Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ФИЗИКА И ХИМИЯ
ОБРАБОТКИ
МАТЕРИАЛОВ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2025, № 2, СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2025, № 2, аннотации статей

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 538.91

Воздействие компрессионных плазменных потоков на структуру и механические и коррозионные свойства кремнистой электротехнической стали

Н. Г. Валько¹, С. В. Злоцкий², В. М. Анищик², Н. А. Павлова¹, Н. И. Мороз<sup>1

1</sup> Гродненский государственный университет имени Янки Купалы,
230023 Гродно, Республика Беларусь, ул. Ожешко, 22
E-mail: N.Valko@grsu.by; pavlova_na_19@mail.ru; natali84@tut.by
² Белорусский государственный университет,
220030 Минск, Республика Беларусь, пр. Независимости, 4
E-mail: Zlotski@bsu.by; Anishchik@bsu.by
Поступила в редакцию 7 августа 2024 г., окончательный вариант — 14 сентября 2024 г., принята к публикации 26 ноября 2024 г.

Исследовано влияние компрессионных плазменных потоков на структуру, механические и коррозионные свойства кремнистой анизотропной электротехнической стали с содержанием кремния 6,67 ат. %. Обработку образцов осуществляли при давлении 400 Па в атмосфере азота 1, 3 и 6 последовательными плазменными импульсами, обеспечивающих плотность поглощенной энергии 35 Дж/см2. С помощью методов растровой электронной микроскопии на модифицированной поверхности мишени зафиксировано наличие кратеров, обогащённых углеродом, размер которых зависит от количества импульсов. Методом рентгеновского структурного анализа показано, что высокоскоростное остывание модифицированного слоя стали приводит к незначительному увеличению параметра решетки, плотности дислокаций и микротвердости. Установлено, что вследствие формирования неоднородной оплавленной поверхности на обработанных компрессионными плазменными потоками образцах коэффициент трения увеличивается, а также повышается их коррозионная стойкость и микротвердость вследствие формирования однородного переплавленного слоя.

Ключевые слова: электротехническая сталь, компрессионные плазменные потоки, структура, микротвердость, коэффициент трения, коррозионная стойкость.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-??-??

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.793.74

Фрикционная обработка плазменного никелевого покрытия

В. И. Калита, Д. И. Комлев, А. А. Радюк, А. Б. Михайлова, К. Ю. Демин

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН),
119334 Москва, Ленинский пр., 49
E-mail: vkalita@imet.ac.ru; imet-lab25@yandex.ru; sasham1@mail.ru; dkx@yandex.ru
Поступила в редакцию 5 июля 2024 г., окончательный вариант — 29 сентября 2024 г., принята к публикации 26 ноября 2024 г.

Выполнен анализ микроструктуры и микротвердости плазменного никелевого покрытия на цилиндрической стальной подложке после фрикционной обработки двумя инструментами из быстрорежущей стали, которые линейно перемещали вдоль образующей вращающейся цилиндрической подложки. При фрикционной обработке поверхность покрытия и рабочие части инструментов окисляются, что определяет механизм их взаимодействия с ограничением адгезии между ними. Повышение температуры поверхности покрытия до 1500 °С при термопластической обработке позволяет его деформировать и уплотнять. Предложена оценка энергетического процесса фрикционной обработки никелевого покрытия по величинам мощности, прикладываемой инструментами к покрытию, и работе, выполненной на площади покрытия с учетом циклического нагружения сжатия (до 40 МПа) и сдвига (до 10 МПа) в течение времени воздействия, не превышающего 50 с.

Ключевые слова: плазменные никелевые покрытия, напыление с насадкой, цилиндрическая подложка, фрикционная обработка, энергетика процесса, микроструктура, микротвердость.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-14-27

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 669.7.018

Многоэлементное поверхностное легирование титана марки ВТ1-0: структура и свойства

Ю. Ф. Иванов, О. С. Толкачев, Е. А. Петрикова, Н. А. Прокопенко,
О. В. Крысина, Ю. Х. Ахмадеев, Н. Н. Коваль

Институт сильноточной электроники СО РАН,
634055 Томск, пр-т Академический, 2/3
E-mail: yufi55@mail.ru; ole.ts@mail.ru; elizmarkova@yahoo.com; nick08_phantom@mail.ru;
krysina@opee.hcei.tsc.ru; ahmadeev@opee.hcei.tsc.ru; koval@opee.hcei.tsc.ru
Поступила в редакцию 7 октября 2024 г., окончательный вариант — 21 ноября 2024 г., принята к публикации 26 ноября 2024 г.

Представлен анализ результатов исследования структуры и свойств технически чистого титана марки ВТ1-0, подвергнутого поверхностному легированию облучением системы “пленка – подложка” импульсным электронным пучком. На поверхности образцов титана вакуумно-дуговым плазменно-ассистированным методом были сформированы многоэлементные пленки состава 25,7 ат. % Ti – 17,0 ат. % Al – 21,9 ат. % Nb – 22,3 ат. % Zr – 13,1 ат. % Cu и толщиной 2,5 – 3 мкм, обладающие многослойным строением и аморфно-кристалличностью. Поверхностное легирование образцов титана осуществляли облучением системы “пленка (TiNbAlZrCu) – (ВТ1-0) подложка” интенсивным импульсным электронным пучком (плотность энергии пучка электронов — 20 Дж/см2, время — 50 мкс, количество импульсов — 3 и 30, длительность импульса — 0,3 с–1, давление остаточного газа Ar в камере установки — 0,02 Па). Показано, что облучение системы “пленка – подложка” тремя импульсами воздействия пучка электронов сопровождается формированием многоэлементного (Ti, Al, Cu, Zr, Nb), многофазного (TiNbAlZrCu, β-Ti, Cu, α-Ti) субмикро- нанокристаллического поверхностного слоя. Выявлено кратное увеличение микротвердости поверхностного слоя титана марки ВТ1-0 как после формирования на поверхности пленки состава Ti – Al – Cu – Zr – Nb, близкого к эквиатомному, так и после облучения системы “пленка – подложка” импульсным электронным пучком. Установлено, что напыление пленки приводит к многократному (более чем в 13 раз) увеличению износостойкости системы “пленка – подложка”, а последующее облучение с целью формирования легированного поверхностного слоя сопровождается снижением износостойкости образцов.

Ключевые слова: титан, поверхностный сплав, система “пленка – подложка”, вакуумно-дуговой плазменно-ассистированный метод, импульсный электронный пучок, структура, свойства.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-28-36

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 666:546.41.185

Физико-химические свойства титановых имплантатов с многослойными кальцийфосфатными покрытиями

А. Е. Дорошенко¹, В. К. Крутько¹, О. Н. Мусская¹, А. И. Довнар²,
О. Б. Островская², А. И. Кулак<sup>1

1</sup> Институт общей и неорганической химии Национальной академии наук Беларуси,
220072 Минск, Беларусь, ул. Сурганова, 9/1
E-mail: anika13066@gmail.com; tsuber@igic.bas-net.by; musskaja@igic.bas-net.by; kulak@igic.bas-net.by
² Гродненский государственный медицинский университет,
230009 Гродно, Беларусь, ул. Горького, 80
E-mail: dovnarneiro@gmail.com; astrowskaja@gmail.com
Поступила в редакцию 9 августа 2024 г., окончательный вариант — 21 ноября 2024 г., принята к публикации 26 ноября 2024 г.

Методом электрохимического осаждения из суспензионного электролита CaCO3 / Ca(H2PO4)2 при плотности тока 30 мА/см2 и времени осаждения 5 мин получены композитные кальцийфосфатные покрытия на подложках из титана марки ВТ 6. Биомиметический апатит формировали на композитных покрытиях путем выдержки в концентрированном (в 3 раза) модельном растворе Simulated Body Fluid (SBF × 3) и кристаллизации в процессе термообработки при 800 °С в течение 5 ч. Двухслойные кальцийфосфатные покрытия состояли из гидроксиапатита (71 %), оксида кальция (23 %) и β-трикальцийфосфата (6 %). Трехслойные пористые биоактивные покрытия, обогащенные апатитом, получены выдержкой двухслойных покрытий в растворе SBF × 3. In vivo выявлены изменения фазового состава покрытий разного типа в ходе имплантации на теменную кость крыс в течение 1, 3 и 6 месяцев, свидетельствующие о процессах резорбции и взаимодействия с тканями организма. Титановые имплантаты с многослойными кальцийфосфатными покрытиями не отторгаются организмом, обеспечивают ускоренное сращивание с костной тканью и могут применяться в нейрохирургии, стоматологии и ортопедии.

Ключевые слова: электрохимическое осаждение, биомиметическое осаждение, титан, гидроксиапатит, кальцийфосфатные покрытия, аморфизированный апатит.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-37-46

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 538.9:544.015:539.531

Исследование процессов деградации структуры фехраля в условиях высокотемпературной некаталитической конверсии углеводородных газов

С. С. Манохин¹, Ю. Р. Колобов^1, 2, И. В. Седов¹, А. Ю. Токмачева-Колобова<sup>1

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; isedov@icp.ac.ru; anastasiia.misis@gmail.com
² Московский государственный университет имени. М.В. Ломоносова,
119991 Москва, Ленинские горы, 1
Поступила в редакцию 5 августа 2024 г., окончательный вариант — 30 августа 2024 г., принята к публикации 25 октября 2024 г.

Исследованы особенности диффузионно-контролируемых процессов формирования и деградации структуры приповерхностных слоев сплава на основе железа (фехраль): Cr (21 – 27 %), Al (4 ± 1 %), Si (0,26 %), остальное — Fe, в условиях его эксплуатации в качестве материала проволочной матрицы в рабочей камере лабораторной установки для проведения процесса некаталитической конверсии углеводородных газов при температуре 1200 °С и длительности выдержки до 30 ч. Методами оптической металлографии, растровой и просвечивающей электронной микроскопии с возможностями анализа элементного состава энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией проведены сравнительный анализ микроструктуры, элементного и фазового составов сплава в исходном состоянии и после эксплуатации в исследуемых условиях. Установлено, что на поверхностях проволок, формируется толстый (около 120 мкм) оксидный слой, состоящий преимущественно из оксидов железа (Fe3O4 и Fe2O3). Выявлены основные особенности эволюции микроструктуры и фазового состава, а также образования и роста трещин вдоль границ раздела переходной области “матрица – поверхностный оксид”. Обнаружено активное внутреннее окисление проволочных образцов сплава с формированием дисперсных частиц Cr2O3 в приповерхностном слое. Проанализировано изменение микротвердости материала в процессе эксплуатации. Обсуждена роль процессов деградации микроструктуры и трещинообразования в наблюдаемом ускоренном разрушении проволочных матриц в рассматриваемых условиях.

Ключевые слова: фехраль, высокотемпературное окисление, микроструктура, оксидный слой, трещинообразование, некаталитическая конверсия углеводородных газов.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-47-56

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.73.079

Изотермическая деформация заготовок из алюминиевого сплава RS300 (АК10ч)
с использованием смазочных материалов

А. Н. Петров¹, Н. А. Бессонова¹, П. А. Петров¹, Т. С. Басюк²,
Г. Г. Асланян³, В. О. Кочкуров<sup>3

1</sup> Московский политехнический университет, 107023 Москва, Б. Семеновская ул., 38
Email: alexander_petr@mail.ru; nbessonova@inbox.ru; petrov_p@mail.ru
² ООО НПП “Автотехнология – МАМИ”, 107023 Москва, Б. Семеновская ул., 38
Email: basyukt@yandex.ru
³ АО “Центр аддитивных технологий”, 125362 Москва, Вишневая ул., 7
Email: aslanyn_g@rt-3d.ru; kochkurov_v@rt-3d.ru
Поступила в редакцию 31 мая 2024 г., окончательный вариант — 15 октября 2024 г., принята к публикации 26 ноября 2024 г.

Изучены технологические свойства смазочных материалов (СМ) различных составов, используемых для горячей и изотермической деформации алюминиевых сплавов. Технологические свойства СМ исследовали применительно к технологии горячей изотермической штамповки заготовок из алюминиевого сплава RS300 (АК10ч), полученного методом селективного лазерного сплавления, для чего использовали метод осадки кольцевого образца. Кольцевые образцы из сплава RS300, с соотношением размеров наружного (D) и внутреннего (d) диаметров и высоты (h) D:d:h = 6:3:2, осаживали на гидравлическом прессе силой 2,5 МН со скоростью 2 мм/с. Осадку выполняли на плоских бойках из теплостойкой стали. Подкладное кольцо высотой H = 7,0 мм обеспечивало величину деформации в пределах 57 ≥ ε ≥ 49. Температура нагрева образцов и плоских штампов сопоставима с условиями изотермической деформации и составляла 485 и 390 °С соответственно. Проанализированы результаты осадки алюминиевого сплава RS300 со смазочным материалом МС-23М, а также в сочетании с покрытиями ТВ-6 и ОВТ-СТ, с осадкой алюминиевого сплава АК12Д со смазочным материалом МС-23М. Показано, что СМ марки МС-23М может быть применен для условий горячего деформирования, близкого к изотермическому. На основании проведенных экспериментов получена первичная информация о выбранном СМ для условий изотермической деформации заготовок поршневого двигателя из алюминиевого сплава RS300.

Ключевые слова: аддитивная технология, алюминиевые сплавы, изотермическая деформация, структура, механические свойства, трение, метод осадки кольцевых образцов, смазочные материалы, коэффициент трения.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-57-65

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 537.9

Разработка методов неразрушающего гидрирования соединений LaFe_13 – xSi_x

Д. Ю. Карпенков^1, 2, Р. А. Макарьин², А. Ю. Карпенков^1, 3, А. В. Коротицкий¹, Т. А. Свиридова¹, М. В. Железный<sup>1

1</sup> Национальный исследовательский технологический университет “МИСиС”,
119049 Москва, Ленинский пр., 4
E-mail: karpenkov.dy@misis.ru; karpenkov_alex@mail.ru; akorotitskiy@gmail.com; tim-17@yandex.ru; markiron@mail.ru
² Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
119991 Москва, Ленинские горы, 1
E-mail: rodion.makaron@gmail.com
³ Тверской государственный университет,
170100 Тверь, ул. Желябова, 33
Поступила в редакцию 5 мая 2024 г., окончательный вариант — 16 июля 2024 г., принята к публикации 5 августа 2024 г.

Апробированы режимы гидрирования хрупких образцов системы La(Fe, Si)13, которые имеют температуру фазового перехода вблизи комнатной и позволяют достичь требуемых значений предела прочности при сжимающих деформациях для успешного их применения в мультистимульных циклах магнитного охлаждения. По прямым измерениям магнитокалорического эффекта и зависимостям напряжение – деформация для литых и гидрированных сплавов LaFe11,6 – xSi1,4 (x = 0 ÷ 3) определено оптимальное содержание армирующей фазы твердого раствора замещения железа кремнием в ОЦК решетке.

Ключевые слова: магнитокалорический эффект, метамагнитный фазовый переход, сплавы LaFe13 – xSix, гидрирование, механические свойства.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-66-76

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 544.6.076.32; 537.3, 621.316

Производство электролита из переработанного V2O5 для ванадиевых редокс-проточных аккумуляторов и оценка возможностей его применения

Ш. Ч. Искандаров, И. Х. Ашуров, У. Ф. Бердиев, У. Б. Хурсандов, Х. Б. Ашуров

Институт ионно-плазменных и лазерных технологий АНРУз,
100125 Ташкент, Республика Узбекистан, ул. Дурмон Йули, 33
E-mail: iskandarov@iplt.uz
Поступила в редакцию 31 января 2025 г., окончательный вариант — 25 марта 2025 г., принята к публикации 31 марта 2025 г.

Исследована возможность применения переработанного V2O5 для приготовления электролита, используемого в аккумуляторах большой ёмкости. Для тестирования был изготовлен лабораторный макет одноячеечного мембранного электрохимического блока. Степень окисления электролита в процессе заряда-разряда измеряли с помощью спектрофотометра UV-1280. Определены оптимальные параметры плотности тока при различных режимах работы. Проведено 300 циклов заряда-разряда, по результатам которых установлена стабильность работы электролита, его энергетическая эффективность и зарядная способность.

Ключевые слова: ванадиевые редокс-проточные батареи, оксид ванадия, V2O5, спектрофотометр, электролиты, возобновляемые источники энергии, переработанный оксид ванадия.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-2-77-82