Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ФИЗИКА И ХИМИЯ
ОБРАБОТКИ
МАТЕРИАЛОВ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2025, № 4, аннотации статей

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 536.212

Исследование теплофизических свойств мелкозернистого графита МПГ-7 в диапазоне
1000 – 2000 °С при лазерном нагреве

М. В. Торчик, М. А. Котов, В. Н. Андросенко, Ф. В. Филиппов, Н. Г. Соловьев,
А. Н. Шемякин, М. Ю. Якимов, А. В. Чаплыгин, С. С. Галкин

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН (ИПМех РАН),
119526 Москва, пр-т Вернадского, 101, корп. 1
E-mail: mari.torchick@ipmnet.ru; kotov@ipmnet.ru; androsenko@ipmnet.ru; filippov@ipmnet.ru; solovyov@lantanlaser.ru;
shemyakin@lantanlaser.ru; yakimov@lantanlaser.ru; chaplygin@ipmnet.ru; galkin@ipmnet.ru
Поступила в редакцию 26 марта 2025 г., окончательный вариант — 26 мая 2025 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

Отработан метод определения теплоемкости и теплопроводности высокотемпературных материалов решением обратной задачи теплопроводности в расчетной модели и сравнением полученных результатов с экспериментальными данными. Выполнена серия экспериментов по нагреву образцов из графита МПГ-7 лазерным излучением, а так же проведены расчеты в соответствии с начальными и граничными условиями эксперимента. Совпадение расчетных и экспериментальных данных подтверждает возможность применения предложенного расчетно-экспериментального метода для определения теплофизических свойств новых материалов.

Ключевые слова: теплоемкость, теплопроводность, теплофизические свойства, графит,
высокая температура.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-5-19

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.365.5:691.175.2

Моделирование нагрева эпоксидных компаундов в СВЧ-камерах различного типа

А. С. Сивак¹, С. Г. Калганова^1,2, С. В. Тригорлый¹, Ю. А. Кадыкова^1,2,
Е. Ю. Васинкина¹, Т. П. Сивак¹, Г. В. Сахаджи<sup>1,2

1</sup> АО “Научно-производственное предприятие “Контакт”, 410086 Саратов, ул. Спицына, зд. 1, стр. 1
E-mail: nayka@kontakt-saratov.ru
² Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, 410012 Саратов, ул. Астраханская, 83
E-mail: sahadj@yandex.ru
Поступила в редакцию 6 марта 2025 г., окончательный вариант — 14 мая 2025 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

C помощью метода конечных элементов, реализованного в программном пакете COMSOL Multiphysics, проведены численные исследования распределения температурных и электрических полей в эпоксидном компаунде с учетом режимов нагрева, конструкции СВЧ-камер и физических свойств композита. Установлено, что для СВЧ-нагрева компаунда, содержащего эпоксидную смолу ЭД-20 с наполнителем из карбида кремния, целесообразно использовать рабочие СВЧ-камеры на квазикоаксиальном волноводе и с волноводно-щелевыми излучателями периодического действия. Определены оптимальные режимы процесса СВЧ-отверждения эпоксидного компаунда: время СВЧ-воздействия, мощность, скорость вращения и движения формы с компаундом в СВЧ-камерах. Для достижения требуемой температуры отверждения эпоксидного компаунда использовали алгоритм ступенчатого регулирования СВЧ-мощности в зависимости от температуры в контрольной точке, позволяющий добиться равномерного распределения температурного поля в объеме компаунда и ускорить технологический процесс получения композита. Предложенный подход к решению задач нагрева эпоксидных компаундов в СВЧ-камерах различного типа и результаты моделирования могут быть использованы при разработке СВЧ-камер для технологий отверждения и модификации различных компаундов, а также построения алгоритмов и систем управления СВЧ-установками.

Ключевые слова: математическое моделирование, СВЧ-нагрев, эпоксидный компаунд,
электродинамика, теплопроводность, СВЧ-камера, отверждение, регулирование
мощности.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-20-32

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 519.6: 621.791.725

Моделирование лазерной сварки пластин из вспененного алюминия с использованием
монолитной вставки

В. Г. Щукин, А. Н. Черепанов, В. Н. Попов

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН,
630090 Новосибирск, ул. Институтская, 4/1
E-mail: shchukin@itam.nsc.ru; ancher@itam.nsc.ru; popov@itam.nsc.ru
Поступила в редакцию 20 декабря 2024 г., окончательный вариант — 12 февраля 2025 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

Методом численного моделирования проведена оценка возможности сварки пластин вспененного алюминия с промежуточной вставкой из монолитного металла для получения качественных неразъемных соединений. Разработана нестационарная математическая модель сварки при воздействии энергии лазера на поверхность вставки из непористого металла, размещаемой между торцами соединяемых пластин. Рассмотрены процессы, определяющие особенности получаемых соединений и швов для пластин. Материал пластин — вспененный технический алюминий марки А0 толщиной 7 мм со средним значением пористости 90 %. Материал монолитной вставки — аналогичный сплав. Высота вставки больше толщины пластин. Определены начальные и граничные условия при расчетах, для чего были применены параметры исследований сварки пластин лазером CO2 c мощностью излучения 3 кВт, скоростью сканирования 2 м/мин. Установлено, что для получения шва удовлетворительного качества требуется согласование
толщин пластин, их пористости, высоты вставки и мощности подаваемой энергии. Особенностью рассматриваемого процесса сварки является продолжительное остывание и затвердевание расплавленного металла, что является следствием высокой пористости и низкой теплопроводности материала пластин. Представлены результаты расчётов и образцы, полученные при проведении экспериментальных исследований. Рассчитанные характеристики соединений вспененных алюминиевых пластин удовлетворительно согласуются с результатами проведенных физических экспериментов, что подтверждает адекватность предложенной модели, и способствуют пониманию физических процессов при разработке технологии сварки. Эффективность предложенного метода сварки пластин подтверждена испытаниями на разрыв полученных образцов.

Ключевые слова: вспененный алюминий, лазерная сварка, монолитная промежуточная
вставка, численное моделирование.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-33-43

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 620.186:621.791

Исследование микроструктуры композиционного материала AlSi10Mg + ZrN, полученного методом селективного лазерного плавления

А. Н. Арнаутов¹, Э. Л. Дзидзигури², Д. Д. Жеребцов², Л. В. Федоренко², С. В. Чернышихин<sup>2

1</sup> Объединенная компания “РУСАЛ”, 121096 Москва, ул. Василисы Кожиной, 1
² Университет науки и технологий МИСИС, 119049 Москва, Ленинский пр., 4, стр. 1
E-mail: aleksej.arnautov@gmail.com; avroresf@misis.ru; zherebtsovdmitry@misis.ru;
LVFedorenko@edu.misis.ru: s.chernyshikhin@misis.ru
Поступила в редакцию 4 апреля 2025 г., окончательный вариант — 15 мая 2025 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

Проведено исследование композиционного материала AlSi10Mg с добавлением 5, 10 и 15 масс. % порошка нитрида циркония, синтезированного методом селективного лазерного плавления. Разработана методика синтеза, включающая приготовление порошка ZrN, его смешивание с порошком матричного сплава в шаровой планетарной мельнице и печать объемных образцов. Определены оптимальные технологические параметры синтеза, обеспечивающие высокую относительную плотность до 99,9 % полученного композита. Обнаружено, что при концентрациях нитрида циркония в матричном сплаве, равных 10 и 15 масс. %, в процессе плавления его часть реагирует со сплавом матрицы и образует мелкие частицы, обладающие стехиометрией фазы Zr(Al,Si)3. В микроструктуре синтезированных образцов наблюдается равномерное распределение частиц нитрида циркония как исходных, так и прореагировавших со сплавом AlSi10Mg.

Ключевые слова: композиционные материалы, селективное лазерное плавление,
алюминиевые сплавы, нитрид циркония, микроструктура.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-44-52

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 537.523.4

Искровой разряд в жидкой среде как эффективный метод синтеза наночастиц
многоэлементных композитов с контролируемыми размерами и морфологией

А. А. Зарипов, И. Х. Худайкулов, Х. Б. Ашуров

Институт ионно-плазменных и лазерных технологий имени У.А. Арифова Академии наук Республики Узбекистан,
100125 Ташкент, Узбекистан, ул. Дурмон йули, 33
Email: i_khudaykulov@mail.ru
Поступила в редакцию 6 февраля 2025 г., окончательный вариант — 10 марта 2025 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

Исследован метод получения наночастиц многоэлементных композитов в жидких средах с использованием искрового разряда. Проведён синтез наночастиц сферической формы, размеры которых определены методами рентгеновской дифракции (XRD) и сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM). Установлено, что размеры частиц составляют 51,6 нм и 89,2 нм соответственно и это различие обусловлено особенностями используемых методов анализа. Проведено исследование влияния мощности разряда в диапазоне 40 – 80 Вт на морфологические характеристики наночастиц. Показано, что увеличение мощности способствует уменьшению их диаметра, что связано с более интенсивным дроблением исходного материала и эффективным охлаждением в жидкой среде. Выявлено, что продолжительность воздействия разряда в интервале 0 – 6000 с не оказывает значительного влияния на размер частиц, что объясняется процессами окисления в электролите, препятствующими агломерации. Анализ рентгеновских дифракционных данных подтвердил наличие фаз α-Fe, γ-Fe, оксидов железа, а также возможных соединений хрома, молибдена и меди. В среде солевого раствора (NaCl + H2O) наблюдается образование оксидных, гидроксидных и хлоридных фаз в результате процессов выщелачивания. Продемонстрирована перспективность метода искрового разряда для получения наночастиц многоэлементных композитов с возможностью контролируемого варьирования их размеров и морфологических характеристик, что открывает широкие перспективы их применения в различных технологических областях.

Ключевые слова: наночастицы, многоэлементные композиты, жидкие среды, искровой разряд, рентгеновская дифракция (XRD), сканирующая просвечивающая электронная микроскопия (STEM), размер частиц, мощность и время воздействия разряда, агломерация.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-53-60

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 538.9:544.015:669.15

Влияние длительных отжигов на структуру и свойства фехраля в условиях высокотемпературной некаталитической конверсии углеводородных газов и свободного отжига на воздухе при 1000 °С

С. С. Манохин^{1, 2}, А. Ю. Токмачева-Колобова¹, И. В. Седов¹, Ю. Р. Колобов<sup>1, 2

1</sup> ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН,
142432 Черноголовка, пр. Академика Семенова, 1
E-mail: manohin@icp.ac.ru; anastasiia.misis@gmail.com; isedov@icp.ac.ru; kolobov@icp.ac.ru
² Тольяттинский государственный университет, 445020 Тольятти, Белорусская ул., 14
Поступила в редакцию 13 января 2025 г., окончательный вариант — 22 апреля 2025 г., принята к публикации 25 октября 2024 г.

Исследовано изменение микроструктуры материала проницаемых для газов сетчатых
проволочных матриц, изготовленных из сплава на основе железа состава: Cr (22,5 ± 1 %), Al
(5 ± 1 %), примесные элементы (2,2 %), Fe — остальное, в условиях проведения процесса
некаталитической конверсии углеводородных газов. Проведено сравнение с морфологией
сплава (фехраля), подвергнутого длительному изотермическому отжигу на воздухе.
Методами оптической металлографии, растровой и просвечивающей электронной
микроскопии изучена эволюция структурно-фазового состояния исследуемого сплава и
роста толщины формируемого оксидного слоя в процессе конверсии.

Ключевые слова: фехраль, некаталитическая конверсия, углеводородные газы,
микроструктура, оксидный слой, внутреннее окисление, электронная микроскопия.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-61-70

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 539.219.3: 620.193

Теплофизические свойства и термодинамические функции алюминиевого проводникового сплава E-AlMgSi (“алдрей”), легированного индием

И. Н. Ганиев, Ф. А. Алиев, Р. Д. Исмонов, А. М. Сафаров, Х. О. Одиназода

Таджикский технический университет имени М.С. Осими,
734042 Душанбе, Республика Таджикистан, пр. академиков Раджабовых, 10
E-mail: ganievizatullo48@gmail.com
Поступила в редакцию 1 апреля 2024 г., окончательный вариант — 30 июня 2025 г., принята к публикации 5 августа 2025 г.

Представлены результаты исследования температурной зависимости теплоемкости, коэффициента теплоотдачи и термодинамических функций алюминиевого сплава E-AlMgSi (“алдрей”) с индием в режиме “охлаждения”. Показано, что с ростом температуры теплоемкость, коэффициент теплоотдачи, энтальпия и энтропия сплава E-AlMgSi, легированного индием, увеличиваются, а значение энергии Гиббса уменьшается. Добавка индия до 1 масс. % снижает теплоемкость, коэффициент теплоотдачи, энтальпию и энтропию исходного сплава и повышает величину энергии Гиббса.

Ключевые слова: алюминиевый сплав E-AlMgSi (“алдрей”), индий, теплоемкость,
коэффициент теплоотдачи, режим “охлаждения”, энтальпия, энтропия, энергия Гиббса.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-71-80

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 536.7.549.76

Состав пара и термодинамические характеристики газообразных молекул сульфидов химических элементов периодической системы

Е. К. Казенас, Н. А. Андреева, Г. К. Астахова, В. А. Волчёнкова,
О. А. Овчинникова, Т. Н. Пенкина, А. А. Фомина, О. Н. Фомина

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук (ИМЕТ РАН),
119334 Москва, Ленинский пр-т, 49
Е-mail: ekazenas@imet.ac.ru; volch.v.a@mail.ru
Поступила в редакцию 6 марта 2025 г., окончательный вариант — 6 марта 2025 г., принята к публикации 30 мая 2025 г.

Проведен термодинамический анализ процессов испарения сульфидов химических
соединений, входящих в состав перерабатываемого сырья сложного генезиса. Показано,
что многие элементы периодической таблицы Д.И. Менделеева образуют химические
соединения с серой как в конденсированном, так и в парообразном (газообразном)
состоянии. Обнаружено, что молекулярный состав парогазовой фазы многих сульфидов
и их смесей гораздо сложнее и разнообразнее, чем считалось ранее. В дополнение к
молекулам мономеров, в парах сульфидов были обнаружены различные газообразные
молекулы этих соединений. Впервые систематизированы экспериментальные результаты
по термодинамике испарения и диссоциации сульфидов практически всех элементов
периодической системы Д.И. Менделеева. Представлен широкий спектр данных по
давлению паров, их составу и химическим свойствам.

Ключевые слова: сульфиды металлов, состав пара, энтальпии, атомизация, газообразные
сульфиды, химические элементы, периодическая таблица Д.И. Менделеева.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-4-81-86