ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

САМОСМАЗЫВАЮЩИЙСЯ ГИБРИДНЫЙ КОМПОЗИТ WC/Y–TZP–AL2O3 С ДИСПЕРГИРОВАННЫМИ ЧАСТИЦАМИ СТАЛИ ГАДФИЛЬДА

2026-05-27T09:05:59+00:00

Гибридные композиты с керамической матрицей WC/Y–TZP–Al₂O₃ и дисперсными частицами стали Гадфильда были спечены, а затем испытаны при скоростях скольжения в диапазоне 7–37 м/с и контактном давлении
5 МПа. Использование кратковременного (10 мин) и низкотемпературного (1350 °С) спекания под давлением позволило получить композит, состоящий из зерен WC микронного размера, и керамических зерен из частично стабилизированного окисью иттрия поликристаллического тетрагонального диоксида циркония и оксида алюминия (Y–TZP–Al₂O₃) субмикронного размера, и равномерно распределенных зерен стали Гадфильда. Такая микроструктура обеспечила новые гибридные характеристики, сочетающие высокие значения твердости (~14.8 ГПа) и вязкости разрушения (~11 МПа×м^1/2) с эффективной трибохимической адаптацией композита в условиях высокоскоростного скольжения по стали. Композиты продемонстрировали низкий коэффициент трения и высокую износостойкость, за счет in-situ механохимического образования вольфраматов железа FeWO₄ и Fe₂WO₆ на поверхностях трения. Эти сложные оксиды включались в структуры подповерхностных областей, что обеспечивало эффект самосмазывания и самовосстановления при высокоскоростном скольжении.

СТАДИИ РАЗРУШЕНИЯ ЦЕМЕНТИТА В РЕЛЬСАХ ИЗ ЗАЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

2026-05-27T13:54:47+00:00

Методами современного физического материаловедения (оптической, сканирующей и просвечивающей дифракционной электронной микроскопии, рентгенофазового анализа) выполнен анализ механизмов и стадий разрушения пластинчатого перлита на расстояниях 10, 2 и 0 мм от поверхности по радиусу скругления выкружки головки рельсов из заэвтектоидной стали после длительной эксплуатации на Восточно-Сибирской железной дороге (пропущенный тоннаж 175,9 млн. тонн брутто). Выявлены особенности двух возможных механизмов разрушения пластин цементита: деформационного (разрезание скользящими дислокациями) и недиффузионного (перемещение атомов углерода из решётки цементита на дислокации). Проведено сравнение особенностей механизмов разрушения цементита в рельсах из стали доэвтектоидного состава. Показано, что на заключительной стадии эволюции структурно-фазовых состояний и дефектной субструктуры, предшествующей разрушению, в объёме зёрен перлита образуется субзеренная структура на основе твёрдого раствора α-фазы с наноразмерными частицами карбидной фазы, распределённой по границам субзёрен, то есть формируется цементит глобулярной формы. Указаны возможные направления продления срока службы рельсов на основе анализа механизмов контактно-усталостного разрушения в экстремальных условиях эксплуатации на Восточно-Сибирской железной дороге.

ВЛИЯНИЕ КРАТНОСТИ НАНЕСЕНИЯ УЛЬТРАДИСПЕРСНОГО ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА НА СМАЧИВАЕМОСТЬ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ТИТАНЕ

2026-05-28T01:02:55+00:00

В работе исследованы композиционные покрытия, сформированные на технически чистом титане марки ВТ1-0 методом плазменного электролитического оксидирования с последующим нанесением ультрадисперсного политетрафторэтилена (УПТФЭ) методом распыления и термической обработкой. Актуальность работы обусловлена необходимостью создания гидрофобных защитных покрытий для металлов, эксплуатируемых в агрессивных средах. Установлено влияния количества наносимой суспензии УПТФЭ (1, 2 или 3 цикла распыления) на морфологию, смачиваемость и поверхностную энергию композиционных покрытий. Установлено, что однократное нанесение УПТФЭ обеспечивает равномерное заполнение пор без дефектов, контактный угол 131,3±0,6° и минимальный гистерезис смачивания (39,0±0,5°). Поверхностная энергия покрытия, полученная однократным нанесением полимера, составляет 12,78±0,57 мДж/м², что характерно для гидрофобных фторполимерных материалов. Двух- и трёхкратное нанесение приводит к росту внутренних напряжений, образованию трещин, отслоению полимерной пленки и снижению гидрофобности. Полученные результаты могут быть использованы при разработке защитных гидрофобных покрытий для титановых изделий, работающих в коррозионно-активных средах.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ, ФОРМИРУЕМЫХ НА ВТ1-0

2026-05-29T05:05:42+00:00

В данной работе исследованы композитные покрытия, сформированные на титане ВТ1-0. Методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) был получен базовый оксидный слой, который в дальнейшем модифицировали ультрадисперсным политетрафторэтиленом (УПТФЭ) с помощью метода распыления. Изучено влияние кратности нанесения полимерного слоя на электрохимические, трибологические и адгезионные характеристики покрытий. Показано, что применение полимерной обработки позволяет значительно повысить защитные свойства системы. Установлено, что с увеличением числа кратности обработки от 1 до 3 плотность тока коррозии снижается с 1,6·10^-8 до 7,2·10^-9 А/см², а поляризационное сопротивление возрастает с 1,6·10⁶ до 9,5·10⁶ Ом·см² относительно базового ПЭО-слоя. Методом электрохимической импедансной спектроскопии подтверждено, что полимер эффективно заполняет поры оксидного слоя, особенно на образцах с двумя и тремя кратностями обработки. Наибольшая износостойкость зафиксирована для образца с трехкратным нанесением: износ снизился более чем в 1500 раз по сравнению с базовым ПЭО-покрытием. Адгезионные испытания показали, что полимерная пленка увеличивает критическую нагрузку при царапании на 43% для образца с трехкратным нанесением. Полученные результаты демонстрируют высокую эффективность комбинированного метода ПЭО и распыления УПТФЭ для создания функциональных покрытий на титане.

АНОМАЛЬНЫЙ МАССОПЕРЕНОС ПРИ СВАРКЕ ВЗРЫВОМ МЕДИ И МОЛИБДЕНА

2026-06-16T06:54:25+00:00

В статье исследованы процессы структурообразования протекающие при совместной пластической деформации взрывом меди и молибдена. Методами электронной микроскопии обнаружено возникновение аномально быстрого массопереноса и образования новых фаз при совместной пластической деформации разнородных металлов. Показано, что самоорганизация структуры происходит на различных масштабных уровнях. В локализованных областях развивается релаксация структурных состояний в условиях нелинейности течения пластической деформации. В масштабе свариваемых взрывом пластин это проявляется в виде характерного рельефа зоны контакта медь-молибден. В масштабе зеренной структуры наблюдается формирование дендритов и каналов массопереноса. На атомно-кристаллическом уровне структуры релаксация проявляется образованием твердых растворов нерастворимых в обычных условиях компонентов.

РОЛЬ ДИСЛОКАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ И ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В УПРОЧНЕНИИ РЕЛЬСОВ ИЗ ЗАЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ

2026-07-03T03:11:49+00:00

Методами просвечивающей электронной дифракционной микроскопии исследована структура 100-метровых дифференцированно закаленных рельсов категории ДТ400ИК из заэвтектоидной стали Э90ХАФ после длительной эксплуатации на Забайкальской железной дороге (пропущенный тоннаж 243,7 млн. тонн). Проведена классификация морфологических составляющих структуры, отмечено, что прочность стали определяется совместным действием ряда физических механизмов, одним из которых является упрочнение внутренними напряжениями. Изучена тонкая структура и выполнен анализ уровня внутренних напряжений и определена их роль в упрочнении стали в двух участках одной головки рельса («поверхности катания» и «выкружки») на одинаковых расстояниях от поверхности контакта «колесо – рельс». Обосновано использование формул оценки внутренних дальнодействующих полей напряжений для пластического, упругого и упруго-пластического изгиба кристаллической решетки. Показано, что по мере приближения к поверхности головки структура претерпевает все большую пластическую деформацию, причем наиболее заметно по радиусу скругления выкружки. Установлено, что механизмы упрочнения на «поверхности катания» и в «выкружке» различны: на «поверхности катания» основным механизмом упрочнения является упрочнение внутренними дальнодействующими напряжениями, в «выкружке» – субструктурное упрочнение

ТЕРМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА В СИСТЕМЕ С ОГРАНИЧЕННОЙ РАСТВОРИМОСТЬЮ Zn(NO3)2–Co(NO3)2–H2O

2026-07-06T10:14:18+00:00

В работе предложена интегральная модель расчета термических свойств фазопереходных веществ по кривым охлаждения (метод калибровочной ячейки), отличающаяся от существующих тем, что вводит калибровочный коэффициент теплового потока UA для измерительной ячейки «эталон + пробирка». Это позволяет измерять кривые охлаждения образца без эталона по откалиброванной при сохранении условий измерения: массы, типа пробирки, температурного диапазона измерения и температуры среды. На примере смеси кристаллогидратов Zn(NO₃)₂·6H₂O и Co(NO₃)₂·6H₂O с разной массовой долей компонентов определены энтальпии и температуры кристаллизации и плавления, сходящиеся с результатами дифференциальной сканирующей калориметрии. Определены среднеинтегральные значения теплопроводности (снижается с 0.374 до 0.254 Вт/мК с увеличением массовой доли Zn(NO₃)₂·6H₂O с 0 до 100 масс. %), коэффициента теплопередачи (снижается с 20.5 до 13.9 Вт/м²К) и температуропроводности в измеренном температурном интервале 20–60 °C. Выведены уравнения удельной теплоемкости для жидкой фазы при нагреве до 60 °C. Результаты измерения показывают, что смесь является твердым раствором с пределом растворимости ионов Zn²⁺ в Co²⁺ около 15 % масс. доли Zn²⁺, а Co²⁺ в Zn²⁺ около 10 %.

ТОЧЕЧНЫЕ ДЕФЕКТЫ В КРИСТАЛЛАХ СИСТЕМЫ Pt–Al: ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С УЕДИНЁННЫМИ ВОЛНАМИ НЕЛИНЕЙНОЙ СУПРАТРАНСМИССИИ

2026-07-07T05:44:20+00:00

Реальные кристаллы всегда содержат точечные дефекты, однако их взаимодействие с уединёнными волнами нелинейной супратрансмиссии — рассеяние волн дефектами и способность волн инициировать миграцию дефектов — оставалось количественно не охарактеризованным. Методами атомистического моделирования исследованы энергетические характеристики точечных дефектов в ГЦК-металлах Pt и Al и их взаимодействие с уединёнными волнами, возбуждаемыми в интерметаллиде Pt₃Al в режиме нелинейной супратрансмиссии. В рамках единого межатомного потенциала, построенного методом погружённого атома, вычислены энергии образования вакансий и межузельных атомов в конфигурации гантели ⟨100⟩. Барьеры миграции вакансий определены методом подталкиваемой упругой ленты и сопоставлены со справочными данными. Взаимодействие уединённых волн с дефектами исследовано в серии из шестнадцати молекулярно-динамических расчётов: три типа точечных дефектов и бездефектный контрольный расчёт при четырёх амплитудах гармонического возбуждения, от пороговой до надпороговых. Установлено, что точечные дефекты практически прозрачны для уединённых волн: коэффициент прохождения отличается от бездефектного случая не более чем на один процент. При этом дефект захватывает часть переносимой волной энергии. Величина разового захвата зависит от типа дефекта: она максимальна для вакансии Pt и составляет единицы сотых электронвольта, что существенно ниже барьеров миграции. Сделан вывод о необходимости многократного или резонансного воздействия для инициирования перестройки дефектной подсистемы уединёнными волнами. Результаты применимы при анализе переноса энергии в упорядоченных сплавах при интенсивных внешних воздействиях.

ВЛИЯНИЕ МАТЕРИАЛА МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ НА АДГЕЗИЮ, МОРФОЛОГИЮ И СТРУКТУРУ МЕТАЛЛИЗИРОВАННОГО ПОЛИТЕТРАФТОРЭТИЛЕНА

2026-07-07T08:52:07+00:00

В работе исследовано влияние материала металлического покрытия на адгезионные, морфологические, структурные и поверхностные характеристики политетрафторэтилена (ПТФЭ), модифицированного методом DC-магнетронного напыления с предварительной плазменной активацией поверхности. В качестве материалов покрытий использовали Ст3, титан и нержавеющую сталь 12Х18Н10Т. Установлено, что нанесение металлических слоев изменяет микрорельеф и снижает шероховатость поверхности ПТФЭ: параметр Ra уменьшается с 2,16 мкм для исходного полимера до 1,16–1,81 мкм для металлизированных образцов. Металлизация также приводит к снижению краевых углов смачивания и повышению свободной поверхностной энергии. Наибольшая прочность при отрыве достигнута для покрытия из титана и составила 0,81 МПа, что связано с формированием более связной и менее дискретной морфологии пленки. Покрытие Ст3 толщиной около 800 нм обеспечило максимальную прочность при сдвиге – 1,28 МПа, что объясняется механическим зацеплением крупных фрагментов покрытия с клеевым слоем. По данным рентгеноструктурного анализа, объемная кристаллическая структура ПТФЭ после металлизации сохраняется. ИК-спектроскопия показала отсутствие новых полос поглощения после испытаний на отрыв, что согласуется с адгезионным характером разрушения. Полученные результаты показывают перспективность магнетронного напыления для формирования функциональных металлических покрытий на поверхности ПТФЭ.

АНАЛИЗ ПОТЕНЦИАЛА ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ КАК МЕТОДА ПОСТОБРАБОТКИ ДЛЯ СПЛАВОВ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ АДДИТИВНЫМ СПОСОБОМ

2026-09-14T06:13:23+00:00

В настоящей обзорной статье авторами проанализирован потенциал электроимпульсной обработки как метода постобработки для сплавов, изготовленных методом аддитивного производства. Аддитивное производство произвело революцию в современных производственных парадигмах, позволив послойное изготовление сложных геометрий непосредственно из цифровых моделей. Металлические детали, изготовленные методом аддитивного производства, содержат неравновесные микроструктуры, которые часто нежелательны для критического применения. Было доказано, что процесс электроимпульсной обработки является эффективным методом быстрого нагрева для постобработки деталей аддитивного производства. В отличие от обычных видов термообработки, электроимпульсная обработка не только нагревает сплав, но и оказывает полезные эффекты в ходе процесса, включая снижение термодинамических барьеров для фазовых превращений, ускоренную атомную диффузию, улучшенную рекристаллизацию и снижение остаточных напряжений. Настоящее исследование продемонстрировало следующее: электроимпульсная обработка может значительно изменять микротвердость сплавов путем применения подходящих электроимпульсных напряжений; электроимпульсная обработка может изменять и улучшать микроструктуру сплавов путем снижения термодинамических барьеров для фазового превращения α–>β; электроимпульсная обработка, используемая при постобработке стального сплава, продемонстрировала повышение пластичности и интенсивную гомогенизацию и др. Из представленного обзора очевидно, что электроимпульсная обработка является потенциальным методом обработки для адаптации микроструктуры и механических свойств сплава, поскольку электроимпульсная обработка занимает гораздо меньше времени, чем термическая обработка с точки зрения получения микроструктурных изменений.