Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ФИЗИКА И ХИМИЯ
ОБРАБОТКИ
МАТЕРИАЛОВ

Tilda Publishing

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

2025, № 5, аннотации статей

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 546.281.261

Воздействие импульсного пучка ионов углерода на поверхность псевдосплава W – Cu

В. Ю. Баринов¹, С. С. Манохин², Ю. Р. Колобов², А. Е. Лигачев³, Е. С. Статник^4, 5, Г. В. Потемкин⁶, В. А. Тарбоков⁶, Г. Е. Ремнев<sup>6

1</sup> Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова РАН (ИСМАН РАН),
142432 Черноголовка, Московская область, ул. Академика Осипьяна, 8
E-mail: barinov@ism.ac.ru
² ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН,
142432 Черноголовка, Московская область, пр-т Академика Семенова, 1
E-mail: manohin@bk.ru; kolobov@icp.ac.ru
³ ФИЦ Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН (ИОФ РАН), 119991 Москва, ГСП 1, ул. Вавилова, 38
E-mail: carbin@yandex.ru
⁴ Сколковский институт науки и технологий, Центр системного проектирования, 121205 Москва, Большой бульвар, 30, стр. 1
⁵ НИТУ МИСИС, Лаборатория ускоренных частиц (ЛУЧ), 119049 Москва, Ленинский пр-т, 4, стр. 1
⁶ Томский политехнический университет, 630050 Томск, ул. Ленина, 1а
Поступила в редакцию 17 января 2025 г., окончательный вариант — 2 июня 2025 г., принята к публикации 20 октября 2025 г.

Методами растровой электронной микроскопии исследована топография поверхности псевдосплава W – Cu, облучённой мощным импульсным ионным пучком на ускорителе ТЕМП Томского политехнического университета (ионный пучок — Cn+, ускоряющее напряжение — 200 ± 10 кВ, плотность энергии пучка в импульсе — 2,5 – 3 Дж/cм2, длительность импульса — ~ 100 нс). На поверхности медной фазы обнаружены медные столбики, многие из которых имеют вершину шарообразной формы. Количество микротрещин на поверхности зерен вольфрамового каркаса минимально.

Ключевые слова: псевдосплав вольфрам – медь, мощный импульсный ионный пучок, ионы углерода.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-5-5-11

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.9.048:678

Влияние режимов лазерной обработки на процесс газообразования в полиимидной пленке

Б. А. Лапшинов, Е. В. Матвеев, А. И. Гайдар, В. В. Берестов

Научно-исследовательский институт перспективных материалов и технологий,
105187 Москва, ул. Щербаковская, 53
E-mail: lbaniipmt@mail.ru; maegor@gmail.com; a_i_g@bk.ru; vberestov97@gmail.com
Поступила в редакцию 2 апреля 2025 г., окончательный вариант — 12 мая 2025 г., принята к публикации 20 октября 2025 г.

Представлены результаты исследования начального этапа процесса карбонизации полиимидной пленки при обработке Nd:YAG лазером с длиной волны λ = 1064 нм. Под воздействием лазерного излучения происходит термодеструкция материала, сопровождающаяся глубокими изменениями полимерной цепи, выделением летучих продуктов и образованием множества мелких пузырьков в объеме пленки. В обработанных образцах обнаружены локальные области потемнения, связанные с изменениями структуры исходного материала, приводящие к уменьшению прозрачности исходной пленки. Прозрачность пленок после лазерной обработки определяли с помощью спектрометров высокого разрешения в видимой и ближней инфракрасной областях спектра. Показано, что ключевые параметры обработки — мощность излучения и скорость сканирования луча (время обработки) оказывают определяющее влияние на химическое преобразование полимерных цепей и интенсивность газообразования в объеме полиимидных пленок. Оценку энергетического воздействия лазерного излучения проводили используя параметр динамической плотности энергии лазерного излучения Н. Установлено, что минимальное значение плотности энергии, при котором начинался процесс химического преобразования структуры с образованием областей потемнения и зарождением газовых пузырьков в структуре образцов составляет Н = 0,42 Дж/мм2. С ростом плотности энергии до значения Н = 2,10 Дж/мм2 происходит разрушение пленки с образованием локальных сквозных отверстий, а при достижении величины
Н = 2,85 Дж/мм2 наблюдается полная абляция материала в области обработки.

Ключевые слова: полиимид, лазерное воздействие, светопропускание, спектры пропускания.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-5-12-21

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.762.242:66.088:669.276

Послойное лазерное сплавление порошка W – Y2O3 с субмикронной структурой частиц, сфероидизированного в потоке термической плазмы

М. Ю. Грязнов¹, А. В. Самохин², 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; shotin@nifti.unn.ru
² Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук,
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 8 июля 2025 г., окончательный вариант — 8 июля 2025 г., принята к публикации 20 октября 2025 г.

Впервые продемонстрирована возможность использования порошка системы W – Y2O3 фракции “5 – 50” мкм со сферической формой частиц и размером зерна вольфрама 0,1 – 3,0 мкм, полученного с помощью методов плазмохимического синтеза, грануляции и сфероидизации, в технологиях аддитивного производства для создания изделий сложной геометрии. Проведены исследования влияния технологических параметров процесса послойного лазерного сплавления (ПЛС) на физико-механические характеристики и микроструктуру тестовых образцов, изготовленных из порошка системы W – Y2O3. Установлено, что максимальные значения плотности, твердости по Виккерсу и микротвердости ПЛС-образцов системы W – 1,2 % W – Y2O3 составляют 18,3 г/см3 (относительная плотность — 98,4 %), 315 кгс/мм2 и 4,5 ГПа соответственно. ПЛС-образцы во всех режимах обработки имеют схожую неоднородную микроструктуру дендритного типа. Средний условный размер зерна вольфрама лежит в диапазоне от 5 до 30 мкм. Ввиду высокой скорости кристаллизации и большого градиента температур в процессе ПЛС, материал на большинстве режимах получения имеет микротрещины и микропоры. На основе результатов исследований плотности, твердости и микротвердости полученных изделий проведена оптимизация основных технологических параметров процесса ПЛС (мощность лазерного излучения и скорость сканирования).

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

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-5-22-37

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 669.715, 669.018.62

Особенности электронно-лучевой сварки металлических композиционных материалов на основе несмешивающихся компонентов

И. Н. Шиганов, В. В. Овчинников

Московский политехнический университет,107023 Москва, ул. Большая Семёновская, 38
E-mail: inshig@bmstu.ru; vikov1956@mail.ru
Поступила в редакцию 25 апреля 2025 г., окончательный вариант — 10 июня 2025 г., принята к публикации 20 октября 2025 г.

Установлены причины образования специфических дефектов внешнего формирования при электронно-лучевой сварке композиции на основе несмешивающихся компонентов Al – 30 масс. % Be – 5 масс. % Mg, связанные с химическим составом материала. Для подавления вредных процессов испарения в канале проплавления предложено использовать продольно-поперечные колебания электронного луча совместно с применением вставок из алюминиевого сплава в стык соединения. Показано, что для предотвращения пористости количество магния во вставке не должно превышать 3 %. Дополнительное легирование вставки 3 – 6 % меди и 0,5 – 1,2 % кремния позволило термоупрочнить швы до свойств основного материала. Подтверждено, что для композиций 50 масс. % Fe – 50 масс. % Cu и 60 масс. % Fe – 40 масс. % Cu электронно-лучевая сварка является эффективной технологией, обеспечивающей получение качественных сварных
соединения без дефектов с прочностью и пластичностью на уровне основного материала.

Ключевые слова: электронный луч, сварка, сканирование луча, композиционный материал, механические свойства, структура.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-5-38-48

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 669.716

Анализ особенностей деформации отходов титановых сплавов при брикетировании в условиях пластифицирования водородом

М. В. Жаров

Московский авиационный институт (Национальный исследовательский университет),
125993 Москва, Волоколамское шоссе, 4
E-mail: MaximZharov@mail.ru
Поступила в редакцию 14 апреля 2025 г., окончательный вариант — 20 мая 2025 г., принята к публикации 20 октября 2025 г.

Проведен анализ особенностей применения эффекта водородного пластифицирования при холодном брикетировании титановой стружки и последующей термокомпрессионной обработке брикетов. Установлена целесообразность наводораживания материала уже сформированных брикетов, а не рыхлой массы стружечных отходов. За счет развитой поверхности стружечных объектов и малой толщины фракций эффект от водородного пластифицирования является максимальным, что позволяет проводить термокомпрессионную обработку при относительно невысоких температурах. Найдены рациональные концентрации насыщения материала водородом, которые обеспечивают наибольший эффект от водородного пластифицирования для различных марок титановых сплавов. В частности, для сплава ВТ3-1 оптимальный интервал насыщения водородом составляет 0,50 – 0,75 масс. %, для сплава ВТ6 — 0,38 – 0,50 масс. %, для сплава ВТ20 — 0,40 – 0,65 масс. %. Установлено, что при переработке стружки титановых сплавов марок ВТ3-1, ВТ6, ВТ20 использование операции термокомпрессионной обработки и эффекта водородного пластифицирования позволяет не только увеличить среднюю относительную плотность брикета с ρотн = 0,79 – 0,84 до ρотн = 0,92 – 0,93, но и способствует появлению и росту очагов твердофазного соединения между фракциями титановой стружки уже на этапе термокомпрессии брикета. Рекомендуемые рациональные технологические параметры процесса термокомпрессионной обработки, обеспечивающие достаточное уплотнение брикета, имеют значения: температурный интервал ~ 400 – 450 °С, время выдержки ~ 4,0 – 4,5 ч, удельное усилие (давление) термокомпрессии ~ 600 – 650 МПа.

Ключевые слова: титановые сплавы, переработка, рециклинг, сопротивление
деформированию, пластичность, водородное пластифицирование, водородная хрупкость,
фазы, структура, пластическая деформация, соединение в твердофазном состоянии.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-5-49-58

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.373.826

Особенности люминесценции гидроксиапатита Ca5 – xOH(PO4)3:Eu3+, содопированного ионами Dy3+, Y3+ и B3+

А. Ф. Банишев

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”,
123182 Москва, пл. Академика Курчатова, 1
E-mail: banishev@mail.ru
Поступила в редакцию 12 мая 2025 г., окончательный вариант — 23 мая 2025 г., принята к публикации 23 июня 2025 г.

Проведено допирование гидроксиапатита Ca5 – xOH(PO4)3 (ГАП) ионами европия Eu3+ и диспрозия Dy3+, изучено влияние содопирующих ионов Dy3+, Y3+ и B 3+ на люминесцентные свойства ГАП:Eu для получения гидроксиапатита с высоким выходом люминесценции в видимой области спектра. Допирование выполняли высокотемпературным отжигом ГАП с соответствующими оксидами Dy2O3, Eu2O3, Y2O3 и борной кислотой Н3BO3. Исследованы спектры фотолюминесценции допированных гидроксиапатитов ГАП:Eu и содопированных ГАП:Eu,Dy, ГАП:Eu,B, ГАП:Eu,Y. Для возбуждения фотолюминесценции использовали непрерывный лазер с длиной волны λ = 405 нм. Выявлены особенности изменения спектра фотолюминесценции ГАП:Eu при содопировании ионами Dy3+, B3+, Y3+, заключающиеся в том, что при содопировании
ионами Dy3+ спектр ГАП:Eu,Dy состоит из узких спектральных пиков, соответствующих ионам Dy3+ и Eu3+ в матрице ГАП, в то время как содопирование ионами B3+, Y3+ приводит к кардинальному изменению спектров фотолюминесценции — в спектрах ГАП:Eu,B и ГАП:Eu,Y появляется широкая и интенсивная полоса фотолюминесценции с максимумами λ = 515 нм и λ = 520 нм соответственно. Содопирование ГАП:Dy ионами B3+, Y3+ практически не приводит к изменениям спектра фотолюминесценции ГАП:Dy состоящего из узких спектральных пиков соответствующих ионам Dy3+ в матрице ГАП.

Ключевые слова: гидроксилапатит, редкоземельные элементы, высокотемпературный отжиг, допирование, спектры люминесценции.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-5-59-65

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 691.335

Физикохимия трансформации сапонита в волластонит

М. А. Фролова, А. А. Шинкарук, А. М. Айзенштадт,
М. А. Малыгина, М. А. Пожилов

Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова,
163002 Архангельск, набережная Северной Двины, 17
E-mail: m.aizenstadt@narfu.ru; a.shinkaruk@narfu.ru; a.isenshtadt@narfu.ru; m.turobova@narfu.ru; pozhilov.m@edu.narfu.ru
Поступила в редакцию 17 июня 2025 г., окончательный вариант — 17 июня 2025 г., принята к публикации 20 октября 2025 г.

Представлено новое направление практического использования сапонитсодержащего отхода, выделенного из суспензии оборотной воды процесса обогащения кимберлитовых руд Архангельской алмазоносной провинции. Предложен механизм механохимической трансформации сапонита, заключающийся в его механоактивации, высокотемпературной и химической обработке соляной кислотой. На основании сформированных схем превращений показано, что структурная модификация сапонита в сапонитсодержащем материале через стадию образования серпентина, с последующей его высокотемпературной и химической обработкой соляной кислотой позволяет получить упорядоченную структуру композита, армированную игольчатыми частицами волластонита. Упрочнение структуры материала обеспечивается взаимодействием каустического магнезита (MgO) и хлорида магния (дополнительные продукты модификации), приводящее к образованию двойных солей. Данный факт открывает возможность нового перспективного направления использования непосредственно сапонитсодержащего отхода в качестве сырья для получения бесцементных конструкционных материалов.

Ключевые слова: сапонитсодержащий материал, переработка отходов, модификация
сапонита, бесцементный конструкционный материал.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-5-66-73

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

УДК 621.762:621.777

Влияние интенсивной пластической деформации на магнитные и механические свойства
магнитотвердого сплава Fe – 30 % Cr – 20 % Co

В. А. Зеленский, А. Б. Анкудинов, А. С. Устюхин, А. Ю. Иванников,
В. С. Шустов, М. И. Алымов

Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (ИМЕТ РАН),
119334 Москва, Ленинский пр-т, 49
E-mail: zelensky55@bk.ru; a-58@bk.ru; fcbneo@yandex.ru; ivannikov-a@mail.ru; vshscience@mail.ru; alymov@imet.ac.ru
Поступила в редакцию 26 августа 2025 г., окончательный вариант — 18 октября 2025 г., принята к публикации 20 октября 2025 г.

Исследовано влияние интенсивной пластической деформации, возникающей в процессе равноканального углового прессования (РКУП), на механические и магнитные свойства, а также структуру магнитотвердого сплава Fe – 30 % Cr – 20 % Co. Эксперименты проведены на сплаве, полученном методом порошковой металлургии. Стадия РКУП добавлена между стадиями закалки и термической обработки. Выявлено существенное изменение магнитных гистерезисных характеристик и механических свойств образцов, подвергнутых РКУП, по сравнению со свойствами сплава без интенсивной пластической деформации. Трехкратное продавливание через оснастку увеличивает предел текучести материала почти вдвое и он достигает значения 2000 МПа, при этом его пластичность понижается более чем на порядок и составляет 1,1 %, также происходит снижение значений магнитных гистерезисных характеристик приблизительно вдвое: остаточная индукция Br = 0,38 Тл, коэрцитивная сила Hc = 22,8 кА/м. Однократное продавливание снижает коэрцитивную силу и почти не изменяет величину остаточной индукции. Показано, что обработка РКУП в три продавливания делает зерна сплава неравноосными и в пределах довольно крупных вытянутых зерен формируется грубая субструктура, обусловлавливаемая локализацией сдвиговой деформации по параллельным плоскостям. Линии сдвига имеют ломаный вид и определяются сдвигами во второй системе параллельных плоскостей, которые пересекают плоскости первой системы. В образцах, не подвергнутых РКУП, такая структура не наблюдается, а зерна равноосные.

Ключевые слова: порошковая металлургия, магнитотвердые сплавы системы Fe — Cr — Co, равноканальное угловое прессование, термическая обработка, магнитные гистерезисные свойства, диаграммы сжатия.

DOI: 10.30791/0015-3214-2025-5-74-82