата калия и последующим его пиролизом при 850 °С. Впервые исследовано повторное использование диметилсульфоксида для растворения последующих партий отходов бутылочного пластика. Предложенный способ заключается в выпаривании воды из смеси диметилсульфоксида и продуктов щелочного гидролиза полиэтилентерефталата. Показано, что, несмотря на изменение окраски растворителя, его повторное использование не влияет на процесс щелочного гидролиза бутылочного пластика и приводит к формированию терефталата калия, пиролиз которого формирует пористый углеродный материал со схожими морфологическими и структурными характеристиками. Установлено, что все полученные углеродные материалы характеризуются дефектной графитоподобной структурой с удельной площадью поверхности 1407 – 1595 м2/г и наличием поверхностных кислородосодержащих групп.

Ключевые слова: полиэтилентерефталат, гидролиз, терефталат калия, активированный углерод, ИК-пиролиз.

DOI: 10.30791/0015-3214-2024-6-78-87