Целью работы являлось изучение влияния режимов лазерного микроструктурирования кромки реза на изменение структуры и механических свойств поверхностного слоя деталей, изготовленных из горячекатаных конструкционных углеродистых сталей марок 20, 35, 45.

   Методы. В качестве объектов исследования были выбраны конструкционные углеродистые стали марок 20, 35, 45. Для исследования влияния лазерного модифицирования на изменение структуры и механических свойств деталей машин с использованием лазерной резки были изготовлены специальные образцы в виде квадратных пластин (35×35 мм) толщиной 2 мм (Ст20 и Ст45) и 4 мм (Ст35). После лазерной резки по режимам одну из сторон образца подвергли механическому шлифованию с целью удаления слоя с измененной структурой получаемого в ходе лазерного раскроя материала. Далее с использованием непрерывного волоконного лазера проводили лазерное микроструктурирование поверхностей образцов. Для изучения влияния лазерного микроструктурирования на изменения структуры и свойств поверхностного слоя проводили металлографические и дюрометрические исследования.

   Результаты. Выявлены закономерности строения зоны лазерного воздействия конструкционных углеродистых сталей после лазерного микроструктурирования, которая состоит из двух слоев: нетравящийся (слаботравящийся) белый слой, представляющий собой мелкодисперсный мартенсит игольчатого строения, и непосредственно следующая за ним зона термического влияния, которая в зависимости от содержания углерода в стали имеет различную структуру: ферритно-перлитную, мартенситную, троостомартенситную, мартенситно-перлитную. Установлено, что лазерное микроструктурирование предварительно отшлифованной поверхности в ряде случаев приводит к увеличению значений микротвердости и протяженности зоны лазерного воздействия, что может быть связано с увеличением поглощающей способности материала отшлифованной поверхности и, соответственно, уменьшением его отражающей способности.

   Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при создании ресурсосберегающих процессов обработки материалов.

   Цель. Исследование состава, структуры и свойств порошковых материалов, полученных электродиспергированием отходов вольфрама марки ВА в кислородсодержащей среде – дистиллированной воде.

   Методы. Для определения состава, структуры и свойств порошковых материалов были исследованы образцы порошков, полученных из отходов вольфрама марки ВА. Порошковый материал был получен электроэрозионным диспергированием в воде дистиллированной. Микроанализ частиц порошка был проведен с помощью растрового электронного микроскопа, анализ распределения по размерам частиц порошка получен с помощью анализатора размеров частиц, рентгеноспектральный микроанализ частиц порошка проведен с помощью энергодисперсионного анализатора рентгеновского излучения, встроенного в растровый электронный микроскоп, анализ фазового состава частиц порошка проведен с помощью рентгеновской дифракции на дифрактометре.

   Результаты. В ходе исследования было выявлено, что форма частиц полученных порошковых вольфрамовых материалов сферическая и эллиптическая, также на увеличении отмечены агломераты частиц более мелкого размера. В составе порошковых материалов присутствуют кислород и вольфрам, при этом совместных структурных составляющих не отмечено. В фазовом составе отмечены фазы чистого вольфрама в α- и β-модификациях. Из анализа гранулометрической гистограммы следует, что разброс частиц по размерам варьируется в интервале 0,092–62,59 мкм, средний же диаметр частиц составил 5,73 мкм.

   Заключение. Полученные результаты исследований могут быть использованы для разработки нового тяжелого псевдосплава с использованием металлоотходов дорогостоящего сырья методом электроэрозионного диспергирования с последующим совершенствованием и оптимизацией состава и структуры сплава.

   Цель. Провести исследование цианирования улучшаемых углеродистых и легированных сталей марок 30, 30ХГТ, 30Х13 при температуре 550–580 °С в ваннах на основе карбамида и углекислого натрия. Сформулировать рекомендации по использованию данных ванн для поверхностного упрочнения углеродистых и легированных улучшаемых сталей, применяемых для изготовления деталей машин.

   Методы. Исследована микроструктура диффузионного слоя сталей на поперечных шлифах с использованием оптического микроскопа XIMEA с программным обеспечением Axalit, а также с помощью электронного растрового микроскопа Quanta FEG–650 с системой микроанализа фокусированным ионным пучком EBCD. Испытания цианированных образцов на изнашивание проводили в условиях трения, аналогичных условиям работы штамповых инструментов. Износостойкость нитроцементованных образцов исследовалась на машине трения СМЦ–2. Испытания проводились как в условиях сухого трения, так и в условиях граничного трения.

   Результаты. Экспериментально показана высокая эффективность предлагаемого состава ванны при данной температуре. В результате цианирования на поверхности сталей образуются модифицированные слои, насыщенные твердыми включениями (ε-фазы), отличающиеся высокой твердостью, низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью.

   Заключение. По результатам проведённых исследований можно заключить, что низкотемпературное цианирование улучшаемых сталей различных марок возможно проводить в бесцианистых соляных ваннах. Оптимальный состав цианирующей ванны: 40 % карбамида (NH₂)₂CO; 40 % кальцинированной соды Na₂CO₃ и 20 % поваренной соли NaCl. Предлагаемая ванна не содержит токсичных и дефицитных компонентов, поэтому безопасна с экологической точки зрения и весьма дёшева и может быть с большим эффектом использована в машиностроительном, ремонтном и инструментальном производствах.

   Целью настоящей работы являлось изучение микроструктуры и физико-механических свойств заготовок сплавов на основе электроэрозионной порошковой латуни марки ЛС58-3, полученной в воде дистиллированной. Данное исследование позволит проанализировать использование данного сплава в применении деталей на трение, например, для подшипников скольжения.

   Методы. Для выполнения намеченных исследований были выбраны отходы сплава ЛС58-3. В качестве рабочей жидкости применялась вода дистиллированная. На экспериментальной запатентованной установке для получения порошков диспергировали отходы сплава ЛС58-3 в воде дистиллированной при массе загрузки 300 г. При этом использовали следующие режимы: ёмкость конденсаторов 45–65 мкФ; напряжение на электродах от 150–200 В; частота следования импульсов 50–100 Гц. Получение заготовок новых сплавов производили на установке электроискрового плазменного спекания SPS 25-10 (ThermalTechnology, США). Исследование микроструктуры заготовок новых сплавов проводили на электронно-ионном сканирующем (растровом) микроскопе QUANTA 600 FEG (Нидерланды). Исследование пористости заготовок новых сплавов проводили на оптическом инвертированном микроскопе OLYMPUS GX51 (Япония). Исследование микротвердости заготовок новых сплавов проводили на автоматизированном микротвердомере AFFRI DM-8 (по Виккерсу).

   Результаты. Анализ микроструктуры показал, что образец имеет мелкозернистую структуру, поверхность однородная. Согласно полученным результатам анализа пористости образец имеет менее 1 % пор, что достигается благодаря технологии искрового плазменного спекания порошка. Также показан значительный рост микротвердости, что объясняется образованием высокотвердых микрочастиц порошка при закалке паров металла в рабочей жидкости во время диспергирования отходов.

   Заключение. Использование технологии искрового плазменного спекания электроэрозионной латуни позволяет получить заготовки новых сплавов с практически беспористой структурой, что приводит к увеличению твердости полученных заготовок. Результаты проведенных исследований позволяют рекомендовать к использованию полученный порошок в качестве исходного сырья для получения заготовок сплавов и расширить область их практического применения.

   Цель. Теоретическое исследование влияния внешнего магнитного поля на сдвиговой и объемной вязкости электропроводящих магнитных жидкостей.

   Методы. Применен метод молекулярно-кинетической теории, который с использованием кинетических уравнений для одночастичных и двухчастичных функций распределения позволяет исследовать динамические процессы переноса в электропроводящих магнитных жидкостях. При построении кинетических уравнений электропроводящая магнитная жидкость рассматривается как многокомпонентная система, в которой немагнитная и магнитная подсистемы считаются независимыми, а магнитные частицы и вещества стабилизатора тесно взаимодействуют между собой.

   Результаты. На основе динамических выражений для коэффициентов сдвиговой и объемной вязкости, учитывающих механизмы трансляционной и структурной релаксационных процессов, проведена серия численных расчетов зависимости коэффициентов сдвиговой и объемной вязкости от напряженности внешнего магнитного поля, объемной концентрации магнитных частиц и концентрации металлических добавок в электропроводящих магнитных жидкостях на основе ртути и эвтектического сплава галлия и индия. Показано, что с возрастанием величины внешнего магнитного поля коэффициенты сдвиговой и объемной вязкости в электропроводящих магнитных жидкостях нелинейно возрастают. Увеличение объемной концентрации магнитных частиц также приводит к нелинейному возрастанию коэффициентов сдвиговой и объемной вязкости.

   Заключение. Приведенные численные расчеты коэффициентов сдвиговой и объемной вязкости в зависимости от концентрации металлических добавок показали, что применение металлических добавок в электропроводящих магнитных жидкостях приводит к заметному снижению их вязкости. Показано, что полученные результаты находятся в хорошем согласии с имеющимися литературными данными и могут быть полезными для дальнейшего развития теории процессов переноса в электропроводящих магнитных жидкостях.

   Цель исследования. Создание и характеризация углеродных наноструктур методом высокочастотного магнетронного распыления из углеродной мишени в аргоне на подложке из кремния и в реактивной азотной среде, получаемых на буферном слое катализатора из Ni.

   Методы. Высокочастотное магнетронное распыление на подложку из кремния при изменениях управляющих параметров: мощности времени распыления и давления рабочего газа Ar и N. Исследования выполнялись методами рентгенофазового анализа, атомно-силовой и голографической микроскопии, комбинационного (рамановского) рассеяния света.

   Результаты. Методом комбинационного рассеяния света по линиям ID 1363 и IG 1564 см-1, а также ωРДМ 308 и 227 см–1 подтверждено формирование углеродных нанотрубок, включая одностенные. По атомно-силовым микроскопическим изображениям рассчитана фрактальная размерность нанопленок, которая указывала на их 3D. По данным рентгенофазового анализа магнетронных нанопленок определены размеры области когерентности, текстурированности, микродеформации и межплоскостные деформационные искажения.

   Заключение. В углеродных магнетронных нанопленках возникают деформации обоих знаков: как сжимающие (∆а < 0), так и растягивающие (∆a > 0). Углеродные магнетронные нанопленки представлены в том числе одностенными углеродными нанотрубками, хиральность которых в среде аргона (6, 6), а в реактивной смеси из азота и аргона на буферном слое из Ni (7, 7). Обнаружено, что в высокочастотном магнетронном режиме как в инертной, так и в реактивной средах происходит формирование карбида кремния.

   Цель. Разработка потенциалов межатомных взаимодействий для атомистического моделирования сплавов на основе тугоплавких металлов системы V-Cr-Nb-Mo-Ta-W и атомистическое моделирование с использованием данных потенциалов упорядочения и диффузии в сплавах CrxMoNbTaVW.

   Методы. Разработка потенциалов межатомных взаимодействий системы V-Cr-Nb-Mo-Ta-W проводилась в рамках N-частичного подхода. Для оптимизации параметров потенциалов в качестве целевых значений были использованы результаты расчетов в рамках теории функционала электронной плотности с помощью программного пакета VASP; моделирование упорядочения и диффузии проводилось с использованием методов молекулярной динамики и разработанного нами ранее комбинированного метода молекулярной динамики и метода Монте-Карло (МД+МК).

   Результаты. В рамках N-частичного подхода построены потенциалы, которые дополняют систему потенциалов V-Nb-Mo-W, построенную нами ранее, до системы V-Cr-Nb-Mo-Ta-W. С помощью данных потенциалов методом МД+МК проведено моделирование сплавов CrxMoNbTaVW, где 𝑥 = 0, 0,5, 1, 2 и 3, в области температур от 500 ºC до 2300 ºC. Получено согласие МД+МК расчетов и CALPHAD данных в областях температур и концентраций, содержащих одну ОЦК фазу. При температуре 1000 ºС расчеты методом МД + МК показывают наличие одной ОЦК фазы, что противоречит данным CALPHAD, однако согласуется с экспериментальными данными. Методом молекулярной динамики впервые рассчитаны абсолютные значения коэффициентов диффузии компонентов и значения эффективной энергии активации диффузии в твердом растворе CrMoNbTaVW. Анализ рассчитанных диффузионных характеристик указывает, что в сплаве CrMoNbTaVW реализуется механизм диффузии, включающий согласованное перемещение атомов разного сорта.

   Заключение. Проведенное в работе развитие методов атомистического моделирования сплавов на основе тугоплавких металлов системы V-Cr-Nb-Mo-Ta-W и полученные результаты атомистического моделирования упорядочения и диффузии в сплавах CrxMoNbTaVW показали важное значение для объяснения и прогнозов вызванной диффузионными процессами жаропрочности в многокомпонентных сплавах при высоких температурах.

   Цель исследования. Получение, характеризация и сравнение фотокаталитических свойств наночастиц диоксида титана, легированных европием.

   Методы. Путем гидротермального синтеза с постобработкой в виде промывания и отжига были получены наночастицы диоксида титана, легированные европием. Характеризация выполнена с помощью просвечивающей электронной микроскопии, рентгенофазового анализа, энергодисперсионного анализа. Ширина запрещенной зоны наночастиц была определена методом спектроскопии диффузного отражения. Свойства фотолюминесценции были изучены сканирующей зондовой микроскопией и спектроскопией комбинационного рассеяния. Фотокаталитические свойства изучены спектрофотометрией при деградации метиленового синего под воздействием ультрафиолетового излучения.

   Результаты. Методом просвечивающей электронной микроскопии были определены средние размеры частиц диоксида титана, легированные европием. Методом ренгтенофазового анализа установлена анатазная модификация частиц независимо от процентного содержания европия. Энергодисперсионный анализ подтвердил наличие допанта в образцах. Выявлялась сильная фотолюминесценция. Пик интенсивности фотолюминесценции увеличивался пропорционально с ростом процентного содержания европия. Фотокаталитические свойства сильнее всего проявлялись при наименьшем содержании европия среди исследуемых образцов.

   Вывод. Синтезированные наночастицы диоксида титана, легированные европием, обладают анатазной модификацией, проявляя сильную фотолюминесцентную активность. Интенсивность люминесценции зависит от концентрации европия в частицах благодаря образованию дополнительных энергетических уровней внутри запрещенной зоны. Фотокаталитические свойства легированных европием наночастиц значительно улучшаются в сравнении с образцами, синтезированными без примесей. Однако концентрация европия свыше 0,5 % приводит к росту структурных дефектов, снижающих подвижность фотогенерированных носителей заряда, и создает высокий энергетический барьер, препятствующий их выходу на поверхность.

   Цель исследований – теоретический анализ ионизационных процессов в воздухе, которые инициируются высоковольтным полем, генерируемым электродной системой отрицательная игла – плоский электрод.

   Методы. Используются Fe, Cu, Al электроды. Вычисления проводятся методами квантовой механики и математической физики.

   Результаты. Анализируются процессы холодной и термоэлектронной эмиссии электронов, усиленные внешним высоковольтным полем (эмиссия Шоттки). Исследуются условия, при которых определяющей является генерация зарядов с поверхности катода за счет плазмохимических реакций и захвата поверхностных электронов электроотрицательными молекулами кислорода. На основе теории ПЭ строится теория инжекции отрицательных ионов с катода в электроотрицательном газе и сравнивается теория с экспериментом. Показано, что при малых радиусах закруглений кончиков игл, когда Е ≥ 10⁶ В/см, генерация зарядов обусловлена холодной эмиссией электронов. В средних полях Е ≈ 10⁵ В/см эмиссия электронов обусловлена эффектом Шоттки. В полях Е ≈ 10⁴ В/см и ниже инжекция обусловливается электрохимическими процессами и захватом ПЭ. Захват ПЭ электроноакцепторными молекулами обусловливает инжекционный ток и, как следствие – зажигание коронного разряда. Получены аналитические выражения для поверхностной плотности как функция локальной напряженности электрического поля, а также выражение для инжекционного тока. Совпадение теории с экспериментом удовлетворительное.
   Заключение. Дан анализ развития КР на отрицательных иглах. Построена теория ПЭ на катоде в сильных электрических полях. По результатам измерения темновых отрицательных ВАХ можно определять закономерности поверхностных процессов с участием электронных переходов, в частности определить концентрацию ПЭ и инжекционные токи.

   Цель. Исследовать влияние магнитного поля на образование структур в магнитных средах различной дисперсности.

   Методы. Эксперименты по исследованию динамики магнитных включений проводились на самостоятельно изготовленной установке в плоских прозрачных ячейках посредством микроскопии. Магнитное поле создавалось электромагнитом ФЛ-1, подключенным к источнику питания. В качестве магнитной среды исследовались частицы магнетита различного размера, а также металлические шарики диаметром 0,5 мм. Видеофиксация проводилась с помощью микроскопа МИКМЕД WiFi 2000Х 5.0.

   Результаты. Проведены исследования динамики магнитных включений в вязкой жидкой среде под воздействием магнитного поля, а также в условиях механических сдвиговых воздействий. Изучено влияние напряженности магнитного поля на скорость роста цепочечных структур, а также на угол отклонения при сдвиговом воздействии. Предложена теоретическая интерпретация наблюдаемых явлений.

   Вывод. В процессе проведения эксперимента установлено, что под влиянием магнитного поля магнитные включения образуют цепочечные структуры. Их размер, скорость роста и динамика зависят от физических параметров системы и внешнего магнитного поля. Интенсивный рост образования цепочек из магнитных включений обнаружен при малых и средних значениях напряженности магнитного поля. Получена экспериментальная зависимость угла отклонения цепочечных структур из положения равновесия от напряженности магнитного поля, которая коррелирует с известными теоретическим данными, на основании которых предложена расчётная модель. Результаты исследования могут найти применение для визуализации численных расчетов динамики дисперсных систем при внешних воздействиях.

   Цель исследования – объяснение механизмов кластеризации молекул фуллерена в жидких средах, наблюдаемых с помощью различных структурных ядерно-физических методов, а также трактовка экспериментальных данных в рамках микроскопической диффузионной модели.

   Методы. В статье дается краткий обзор результатов методов позитронной аннигиляционной спектроскопии, малоуглового рассеяния нейтронов, просвечивающей электронной микроскопии, с помощью которых устанавливались геометрические параметры кластеров фуллерена в растворах. Теоретическим методом исследования является микроскопическая диффузионная модель «ограниченная диффузией агрегация», описывающая кинетические процессы кластеризации.

   Результаты. Модель агрегации, ограниченной диффузией, адекватно отображает механизм образования кластеров молекул C₆₀ в форме фрактальных агрегатов в объеме жидкости, наблюдаемый в экспериментах по позитронной аннигиляционной спектроскопии и малоуглового рассеяния нейтронов. Проанализированы структурные показатели агрегированных частиц фуллерена в дисульфиде углерода, o-ксилоле, толуоле, воде и других растворителях. Рассмотрены свойства различных диффузионных моделей (модели агрегации, ограниченной реакцией, и агрегации, ограниченной диффузией) и их сочетание применительно к оценкам кинетики агрегации фуллерена в растворах. Проведено количественное сравнение результатов обсуждаемых моделей на примере дисульфида углерода.

   Заключение. Диффузионные микроскопические модели адекватно описывают явление агрегации фуллерена в растворах полярных и неполярных растворителей, которые регистрируются различными ядерными методами (позитронной аннигиляционной спектроскопии и малоуглового рассеяния нейтронов), наиболее достоверной является модель агрегации, ограниченной диффузией, более того, она является основой численного определения структурных параметров агрегатов. По сравнению с нейтронным рассеянием при аннигиляции позитронов в агрегации фуллерена в растворе участвует молекулярный комплекс позитрония и фуллерена [Ps–C₆₀], но это не влияет на изменение размера кластера и достоверность результатов.

   Цель исследования. Провести характеризацию наночастиц меди, получаемых в обратных мицеллах бис-(2-этилгексил)-сульфосукцината натрия (АОТ) с использованием флавоноидов: кверцетина и рутина в
сравнении с традиционными восстановителями – боргидридом натрия и гидразином.

   Методы. Химический синтез наночастиц меди, спектрофотометрия для определения максимума плазмонной полосы поглощения наночастиц меди, электронная просвечивающая микроскопия.

   Результаты. Восстановлением ионов меди с использованием флавоноидов – кверцетина и рутина - подтверждена возможность получения наночастиц меди в системе Cu+2/АОТ/изооктан (АОТ – бис-(2-этилгексил)-сульфосукцинат натрия, анионный ПАВ, образующий оболочку мицеллы). При образовании наночастиц наблюдали в электронных спектрах в области 400–440 нм «плазмонные» полосы поглощения. В случае традиционного восстановителя, боргидрида натрия, наблюдается поглощение в области (439 ± 3) нм, которое также можно отнести к «плазмонной полосе» наночастиц меди, однако ее интенсивность очень мала, что свидетельствует об образовании небольшого количества наночастиц меди. Методом просвечивающей электронной микроскопии определен средний размер наночастиц меди: 7,1, 8,2 и 18,5 нм в случае кверцетина, рутина и гидразина соответственно. Из гистограмм, построенных по результатам электронной просвечивающей микроскопии, следует, что использование флавоноидов в качестве восстановителей позволяет снизить средний размер наночастиц меди и сузить их распределение по размерам.

   Заключение. Наночастицы меди, получаемые в обратномицеллярном растворе АОТ в изооктане с использованием флавоноидов кверцетина и рутина в качестве восстановителя, имеют средний размер 7-8 нм и более узкое распределение по размерам по сравнению с восстановлением гидразином.