Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ФИЗИКА И ХИМИЯ
ОБРАБОТКИ
МАТЕРИАЛОВ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2025, № 3, СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2025, № 3, аннотации статей

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 669.245, 621.039

Воздействие на алюминиевый сплав В95 мощными импульсными ионно-плазменными и электронными потоками в установке Плазменный фокус

Е. В. Морозов¹, А. С. Демин¹, И. В. Боровицкая¹, Е. В. Демина¹, С. В. Латышев^1,2,
С. А. Масляев¹, В. Н. Пименов¹, М. Д. Прусакова¹, И. П. Сасиновская¹,
В. И. Товтин¹, Г. Г. Бондаренко³, А. И. Гайдар<sup>4

1</sup> Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН),
119334 Москва, Ленинский пр., 49
E-mail: lieutenant@list.ru; casha@bk.ru; symp@imet.ac.ru; elenadyom@mail.ru; latyshevsv@rambler.ru; maslyaev@mail.ru;
pimval@mail.ru; prusakovam@mail.ru; porfirievna@mail.ru; tovtinv@list.ru
² Московский технический университет связи и информатики, 111024 Москва, ул. Авиамоторная, 8а
³ Национальный исследовательский университет “Высшая школа экономики”, 101000 Москва, ул. Мясницкая, 11
Е-mail: gbondarenko@hse.ru
⁴ НИИ Перспективных материалов и технологий, 115054 Москва, ул. М. Пионерская, 12
Е-mail: niipmt@mail.ru
Поступила в редакцию 4 декабря 2024 г., окончательный вариант — 4 февраля 2025 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

Представлены результаты экспериментов по воздействию на модельный алюминиевый сплав В95 мощных импульсных ионно-плазменных и электронных потоков, генерируемых в рабочей камере установки Плазменный фокус ПФ-5М при каждом высоковольтном разряде. Показано, что к общим характеристикам повреждаемости сплава при воздействии на него импульсных потоков ионов гелия (ИГ) и гелиевой плазмы (ГП) и импульсного облучения пучками электронов с близкими значениями плотности мощности и длительности импульсов (q = 108 – 109 Вт/см2, τ = 10 – 30 нс) относятся образование волнообразного поверхностного слоя образцов, содержащего микротрещины, поры, пузыри с разрушенными оболочками и осажденные на облучаемую поверхность микрокапли сплава. Отличия в повреждаемости сплава для сопоставляемых радиационно-термических воздействий связаны с существенно бόльшей толщиной расплавленного слоя при воздействии на сплав электронного пучка по сравнению с действием ионно-плазменных потоков.

Ключевые слова: алюминиевый сплав В95, импульсный поток электронов, импульсный поток ионов гелия, импульсный поток гелиевой плазмы, радиационно-термическое воздействие, повреждаемость поверхности, микроструктура поверхности.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-3-5-15

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 669. 295

Влияние углерода, кремния и бора на структуру
и свойства титаноматричных композитов. Обзор

Г. А. Прибытков, А. В. Панин

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН,
634055 Томск, пр. Академический, 2/4
E-mail: gapribyt@mail.ru; pav@ispms.ru
Поступила в редакцию 15 апреля 2025 г., окончательный вариант — 14 мая 2025 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

Проведен анализ получения титаноматричных композитов традиционными способами литья и порошковой металлургии, а также методами аддитивных технологий. Оценены равновесные диаграммы состояния Ti — C, Ti — Si, Ti — B с точки зрения взаимодействия армирующих частиц с титановой матрицей в ходе синтеза титаноматричных композитов. Изучены закономерности формирования структуры и фазового состава композитов при различных металлургических процессах. Особый акцент сделан на анализе аддитивных технологий, использующих порошки и проволоки для получения титанометаллических композитов. Описаны достоинства и ограничения каждого метода. Представлены технологические параметры получения титаноматричных композитов с максимальной прочностью и износостойкостью.

Ключевые слова: титановые сплавы, углерод, кремний, бор, плавление, аддитивные технологии, текстура роста, структура, прочность, пластичность.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-3-16-32

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 666.3

Сапонитсодержащий концентрат Ломоносовского ГОКа — сырье для получения форстеритовой керамики

М. А. Фролова¹, В. С. Лесовик², А. М. Айзенштадт¹, Т. А. Дроздюк¹, А. М. Тюрин<sup>3

1</sup> Высшая инженерная школа, Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова,
163002 Архангельск, наб. Северной Двины, 22
E-mail: m.aizenstadt@narfu.ru, a.isenshtadt@narfu.ru, t.drozdyuk@narfu.ru
² Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова,
308012 Белгород, ул. Костюкова, 46
E-mail: naukavs@mail.ru
³ АО “Севералмаз”, 163000 Архангельск, ул. Карла Маркса, 15
E-mail: TyurinAM@severalmaz.alrosa.ru
Поступила в редакцию 6 марта 2025 г., окончательный вариант — 6 марта 2025 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

Рассмотрен механизм высокотемпературной модификации сапонитсодержащего материала, выделенного из суспензии оборотной воды при обогащении кимберлитовых руд на Ломоносовском горно-обогатительном комбинате АО “Севералмаз”. Показано, что при механоактивации сконцентрированной твердой фазы (содержание сапонита 80 %) и последующего ее обжига при температуре 900 °С происходит образование минерала форстерита через промежуточную стадию серпентинизации осадка. Увеличение температуры обработки порошка серпентина до 1050 °С приводит к дополнительному синтезу энстатита. Синтезированные в процессе модификации сапонита минералы характеризуются ростом энергоплотности. Рассчитаны значения показателя плотности кристаллической решетки рассматриваемых минералов. Получена функциональная зависимость для расчета микротвердости кристаллических структур, значения которой увеличиваются в ряду: сапонит, серпентин, энстатит, форстерит. Установлено, что коэффициент объемного температурного расширения у конечных продуктов модификации сапонита (энстатит и форстерит) имеют практически равные значения. Микротвердость кристаллической решетки минералов (продуктов модификации) и их объемное температурное расширение оказывают ключевое влияние на свойства конечных керамических изделий. Механоактивация сапонита и высокотемпературная обработка полученного порошка дают возможность изготовления керамических изделий из сапонитсодержащих отходов способом полусухого прессования с последующим обжигом. Установлено, что по показателям водопоглощения, предела прочности на изгиб и морозостойкости изготовленные керамические образцы соответствуют требованиям ГОСТа 13996-2019.

Ключевые слова: сапонитсодержащий материал, мелкодисперсные порошки, механическая активация, энергетическая плотность, форстерит.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-3-33-42

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 544.478.3

Модификация сверхвысокомолекулярного полиэтилена наночастицами ZnO/Ag для создания фотокаталитических мембран с повышенной антибактериальной активностью

В. Р. Чжоу, О. В. Бакина, М. И. Лернер

Институт физики прочности и материаловедения СО РАН,
634055 Томск, пр. Академический, 2/4
E-mail: chzhou.vr@ispms.ru; ovbakina@ispms.ru; lerner@ispms.ru
Поступила в редакцию 27 мая 2025 г., окончательный вариант — 25 октября 2025 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

Проведена модификация гранул сверхвысокомолекулярного полиэтилена наночастицами ZnO/Ag. Получены компактные образцы СВМПЭ@ZnO/Ag с различным содержанием наночастиц, которые были протестированы в реакции фоторазложения модельного красителя — метиленового синего. Для образцов, продемонстрировавших наилучший результат в процессе фоторазложения, проведена оценка антибактериальной активности в отношении культуры Staphylococcus aureus штамм ATCC 6538-P. Показано, что оптимальное содержание наночастиц в компактном образце, при котором наблюдается наибольшая эффективность фоторазложения и полное подавление роста бактериальной культуры, составляет 5 масс. %.

Ключевые слова: фотокатализаторы, антибактериальные материалы, полимерные мембраны.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-3-43-53

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 539.216; 539.22; 538.91

Формирование наноразмерных включений Si в легированном сплаве Al – Si
при высокоскоростном затвердевании

В. Г. Шепелевич¹, О. В. Гусакова<sup>2

1</sup> Белорусский государственный университет (БГУ), 220030 Минск, Беларусь, пр. Независимости, 4
E-mail: Shepelevich@bsu.by
² Международный государственный экологический институт имени А.Д. Сахарова БГУ,
220070 Минск, Беларусь, ул. Долгобродская, 23
E-mail: ol.gusakova@gmail.com
Поступила в редакцию 15 октября 2024 г., окончательный вариант — 28 апреля 2025 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

Приведены результаты исследования микроструктуры сплавов системы Al — Si эвтектического и заэвтектического составов, легированных Mg, Mn, Fe, Ni, Cu и полученных методом сверхбыстрой закалки из расплава. Показано, что в около эвтектических сплавах легирование металлами не приводит к модификации формы пластинчатых включений кремния. Обнаружено, что многокомпонентное легирование и высокоскоростное затвердевание заэвтектических силуминов обеспечивают модификацию включений эвтектического кремния. В заэвтектических силуминах размер включений первичного эвтектического кремния не превышает 2 мкм, включения эвтектического Si принимают глобулярную конфигурацию с размерами до 300 нм. Предложен механизм модификации включений эвтектического кремния, учитывающий образование кристаллических зародышей эвтектического кремния на поверхности частиц первичного кремния, ограничение скорости роста фазы кремния из-за образования нанокластеров металлов и их соединений на растущей плоскости, а также высокие концентрацию и скорость роста α-Al.

Ключевые слова: силумин, магний, железо, марганец, никель, медь, микроструктура, высокоскоростное затвердевание.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-3-54-64

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 543.421/546.591

Улучшение метрологических характеристик атомно-абсорбционного
определения золота в сложных солевых системах

И. Ю. Зливко¹, В. А. Волченкова^{1, 2}, Н. А. Андреева², Д. Б. Петренко³,
И. Ю. Николаева^{1, 4}, М. Е. Тарнопольская^{1, 4}, А. В. Колоколова¹,
Л. А. Королева¹, В. Л. Реуков<sup>1

1</sup> Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (ИГЕМ РАН),
119017 Москва, Старомонетный пер., 35
E-mail: zlivkoirina@yandex.ru; volch.v.a@mail.ru; niko-geo@mail.ru; mashatarnopolskaya@yandex.ru; perehod.07@mail.ru
² Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН),
119334 Москва, Ленинский пр., 49
E-mail: andreeva150388@mail.ru
³ Геологический институт РАН (ГИН РАН), 119017 Москва, Пыжевский пер., 7
E-mail: dbpetrenko@yandex.by
⁴ Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова (МГУ),
119991 Москва, Ленинские горы, 1
Поступила в редакцию 10 января 2025 г., окончательный вариант — 22 января 2025 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

Исследованы метрологические характеристики атомно-абсорбционного определения золота в различных по составу растворах с высокой концентрацией солей и кислот, полученных при проведении экспериментов по изучению форм переноса золота в высокотемпературных гидротермальных флюидах. Оптимизированы условия определения Au в пламени, изучены влияния состава, концентрации кислот и температуры экспериментальных растворов, а также способы их учета. Использование воздушно-ацетиленового пламени, обедненного ацетиленом, позволило увеличить чувствительность определения элемента в 2 раза. Показана возможность применения метода атомно-абсорбционной спектроскопии с атомизацией в пламени для определения золота в серосодержащих гидротермальных растворах с концентрацией солей до 100 г/л в широком диапазоне концентраций Au от 0,05 до 500 мкг/г без предварительного отделения матрицы из ограниченного объема образца.

Ключевые слова: атомно-абсорбционная спектроскопия, золото, растворы с высоким солевым фоном, анализ, метрологические характеристики.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-3-65-71

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 538.91

Влияние молекул аммиака на спектры фотолюминесценции фталоцианина цинка
в тетрагидрофуране

С. И. Расмагин, Л. А. Апресян

ФИЦ Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук (ИОФ РАН),
119333 Москва, ул. Вавилова, 38
E-mail: rasmas123@yandex.ru; leon_apresyan@mail.ru
Поступила в редакцию 11 июля 2024 г., окончательный вариант — 13 ноября 2024 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

Исследованы изменения в спектрах флуоресценции раствора бутилзамещенного фталоцианина цинка в тетрагидрофуране, вызванные малыми количествами аммиака. Проведены измерения спектров флуоресценции простого и комбинированного растворов бутилзамещенного фталоцианина цинка Простой раствор создавался путем смешения порошка бутилзамещенного фталоцианина цинка с растворителем тетрагидрофураном. Комбинированный раствор был получен в результате добавления к простому раствору водного раствора аммиака. Анализ параметров спектров флуоресценции в простом и комбинированном растворах бутилзамещенного фталоцианина цинка позволил оценить влияние молекул аммиака.

Ключевые слова: бутилзамещенный фталоцинан цинка, спектры флуоресценции, фталоцианин цинка, тетрагидрофуран, аммиак.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-3-72-77

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 519.6:621.7.01 + 669

Численное моделирование процессов при формировании вспененного алюминия

В. Н. Попов

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН,
630090 Новосибирск, ул. Институтская, 4/1
E-mail: popov@itam.nsc.ru
Поступила в редакцию 30 июля 2024 г., окончательный вариант — 26 ноября 2025 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

С использованием модели роста газовых пузырьков в расплаве алюминия Al – Ca получены численные оценки динамики формирования вспененного металла. Определены размеры сферических пор, время их формирования, изменения концентрации водорода и диффузионного потока на поверхностях пузырьков в зависимости от количества растворенного газа в расплаве. Установлено, что наиболее значимые изменения давления в пузырьках происходят при быстром увеличении их размеров в интервале времени от 10–6 c до 10–4 c от момента зарождения. После того, как давление газа в растущих пузырьках снижается до 3,55·105 Н/м2, их дальнейший рост происходит за счет диффузии водорода из окружающего расплава и фактически не зависит от начального насыщения расплава газом. Размеры ячеек, содержащих равномерно распределенные пузырьки и половину толщины перемычки между ними, определены из представленных в литературных источниках результатов экспериментов. Расчётная пористость вспененного металла составляет от 72 % до 83 %, в зависимости от количества водорода, растворенного в расплаве, что удовлетворительно согласуется экспериментальными данными. С использованием модели затвердевания вспененного алюминия, определено, что окончательное формирование газовых пузырьков происходит примерно за 10 мс и начальная температура расплава, остывающего в тигле за это время, фактически, не меняется. Проведено численное моделирование по оценке времени затвердевания пористого расплава алюминия в графитовом тигле в зависимости от концентрации вспенивающего вещества TiH2.

Ключевые слова: численное моделирование, вспененный алюминий, гидрид водорода, пористость, затвердевание металла.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-3-78-86