Materials. Technologies. Design

Влияние высокого содержания бора на рост карбидов М23С6 в высокохромистых сталях мартенситного класса

2026-08-09T07:31:36+00:00

Мартенситные стали с 9% Cr рассматриваются как перспективные конструкционные материалы для теплоэнергетического оборудования, работающего в условиях сверхкритических параметров пара. Их длительная прочность во многом определяется карбидной фазой M₂₃С₆, термическую стабильность которой можно повысить микролегированием бором. В настоящей работе изучено воздействие бора на процессы нуклеации и коалесценции карбидов типа M₂₃С₆в четырех опытных сталях, различающихся концентрациями Co, W, B и N. После стандартной термообработки (закалка + отпуск) образцы подвергали ползучести при 650 °C в течение 16 000 ч. Методами ПЭМ, атомно-зондовой томографии и термодинамического моделирования установлено, что повышение бора до 0,012 мас.% способствует формированию фазы M₂₃(С,В)₆, которая характеризуется на 20% меньшим средним размером и в 1,5 раза большей плотностью на границах мартенситных реек по сравнению с карбидами M₂₃С₆ в низко бор-содержащих сталях. Межфазная энергия на границе M₂₃(С,В)₆/феррит снижается до 0,12 Дж/м², что указывает на когерентный характер сопряжения. Однако, несмотря на значительное различие в межфазной энергии, скорость коалесценции частиц M₂₃(С,В)₆ оказывается сравнимой с таковой для обычных карбидов M₂₃С₆из-за сегрегации Ni и Mn по границам частиц. Для полного использования положительного эффекта бора необходимо двукратное снижение суммарного содержания никеля и марганца.

Свойства композита из ультрамелкозернистой титановой матрицы и непрерывного борного волокна

2026-08-09T07:39:46+00:00

В данной работе представлена ультрамелкозернистая структура фольги из сплава Ti-Al-V. Эта структура была сформирована в результате комбинированной обработки, включающей многократную ковку с изменяющимися осями деформации заготовки при постепенном охлаждении от 800 до 650 °C и последующую изотермическую прокатку при 550 °C. На основе анализа температурных и скоростных условий сверхпластичности сплава Ti-Al-V в ультрамелкозернистом состоянии методом вакуумного прессования при 650 °C был получен многослойный металломатричный композит. Композит состоит из чередующихся слоев титановой фольги толщиной 0,2 мм и непрерывного высокопрочного борного волокна диаметром 140 мкм. Режим сверхпластичности при прессовании обеспечил равномерное заполнение матричного материала между волокнами и высококачественное сцепление слоев фольги в полученном композите. Механические и динамические свойства полученного металломатричного композита были изучены при комнатной температуре при трехточечном изгибе. Фрактографический анализ разрушений образцов после испытаний показал, что достигнутое увеличение прочности и ударной вязкости обусловлено формированием однородного ультрамелкозернистого состояния в матричном материале и высокой прочностью волокон, которые перераспределяют напряжения и изменяют траекторию трещины.

Исследование сталей 20Х13 и 09Г2С после низкотемпературного ионного азотирования

2026-08-28T18:29:32+00:00

Ионное азотирование представляет собой одну из наиболее эффективных технологий химико-термической обработки, позволяющих значительно улучшить эксплуатационные характеристики сталей. В условиях современного производства, где требования к прочности и износостойкости материалов постоянно растут, проблема оптимизации режимов ионного азотирования становится особенно актуальной. Исследовано влияние обработки сталей 20Х13 и 09Г2С в диапазоне 450–550 °C при выдержке 4–12 ч, давлении 300 Па и составе газовой смеси 90% N₂ + 10% Ar с использованием эффекта полого катода (ЭПК) и без него. Оценены микротвердость поверхности, глубина азотированного слоя и микроструктура. Максимальные показатели получены при 450 °C, выдержке 12 ч и применении ЭПК. Для стали 20Х13 микротвердость поверхности достигла 1305 HV50 при глубине слоя 180 мкм, для стали 09Г2С – 960 HV50 при глубине 120 мкм. Азотированные слои имели плавный переход к основному металлу и выраженный диффузионный слой. Применение ЭПК повысило микротвердость поверхности примерно на 36 и 24%, а глубину слоя – на 80 и 71% соответственно.

Влияние спекающих добавок на микроструктуру и функциональные свойства сцинтилляционной керамики сложного состава

2026-07-01T09:12:42+00:00

С использованием различных спекающих добавок (B₂O₃, SiO₂, ZrO₂) в различных режимах спекания были получены сцинтилляционные керамики на основе соединения со структурой граната состава (Gd,Y)₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce (GYAGG:Ce). Были исследованы их микроструктура, оптические и функциональные свойства. Показано, что внесение добавок оказывает влияние в первую очередь на особенности микроструктуры керамики и, соответственно, на её оптические свойства, в ряде случаев слабо затрагивая или не затрагивая вовсе их функциональные свойства. Так спекание в атмосфере кислорода при 1700 °С с добавлением 0,01 масс.% B₂O₃ или SiO₂ в качестве спекающих добавок позволяет снижать остаточную пористость в структуре керамики до менее 0,01 об.%, что в свою очередь повышает оптическую прозрачность до 60%. При этом при внесении добавки на основе SiO₂ происходит определённое повышение световыхода сцинтилляции с 35 до 45 фотонов/кэВ и замедление кинетики высвечивания люминесценции с 57 до 74 нс. Это позволяет сделать вывод о возможности использования спекающих добавок в качестве эффективного приёма улучшения равномерности микроструктуры и повышения оптической прозрачности керамики на основе сложных оксидных соединений GYAGG, что принципиально важно для ряда областей применения, в частности, в качестве сцинтилляционных элементов детекторов в досмотровой технике и медицинских рентгеновских сканерах.

Исследование полупроводникового ИК-фотодиода в ближнем ИК-диапазоне

2026-06-03T06:27:29+00:00

Фотодиоды являются одними из наиболее востребованных полупроводниковых приборов, находящих широкое применение в самых различных областях науки и техники. Их популярность обусловлена высокой чувствительностью к электромагнитному излучению в видимом, ультрафиолетовом и инфракрасном диапазонах спектра, что позволяет использовать их для решения широкого круга задач - от регистрации световых сигналов до сложных оптических измерений и систем передачи информации. Особенно актуальным и перспективным направлением применения фотодиодов является современная оптоэлектроника, где они служат ключевыми элементами в устройствах оптической связи, датчиках, системах видеонаблюдения, медицинской технике и многих других инновационных разработках.

В представленной статье уделяется особое внимание исследованию характеристик полупроводникового инфракрасного (ИК) фотодиода, разработанного и изготовленного на базе предприятия АО "НИИПП". В статье детально рассмотрены физические принципы работы прибора, его конструктивные особенности и технологические аспекты производства. Проведен комплексный анализ основных эксплуатационных параметров, определяющих эффективность функционирования фотодиода в инфракрасном диапазоне, включая спектральную чувствительность, темновой ток, быстродействие и шумовые характеристики. Особое внимание уделено вопросам оптимизации этих параметров для повышения надежности и расширения областей применения прибора.

Структура покрытия Ti-Si-B, синтезированного вакуумно-дуговым плазменно-ассистированным методом на твердотельной подложке

2026-05-21T10:28:55+00:00

Проведен анализ тройной диаграммы состояния системы Ti-Si-B и выявлена принципиальная возможность образования двух трехкомпонентных соединений состава (Ti₅Si₃(B), Ti₆Si₂B). Продемонстрирована возможность формирования вакуумно-дуговым методом с плазменным ассистированием наноструктурированных (размер кристаллитов 2,5-3,5 нм) многоэлементных (Ti-Si-B) покрытий сложного фазового состава. Для генерации потока металлической плазмы использован дуговой испаритель с цилиндрическим многокомпонентным катодом, представляющим собой соединение титана, кремния и бора в равных пропорциях, а также источник газовой плазмы (аргон) с накаленным и полым катодом «ПИНК».

Ускоренный массоперенос при интенсивной пластической деформации и ионной имплантации

2026-08-31T06:11:25+00:00

При интенсивной пластической деформации (ИПД) часто наблюдаются фазовые превращения, которые сопровождаются ускоренным массопереносом. В сплавах алюминия, меди и титана при ИПД наблюдалось равновесие между образованием и распадом пересыщенного твердого раствора. При этом происходит ускоренный массоперенос атомов матрицы и растворенного компонента. Были проведены оценки эффективного коэффициента диффузии для такого массопереноса, вызванного ИПД. Обнаружено, что эффективный коэффициент диффузии D_eq при ИПД на 8-12 порядков величины превышает значения коэффициента объёмной термической диффузии D_v при температуре ИПД эксперимента (обычно это 300 К). Это связано, по всей видимости, с высоким содержанием дефектов решётки в стационарном состоянии, возникающим при ИПД. Таким образом, величина D_eq, наблюдаемая в ходе ИПД при T_SPD = 300 К сравнима с величиной D_v при некоторой эффективной температуре T_eff, намного превышающей температуру ИПД эксперимента T_SPD.

Недавно нами была разработана установка для низкоэнергетической сильноточной ионной имплантации в ускорителе с Холловским током. Она, в частности, позволяет проводить имплантацию ионов кислорода и азота с плотностью ионного тока на несколько порядков выше, чем в стандартных методах ионной имплантации. В результате, например, глубина проникновения ионов кислорода в титан при энергии 1 кВ в нашем случае вместо стандартных 20 нанометров составляет около 20 микрометров. По нашему мнению, существует определённое сходство между деформационно-стимулированным и ионно-стимулированным массопереносом в сильно неравновесных условиях.

Эволюция поверхности и коррозионные характеристики термообработанного на воздухе биосовместимого сплава на основе TiNi

2026-09-27T18:07:10+00:00

Для изделий из никелида титана, предназначенных для медицинского применения, устойчивость поверхности в физиологической среде является одним из ключевых факторов, определяющих долговременную работоспособность материала. Даже при наличии естественного пассивного слоя сплавы TiNi могут подвергаться коррозионной деградации, сопровождающейся изменением состояния поверхности и риском выхода ионов никеля. В связи с этим актуальной задачей является подбор режимов поверхностной обработки, позволяющих снизить коррозионную активность материала без применения сложных или многостадийных технологий. В работе исследовано влияние термической обработки на воздухе при 300–500 ℃ в течение 60 мин на морфологию, элементный состав, шероховатость и коррозионное поведение литого сплава Ti49,8Ni50,2. Поверхность образцов изучали методами растровой электронной микроскопии, энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и атомно-силовой микроскопии. Коррозионное поведение оценивали методом вольтамперометрии с линейной разверткой в 0,9% растворе NaCl. Показано, что обработка при 300–400 ℃ снижает скорость коррозии до 0,08–0,12×10−3 мм/год. Наиболее эффективным оказался режим 350 ℃, при котором скорость коррозии уменьшалась примерно в 31 раз по сравнению с исходным образцом. Повышение температуры до 450–500 ℃ приводило к обратному эффекту вследствие резкого развития поверхностного рельефа. Полученные корреляции создают основу для понимания термоиндуцированных поверхностных преобразований в TiNi и выбора контролируемых режимов воздушного окисления, направленных на формирование коррозионно-стойкого состояния поверхности, имеющего значение для медицинского применения сплавов на основе никелида титана.

Исследование переходных процессов при воздействии импульсным током высокой плотности на металлические образцы из меди и алюминия для стимулирования электропластической деформации

2026-09-27T18:42:16+00:00

Работа посвящена вопросам исследования переходных процессов при воздействии импульсным током высокой плотности на металлические образцы из меди и алюминия для стимулирования электропластической деформации (ЭПД). Эти процессы напрямую связаны с электропластическим эффектом, который проявляется в снижении сопротивления металла пластической деформации и увеличении его пластичности при пропускании импульсов тока высокой плотности в условиях механического нагружения выше предела текучести. Поскольку медь и алюминий используются в массовом производстве проводов, выбор оптимальных параметров при стимулировании ЭПД этих металлов является особенно важной задачей. Разработана математическая модель, включающая последовательное решение трёх связанных задач: электромагнитной, тепловой и механической. Представлена пошаговая реализация модели в пакете программ MatLab. Используя геометрические параметры образцов в виде медной и алюминиевой проволок, их физические свойства и параметры импульса тока, был составлен окончательный код компьютерной модели в MatLab. В результате моделирования получили графики средней температуры проволочных образцов, напряжения по Мизесу, деформации проволоки и плотности тока. На основании проведённого исследования предложены практические рекомендации для стимулирования ЭПД, сводящиеся к оптимальному выбору параметров, необходимости контроля температуры и снижения плотности тока или частоты при превышении температуры 400 К.

Изучение свойств алюмосиликатных огнеупоров при добавлении в их состав цинксодержащих компонентов

2026-09-27T19:03:19+00:00

Вопрос повышения термостойкости огнеупоров считается актуальным, в виду постоянного усложнения процессов производства, технологий плавки и обработки металлов. Термостойкостью называют способность огнеупоров противостоять, не разрушаясь, резким колебаниям температур в течение их эксплуатации. Из практики эксплуатации металлургических агрегатов, примерно, треть огнеупоров разрушаются из-за недостаточной термостойкости при температурах гораздо ниже их огнеупорности. Для повышения термостойкости зачастую применяют 2 метода. Первый метод основан на образовании специальной пористой структуры (микротрещеноватой), второй – за счет введения добавок углерода или карбида кремния, тем самым увеличивая теплопроводность огнеупора. В алюмосиликатных огнеупорах обычно фаза муллита является второй фазой, которая увеличивает термостойкость, однако реакция муллитообразования всегда протекает с выделением свободного кремнезема и образованием термодинамически неустойчивой стеклофазы, которая понижает физико-химические свойства. В данной работе исследуется возможность получения термостойкой структуры на основе муллитокорундовых огнеупоров с добавлением в них оксида и дигидрофосфата цинка, которые образуют шпинелеподобные фазы – алюминат цинка (ZnAl₂O₄) и силикат цинка (Zn₂SiO₄). В заключение сделан вывод о возможности разработки составов шихты алюмосиликатных огнеупоров с добавками цинксодержащих компонентов.

Исследование электрофизических свойств композиционного материала на основе АБС-пластика и функционализированных углеродных нанотрубок для 3Д-печати биполярных пластин

2026-09-18T08:29:54+00:00

Разработан и изготовлен электропроводящий филамент на основе акрилонитрил-бутадиен-стирола (АБС) и функционализированных одностенных углеродных нанотрубок (ОУНТ) марки Tuball. Функционализацию ОУНТ проводили кислотной обработкой в смеси HNO₃/HCl. Методом послойного наплавления (FDM) изготовлен лабораторный образец биполярной пластины (БПП) с газораспределительными каналами. Электропроводность образцов с концентрацией ОУНТ 1,5 вес.%, отпечатанных при оптимальной температуре 250 °C, достигла 1,1 × 10⁻³ См/см. Обсуждается возможность применения разработанного композита для изготовления прототипов БПП маломощных электрохимических устройств.

Особенности проявления флексомагнитоэлектрического эффекта в (210)-ориентированных пленках ферритов-гранатов

2026-09-29T18:46:59+00:00

В представленной работе теоретически с помощью численных расчетов исследуется влияние электрического поля на структуру и свойства 180° доменных границ (т.е. флексомагнитоэлектрический эффект) в (210)-ориентированной пленке ферритов-гранатов при наличии в ней неоднородного магнитоэлектрического взаимодействия. Актуальность рассматриваемой темы обусловлена возможностью бестокового управления микромагнитными структурами в магнитных материалах с помощью электрического поля, что важно для создания энергоэффективных спинтронных устройств нового поколения. Рассмотрены возможные трансформации структуры 180° доменных границ при изменении параметров пленки с учетом вклада комбинированной анизотропии (одноосной, ромбической, и кубической). Показано, что в некоторых случаях имеет место скачкообразное изменение ориентации намагниченности, т.е. происходит спин-переориентационный фазовый переход первого рода в рассматриваемой системе. Такой переход сопровождается изменением знака интегральной поляризации: ее абсолютная величина достигает максимума при приближении к критической точке с обеих сторон, после чего скачком меняет знак. Полученные результаты являются новыми и расширяют наши представления на физику фазовых переходов в магнитоэлектрических материалах и указывают на возможность управления зарядовым состоянием доменных границ электрическим полем.

Эволюция структуры и механических свойств сплавов системы Al-Mg-Si, легированных переходными и редкоземельными металлами с последующим КВД

2026-09-29T19:01:38+00:00

Сплавы системы Al-Mg-Si являются одними из наиболее востребованных деформируемых алюминиевых сплавов в авиакосмической, автомобильной и строительной промышленности благодаря оптимальному сочетанию удельной прочности, технологичности и коррозионной стойкости. Однако возможности повышения их прочности за счет традиционной термической обработки практически исчерпаны. Перспективным направлением является комплексное легирование переходными и редкоземельными металлами в сочетании с кручением под высоким давлением (КВД). В настоящей работе исследовано влияние совместного легирования Cu, Ti, Mn, Sc и Hf на эволюцию структуры и комплекс механических свойств модельных сплавов системы Al-Mg-Si после КВД. Методами просвечивающей электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа установлено, что введение Sc и Hf в сочетании с КВД обеспечивает наиболее интенсивное динамическое измельчение зерна. Механические испытания показали рост предела прочности в 2 раза – с 278 до 720 МПа – при снижении пластичности до 2%. Показано, что синергетический эффект легирования Sc и Hf с последующим КВД позволяет достичь рекордных для данной системы значений прочности.