ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ

СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СИЛУМИНА, ПОДВЕРГНУТОГО ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОМУ ЛЕГИРОВАНИЮ ПОРОШКОМ Y2O3

Виталий Шляров — 2025-06-30

Сплавы Al-Si незаменимы в различных отраслях промышленности, таких как аэрокосмическая и автомобильная, благодаря высокому соотношению прочности и веса, отличной теплопроводности и коррозионной стойкости. Эти сплавы часто содержат такие элементы, как Si, Cu, Mg и Zr, улучшающие их свойства, а специальные составы позволяют повысить прочность, износостойкость и улучшить зернистую структуру. Целью настоящей работы являлось исследование структуры и трибологических свойств силумина заэвтектического состава в литом состоянии и после электровзрывного легирования порошком Y₂O₃. Методами микрорентгеноспектрального анализа выявлен многоэлементный состав поверхностного слоя силумина, подвергнутого электровзрывному легировании, также установлено, что легирование приводит к формированию в поверхностном слое морфологически сложной многоуровневой многофазной структуры, основными химическими элементами которой являются алюминий, титан, иттрий и кислород. Трибологические испытания силумина, выполненные в условиях сухого трения при комнатной температуре, показали, что электровзрывное легирование приводит к снижению параметра износа (увеличению износостойкости) силумина в 2,2 раза; среднее значение коэффициента трения материала увеличивается от 0,51 в литом состоянии до 0,6 – после электровзрывного легирования. Коэффициент трения силумина в литом состоянии после 80 сек испытаний выходит на стационарный уровень и практически далее не изменяется. После электровзрывного легирования стационарное состояние коэффициента трения фиксируется лишь после 2000 сек испытаний. Первые 2000 сек времени испытаний коэффициент трения постепенно увеличивается от 0,16 до 0,55.

СТРУКТУРА ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОСТОЙКОГО КОМПОЗИЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ СИСТЕМЫ TiB2–Ni–Ag, ПОЛУЧЕННОГО МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОВЗРЫВНОГО НАПЫЛЕНИЯ

Денис Романов — 2025-06-30

В настоящей статье обсуждаются вопросы формирования композиционного покрытия на основе диборида титана, серебра и никеля, а также исследования структуры покрытия на микрокристаллическом и нанокристаллическом уровне. Исследуемое покрытие получено на медной подложке за счет одновременного электрического взрыва серебряной и никелевой фольги, а также расположенным на поверхности фольг порошком диборида титана. Исследования структуры праведны с использованием методов сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии, также исследована переходная область между покрытием и медной подложкой. Покрытие имеет среднюю толщину 160 мкм и характеризуется структурой с включениями диборида титана микрокристаллического и нанокристаллического размера, расположенными в матрице на основе серебра и никеля. Нанокристаллическая структура покрытия представляет собой твердые растворы на основе меди, никеля и серебра в которых располагаются наноразмерные частицы диборида титана. Локально установлена начальная стадия распада твердых растворов при образовании каких-либо других фаз. В переходной области между покрытием и подложкой нанокристаллическая структура покрытия также представляет собой наноразмерные частицы, представленные твердыми растворами на основе меди, серебра и никеля. Также титан, который образовался после частичного распада фазы диборида титана при электровзрывном напылении, входит в твердый раствор фазы на основе никеля. Фаза на основе серебра заполняет промежутки между фазой на основе никеля и титана. В переходной области также выявлены крупные частицы, практически полностью состоящие из диборида титана

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В МОДИФИЦИРОВАННОМ СЛОЕ УМЗ-СПЛАВА ВТ1-0 ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИМПЛАНТАЦИИ ИОНАМИ АЛЮМИНИЯ

Елена Никоненко — 2025-06-30

Проведено исследование градиентной структуры, возникающей при имплантации ионами алюминия сплава ВТ1-0 (технически чистого титана) в ультрамелкозернистом состоянии. Для формирования ультрамелкозернистого состояния был применен комбинированный метод многократного одноосного прессования (аbc-прессование) с последующей многоходовой прокаткой в ручьевых валках при комнатной температуре и последующим отжигом 673 К, 1 час. Ионная имплантация проводилась при дозах облучения: 1´10¹⁷, 5´10¹⁷и 10´10¹⁷ ион/см². Исследование выполнено методом просвечивающей электронной дифракционной микроскопии и энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии на фольгах, вырезанных перпендикулярно обработанной поверхности образца. Установлено, что сформированная имплантацией градиентная структура, состоит из 5 слоев: 1 – оксидный слой; 2 – ионно-имплантированный слой; 3 – слой с разрушенной зеренной структурой; 4 – слой остаточного влияния имплантации; 5 – слой, соответствующий не имплантированному состоянию сплава. В каждом слое определен фазовый состав, форма и расположение частиц вторых фаз, измерены размеры зерен a-Ti, размеры, плотность распределения и объемные доли выделившихся частиц, проанализировано состояние твердого раствора. При каждой дозе облучения исследовано распределение алюминия по глубине модифицированных слоев. Установлено, что в слое 2 независимо от дозы облучения алюминий преимущественно участвует в образовании твердого раствора, оставшийся алюминий – в образовании интерметаллидных фаз. В слое 3 весь внедренный алюминий находится в интерметаллидных фазах. По мере удаления от обработанной поверхности образца содержание алюминия уменьшается, что приводит к уменьшению объемных долей интерметаллидных фаз.

ПОВЕДЕНИЕ СПЛАВА Fe95Ni05 С ГРАДИЕНТНОЙ ЗЕРЕННОЙ СТРУКТУРОЙ И РАЗЛИЧНЫМ ФАЗОВЫМ СОСТАВОМ ПРИ НАНОИНДЕНТИРОВАНИИ

Александр Корчуганов — 2025-06-30

Проведено молекулярно-динамическое изучение влияния фазового состава на физико-механические свойства и особенности структурных перестроек сплава Fe₉₅Ni₀₅ с градиентной зеренной структурой при наноиндентировании. Размер зерен в моделируемых образцах увеличивался с 10 до 30 нм от нагружаемой поверхности в направлении индентирования. В различных образцах объемная доля ОЦК фазы в ламелях каждого зерна с ГЦК решеткой составляла 0, 30 или 60%. Обнаружено, что увеличение объемной доли ОЦК фазы в ГЦК зернах понижает твердость сплава и увеличивает его пластичность. Зарождение пластической деформации при индентировании образцов связано с генерацией дислокаций в зоне контакта индентора с образцом с последующим формированием дефектов упаковки и двойников. Наиболее активно процессы пластической деформации развиваются по границам зерен и межфазным границам. По мере увеличения глубины вдавливания индентора существенный вклад в пластичность начинают вносить фазовые переходы ОЦК-ГЦК в ламелях зерен, находящихся в области воздействия индентора. Выявлено, что межфазные границы и границы зерен локализуют развитие пластичности в процессе наноиндентирования, препятствуя распространению дефектов структуры в более глубокие слои зерен. Увеличение объемной доли ОЦК фазы усиливает локализацию пластической деформации в нагружаемом материале.

ВЛИЯНИЕ ЛАЗЕРНОЙ АБЛЯЦИИ НА СОСТАВ ПОВЕРХНОСТИ И СВОЙСТВА ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗ КРИСТАЛЛОВ LiGaSe2, LiGaS2 ПРИ СОЗДАНИИ АНТИОТРАЖАЮЩИХ МИКРОСТРУКТУР

Алина Голошумова — 2025-06-30

Создание антиотражающих микроструктур (ARM) на поверхности оптических элементов из кристаллов халькогенидов позволяет существенно повысить их пропускание. Однако поверхность с микроструктурами может быть подвержена процессам, вызывающим избыточное поглощение на определенных длинах волн. Этот эффект характерен для селеногаллата и тиогаллата лития — перспективных нелинейно-оптических материалов для среднего ИК. Для указанных материалов сильное поглощение появляется на спектрах вблизи 3 и 6 мкм. В настоящей работе приведены результаты комплексного исследования изменений поверхности кристаллов LiGaSe₂ и LiGaS₂ после фемтосекундной лазерной абляции, а также описана методика снижения избыточного поглощения путем отжига оптических элементов с микроструктурами в специальной атмосфере. Установлено, что для LiGaSe₂ на поверхности с ARM присутствует избыточное количество селена, в то время как для LiGaS₂ характерно преобладание соединений галлия. При этом, в отличие от LiGaSe₂, для LiGaS₂ на измененной поверхности с микроструктурами образуется плотный «налет». В результате проведенных экспериментов было показано, что отжиг оптических элементов LiGaSe₂, LiGaS₂ с ARM позволяет устранить поглощение на длинах волн 3 и 6 мкм.

ЩЕЛЕВОЙ ДИСКРЕТНЫЙ БРИЗЕР В БИАТОМНОМ КРИСТАЛЛЕ В2

Дина Абдуллина — 2025-06-30

Рассматривается биатомный кристалл со структурой B2 с межатомными взаимодействиями, описываемыми потенциалом β-Ферми-Паста-Улама-Цингу. Анализируется случай большой разницы в атомных массах компонентов, когда в фононном спектре кристалла возникает щель. Пространственно локализованная колебательная мода большой амплитуды, называемая дискретным бризером (ДБ), найдена путем применения функции локализации к делокализованной нелинейной колебательной моде (ДНКМ). ДНКМ и, следовательно, ДБ имеют частоты в щели фононного спектра

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИТА AL2NI3, АРМИРОВАННОГО УГЛЕРОД-НЫМИ НАНОТРУБКАМИ, ПРИ ОДНООСНОЙ ДЕФОРМАЦИИ

Устина Янковская — 2025-06-30

Аннотация. Легкие интерметаллические соединения, такие как алюминиды никеля, сочетают в себе высокую теплопроводность и механическую стабильность, особенно при высоких температурах. Данные интерметаллиды нашли широкое применение в аэрокосмической и автомобильной промышленности. Тем не менее, алюминиды никеля имеют низкую вязкость разрушения и не высокую пластичность. В данном исследовании в качестве армирующего элемента для интерметаллических матриц предлагаются углеродные нанотрубки (УНТ) из-за их высоких механических свойств. Исследованы влияние температуры окружающей среды и объемной доли УНТ в композите на механические свойства интерметаллида Al₂Ni₃. В рамках настоящей работы методом молекулярной динамики изучено изменение модуля Юнга и предела прочности композита для температур от 300 до 1700 К и объемной доли УНТ от 2% до 6%. Получено, что при высоких температурах у композитов, содержащих УНТ более 2% Модуль Юнга увеличивается на 28%. Однако полученные результаты показывают, что предел прочности интерметаллида Al2Ni3 снижается при внедрении УНТ. Существенное снижение отмечается при внедрении 1-2 УНТ, однако, для модели с 4 УНТ получено небольшое улучшение данного показателя на высоких температурах.

ВЛИЯНИЕ ЩЕЛОЧНОЙ СРЕДЫ НА ГОТОВЫЕ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ЧИСТЫХ ФОТОПОЛИМЕР-НЫХ СМОЛ И СМОЛ, НАПОЛНЕННЫХ ГРАФИТОМ

Мария Солонинкина — 2025-06-30

Исследование направлено на разработку новых композиционных материалов на основе фотополимерных смол, модифицированных микродисперсным графитовым наполнителем, с целью повышения химической устойчивости к агрессивной щелочной среде. Актуальность работы обусловлена необходимостью создания химически стойких фотополимерных смол к щелочной среде для использования в машиностроении, в частности, при производстве строительных 3D-принтеров, печатающих бетоном. Приведены результаты создания графитового наполнителя для модификации фотополимерных смол марок SUNLU ABS-Like (Китай), HARZ Labs Industrial Nylon-Like (Россия) и HARZ Labs Industrial Rigid (Россия), полученного с использованием шаровой планетарной мельницы. Приведен анализ структуры подготовленного графитового наполнителя, включающий рентгеноструктурный анализ и растровую электронную микроскопию. Описаны процессы создания модифицированных фотополимерных смол и оценка влияния наполнителя на химическую устойчивость смол к щелочной среде методом контакта образцов с щелочной средой. В результате исследования установлено, что размеры частиц графитового наполнителя варьировались от 10 до 40 мкм, а анализ структуры показал, что он близок к характеристикам гексагонального графита. Кроме того, результаты анализа образцов фотополимерных смол, содержащие 10% графита от массы смолы, свидетельствуют о том, что они демонстрируют наибольшую устойчивость к воздействию щелочной среды по сравнению с чистыми фотополимерными смолами.

ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БОРСОДЕРЖАЩИХ ПЭО-ПОКРЫТИЙ, ФОРМИРУЕМЫХ НА МАГНИЕВОМ СПЛАВЕ МА8

Мария Герасименко — 2025-06-30

В работе представлено исследование свойств слоев, сформированных на магниевом сплаве МА8 методом плазменного электролитического оксидирования (ПЭО) в борсодержащих электролитах. Электрохимические свойства покрытий исследованы методом электрохимической импедансной спектроскопии. Механические характеристики покрытий оценивались по величине значений микротвердости и модуля Юнга. Показано, что образцы с покрытиями, формируемыми в потенциодинамических режимах, превосходят по показателям коррозионной стойкости сплав без покрытия более чем на 1 порядок величины. Внедрение частиц бора в состав покрытий позволяет улучшить механические свойства: универсальная микротвердость покрытий с частицами превышает на 10–12 % величину данного параметра для базовых ПЭО-покрытий.

СТРУКТУРНО-ФАЗОВЫЕ СОСТОЯНИЯ ПЛАЗМЕННОЙ БЫСТРОРЕЖУЩЕЙ НАПЛАВКИ ПОСЛЕ ОТПУСКА И ЭЛЕКТРОННО-ПУЧКОВОЙ ОБРАБОТКИ

Алексей Юрьев — 2025-06-30

Методами сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии проанализированы структурно-фазовые состояния и дефектная субструктура плазменной наплавки нетоковедущей порошковой проволокой в среде азота быстрорежущей стали Р2М9 на подложку из среднеуглеродистой стали 30ХГСА в исходном состоянии, после высокотемпературного отпуска и электронно-пучковой обработки. Электронно-пучковую обработку проводили при следующих параметрах: энергия ускоренных электронов 18 кэВ, плотность энергии пучка электронов 30 Дж/см², длительность импульса 50 мкс, частота следования 50 Гц, количество импульсов 5. Сформированный наплавленный слой толщиной ~ 5 мм имеет карбидную структуру каркасного типа, которая не разрушается при последующих отпуске и облучении импульсными электронными пучками. В исходном состоянии после наплавки и после отпуска присутствуют карбиды состава MC, M₆C, M₂₃C₆ и M₇C₃. После электронно-пучковой обработки основным карбидом, формирующим каркас, является карбид состава M₆C. Плазменная наплавка сопровождается формированием мартенситной структуры, по границам и в объеме кристаллов мартенсита выявлены наноразмерные включения второй фазы, имеющие следующий состав: MoC, Mo₂C, M₆C. Их относительное содержание составляет 34 масс. %. в исходном состоянии, 33 масс. % после отпуска и 19 масс. % после электронно-пучковой обработки.

ДЕФОРМАЦИОННОЕ ПОВЕДЕНИЕ КВАЗИАМОРФНЫХ ЛЕНТ МАГНИТОМЯГКИХ СПЛАВОВ

Александр Семин — 2025-06-30

Закалкой из расплава (спиннингованием) получена лента магнитомягкого сплава Fe-Ni-Si-B (2НСР), легированного медью и ниобием. Используя методы современного физического материаловедения, проведено изучение механических и магнитных свойств и структурно-фазовых состояний сплава. Временное сопротивление разрыву для ленты 2НСР составляет 615 МПа при низкой величине удлинения до разрушения ɛр = 0,68%, модуль упругости составляет Е = 91 ГПа. Методом DIC (Digital Image Correlation) с помощью программы «VIC 2D» (Correlated Solution Inc., США) на основе оптического экстензометра построены поля распределения продольной и поперечной компонент деформаций. Съемка велась с частотой 1Гц при нагружении вдоль направления синнингования. Проанализировано распределение элементного состава ленты методом микрорентгеноспектрального анализа и выявлены неоднородности по меди и углероду. Методами сканирующей электронной микроскопии при изучении поверхности разрушения установлено морфологическое двухслойное строение ленты, с которым связана наблюдаемая макролокализация из-за несовместимости развития деформации в каждом из слоев. Двухслойное строение может быть обусловлено недостаточным содержанием кобальта и наследованием структуры спиннингирующего диска. Проведено сравнение деформационного поведения ленты 2НСР с другими магнитомягкими материалами 30КСР и 84КХСР. Обсуждены физические причины различия поверхностей разрушения лент сплавов 2НСР, 84КХСР и 30КСР при статическом растяжении. По совокупности результатов анализа деформационного поведения сделано заключение о конкурентноспособности сплава 2НСР, легированного Nb и Cu в классе магнитомягких аморфных лент.