Preview

Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsional’nye pokrytiya

Расширенный поиск

Научное периодическое издание «Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия» было создано в 2007 г. по инициативе научной общественности как единственный в России журнал по специальности 05.16.06 «Порошковая металлургия и композиционные материалы».

В его редакционную коллегию входят ведущие ученые в области порошковой металлургии, инженерии поверхности, наноматериалов и нанотехнологий . Журнал ориентирован на широкий круг читателей (металлургов, материаловедов, физиков, химиков) и публикует научные статьи работников вузов, РАН, отраслевых институтов и компаний России, стран СНГ, зарубежных авторов, посвященные следующим  аспектам теории и научно-обоснованной практики  в области порошковой металлургии и инженерии поверхности:

–  Процессы получения и свойства порошков;

–  Теория и процессы формования и спекания порошковых материалов;

–  Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС);

–  Тугоплавкие, керамические и композиционные материалы;

–  Пористые материалы и биоматериалы;

–  Материалы и покрытия, получаемые методами аддитивных технологий;

–  Модифицирование поверхности, в том числе пучками заряженных частиц, потоками фотонов и плазмы;

–  Наноструктурированные материалы и функциональные покрытия;

–  Применение порошковых материалов и функциональных покрытий.

Значительный объем публикуемых в журнале статей относится к критическим технологиям (нанотехнологии и наноматериалы, технологии создания и обработки композиционных и керамических материалов, технологии создания биосовместимых материалов) приоритетного направления «Индустрия наносистем и материалы».

Журнал входит  в перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата  или  доктора наук.

Журнал издается в бумажном и электронном вариантах. Печатный вариант распространяется по подписке:

    – подписной индекс 80752 в каталоге АО «Роспечать»;

    – подписной индекс 44337 в каталоге АПР.

Электронный журнал распространяется по  подписке на сайте http://www.kalvis.ru/. Там же  доступны отдельные статьи журналов (услуга платная).

С 2013 г. опубликованным в журнале статьям присваивается  DOI.

Журнал индексируется в различных базах данных. Журнал включен в базу данных Russian
Science Citation Index на платформе Web of Science"

Двухлетний импакт-фактор РИНЦ (2017) - 0,408

● с учетом цитирования из всех источников - 0,632

● с учетом переводной версии - 0,408

● без самоцитирования - 0,329

Пятилетний импакт-фактор РИНЦ (2017) - 0,405

Лучшие статьи переводятся на английский язык и публикуются в журнале «Russian Journal of Non-Ferrous Metals» (RJNFM)  (издается американским издательством Allerton Press, Inc.) –  ISSN: 1067-8212 (Print), 1934-970X (Online). Электронный вариант RJNFM с 2007 г. размещается на платформе издательства Springer по адресу http://link.springer.com/journal/11981.

 

Текущий выпуск

Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
№ 4 (2019)
Скачать выпуск PDF

Теория и процессы формования и спекания порошковых материалов

4-13 55
Аннотация

Кольца подшипников качения представляют собой большой резерв для расширения объемов производства продукции порошковой металлургии. В настоящее время этот  резерв реализован не в полной мере. Горячая штамповка пористых заготовок обеспечивает возможность получения высокоплотных материалов для изготовления тяжелонагруженных изделий, в частности колец подшипников качения. Проблема изготовления горячештампованных колец подшипников связана с присутствием большого количества примесей в исходных порошках, а так же наличием остаточных тупиковых пор и микротрещин в поверхностном слое деталей, что обусловлено подстуживанием нагретой пористой заготовки при выполнении технологических операций горячей допрессовки. Рассмотрена возможность повышения механических свойств и контактной выносливости горячедеформированных сталей эвтектоидного состава, полученных на основе хромомолибденового железного порошка, а так же нелегированных железных порошков с различным содержанием примесей, за счет  микролегирования натрием. Натрий вводили в виде бикарбоната. С целью снижения вероятности окисления нагретой пористой заготовки при горячей штамповке (ГШ) использовали предложенный ранее способ получения высокоплотного порошкового хромсодержащего материала на основе железа. Способ предусматривает получение холоднопрессованных заготовок с пористостью 10–12 %, их спекание в вакуумной печи и последующую ГШ. Для определения механических свойств и проведения структурного анализа получали призматические образцы размером 10×10×55 мм. Контактную выносливость исследовали с применением цилиндрических образцов ∅ 26×6 мм.  Испытанияпроводилипутемобкаткиплоскихповерхностей цилиндрических образцов шариками. Введение микродобавок Na позволяет существенно повысить контактную долговечность порошковых сталей по сравнению с нелегированными образцами, а так же по отношению к образцам-свидетелям из термообработанной стали ШХ15, что обусловлено уменьшением размера зерна аустенита, повышением качества межчастичного сращивания и снижением величины поверхностной пористости. Углеродистые порошковые стали, содержащие оптимальное количество микродобавки натрия (0,2  мас.%), могут быть использованы при изготовлении конструкционных изделий, работающих в условиях воздействия контактных нагрузок.

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС)

14-20 54
Аннотация

Известно, что материалы на основе MAX-фаз обладают большим потенциалом для  использования в аэрокосмической, автомобильной и  индустриальной  сферах,  поскольку имеют уникальное сочетание  особенностей  как  металлов, так и керамики с  высокими механическими, химическими, тепловыми и электрическими свойствами. В настоящей работе  представлены  экспериментальные  результаты получения методом  СВС-металлургии литых  материалов в системе Cr–Al–C с различным соотношением меж ду MAX-фазой Cr2AlC, карбидами и алюминидами хрома. Опыты  проводили в СВС-реакторе объемом 3 л при  начальном давлении инертного газа (аргона) 5 МПа. Процесс синтеза осуществляли на основе химически сопряженных реакций: слабо экзотермической (акцептор тепла) – Cr2O3/3Al/C и сильно экзотермической (донора тепла) – 3CaO2/2Al.  Полученные экспериментальные  результаты имеют хорошую корреляцию с предварительно проведенными термодинамическими расчетами. Показано, что,  варьируя состав исходных смесей,  можно существенным образом  влиять на расчетные и экспериментальные параметры синтеза, а так же на фазовый состав и микроструктуру конечных   продуктов. Установлены оптимальные условия синтеза материала,  обеспечивающие максимальный выход  MAX-фазы  Cr2AlC  в составе  слитка. Определяющим фактором, влияющим на  содержание Cr2AlC в конечном продукте, является время существования жидкой фазы в условиях синтеза. Показано, что максимальное содержание MA X-фазы Cr2AlC и выход целевого продукта достигаются при 30 %-ном содержании сильно экзотермической добавки (3CaO2/2Al) в исходной шихте.

21-29 50
Аннотация

Исследовалась возможность проведения СВС для  состава (мас.%) 81,5Ti + 18,5B на воздухе с последующим прессованием продуктов горения в открытой стальной матрице, стенки которой ограничивают их радиальное течение, в условиях жесткого теплоотвода без использования промежуточной сыпучей среды теплоизолятора. Проведена оптимизация режимов  подготовки реакционных порошковых смесей  к синтезу. Для исходных порошков и реакционных смесей определены такие технологические характеристики, как  насыпная плотность, уплотняемость, упругое последействие,  оценивалась прочность прессовок. Показано, что в условиях интенсивного газоотделения при горении существует взаимосвязь между прочностью шихтовых  прессовок, скоростью горения и изменением их объема после сгорания на воздухе. Установлена оптимальная плотность шихтовых  прессовок, равная 0,75, соответствующая максимальной скорости горения без выбросов  шихты при минимальном изменении объема. В результате проведенной оптимизации показана возможность эффективного и безопасного проведения процесса синтеза без использования промежуточной сыпучей среды теплоизолятора. В условиях СВС-компактирования в открытой стальной матрице получены твердосплавные пластины диаметром 60 мм и толщиной 11 мм.  Структура полученного твердого сплава является уникальной с пористостью менее 0,5  % и состоит из диборида титана (~ 60 мас.%) и связующей фазы на основе титана (~ 40 мас. %). Такую структуру, полученную вследствие ускоренного охлаждения, можно определить как неравновесную, поскольку в соответствии с диаграммой состояния Ti–B основной фазой для исследуемого состава должен быть моноборид титана (TiB). Микротвердость изготовленного твердого сплава составляет HV = 18000 МПа.

Тугоплавкие, керамические и композиционные материалы

30-37 135
Аннотация

Приводятся результаты получения и исследования структуры и свойств керметов на основе порошков оксида алюминия и никель-алюминиевого сплава с добавкой 0,1 мас.% наночастиц алюмомагниевой шпинели, спеченных электроискровым методом на установке FCT-HP D 25 в среде аргона при температуре t = 1470 °С в течение 30 мин. Представлены результаты ТГ- и ДСК-анализа шихты NiAl–65Al2O3 при температурах до 1300°С. Установлено, что шпинель MgAl2O4 в виде отдельных наночастиц (60 нм) или агрегатов (менее 700  нм) присутствует по границам зерен композита. Для описания механизмов деградации прочностных свойств разрабатываемых материалов были  проведены исследования внутреннего трения при t = 20÷900 °С и высокотемпературный рентгенофазовый анализ при t = 700,  800  и 900  °С. Показано влияние наночастиц на внутреннее трение композита в интервале Δt = 20÷900 °С в системе NiAl–65Al2O3–0,1MgAl2O4. Обсуж дены возможные механизмы деградации прочностных свойств керметов при повышении температуры. Выдвинуто предположение  о том, что появление при  высоких температурах экстремумов на кривых  внутреннего трения может быть  вызвано смещением границ фаз интерметаллидов и оксидной составляющей из-за разных коэффициентов термического расширения (КТР). Обнаружено положительное влияние добавок наночастиц шпинели на  кратковременную жаропрочность керметов при t = 750°С. Исследование кратковременной жаропрочности при t = 750°С показало, что образец с наночастицами более стабилен, чем  немодифицированный образец, что,  согласно теории Образцова–Лурье–Белова и ряду  проведенных на металлических матрицах исследований, можно связать с влиянием сформировавшихся межфазных зон упрочнения вокруг наночастиц.

38-43 62
Аннотация

Представлены результаты исследований по возможности получения композиционных материалов Pr2Fe14B/α-Fe методом окисления сплава Pr–Fe–B в струйной мельнице с псевдоожиженным слоем. Показано, что для  редкоземельных магнитотвердых материалов (МТМ) использование стандартной технологии порошковой металлургии, дополненной методом окисления сплава Pr–Fe–B в струйной мельнице с псевдоожиженным слоем, позволяет получать композиты Pr2Fe14B/α-Fe с высокими магнитными характеристиками. Установлено, что при получении мелкодисперсных порошков по предложенной  технологии в среде аргона, содержащей до  0,2  об.% кислорода, происходит рост остаточной магнитной индукции (Br) при незначительном падении коэрцитивной силы ( jHc). Данный эффект вызывает увеличение максимального энергетического произведения (BH)max на 5 %. При дальнейшем повышении концентрации кислорода происходит практически полное окисление высокопразеодимовой фазы PrxFe, которое приводит к резкому падению коэрцитивной силы  и, как следствие, снижению (BH)max. Образующиеся в результате окисления магнитного материала частицы фазы α-Fe формируются на границах меж ду зернами фазы Pr2Fe14B. При этом наивысшие магнитные характеристики реализуются в том случае, когда частицы α-Fe отделены от зерен основной магнитной фазы тонкими прослойками немагнитных фаз, что и позволяет поддерживать высокий уровень jHc у спеченных образцов МТМ. При этом оптимальная толщина слоев α-Fe составляет 0,2–0,3 мкм.  На образцах, полученных при  содержании кислорода 0,3  об.%, толщина слоев α-Fe оказалась значительно больше (от 0,8 до 1,1 мкм),  что привело к снижению коэрцитивной силы  образцов почти на 10 %, а остальных магнитных параметров (Br , (BH)max)  – на 3–7 %. Таким образом, регулируя содержание кислорода в рабочей среде струйной  мельницы, можно изменять толщину прослойки образующейся фазы α-Fe в композиционном материале Pr2Fe14B/ α-Fe и контролировать его магнитные параметры.

Наноструктурированные материалы и функциональные покрытия

44-54 41
Аннотация

Обоснованы актуальность и  эффективность  применения силикатсодержащего  неорганического покрытия в  качестве электроизолирующего при  производстве магнитно-мягких композиционных материалов (ММКМ) из  порошков железа. Показано влияние концентрации силиката натрия (Na2O–SiO2) в водном растворе на  кинетику  формирования диэлектрического покрытия на железных порошках разных марок, а так же на прирост их массы, среднюю толщину покрытия, физические и технологические характеристики. Экспериментально установлено, что  влияние морфологии частиц порошков железа и коэффициента поверхностного натяжения на границе жидкой и твердой фаз на толщину покрытия можно оценить косвенно по показателям смачиваемости, в частности по краевому углу. Рассмотрены особенности структурообразования  межслойных границ ММКМ. Элементное картирование с использованием энергодисперсионного микроанализатора показывает, что после прессования образцов при давлении 600  МПа и последующего нагрева в интервале 400–600°С изменяется толщина покрытия и протекает частичное перераспределения кремния в диэлектрическом слое. Это  обусловлено тем, что кремний, отличающийся более высоким сродством к кислороду, чем железо, активно реагирует  с адсорбированным на поверхности частиц железа кислородом и (или)  восстанавливает оксиды железа, образуя диоксид SiO2  в виде плотной пленки, которая, с одной стороны, защищает частицы железа от окисления, а с другой – в зоне контакта частиц железа образует диэлектрический слой, влияющий на удельные магнитные потери. Установлено, что отличительной особенностью уплотнения порошков железа с покрытием является преобладание структурной деформации при прессовании, поскольку покрытие снижает внутренний коэффициент трения. Показано, что по своим магнитным  характеристикам разработанный ММКМ отвечает современным требованиям, предъявляемым к магнитно-мягким композиционным материалам.

55-67 78
Аннотация

Исследованы особенности морфологических и структурных характеристик частиц нанопорошков, полученных измельчением массивного природного алмаза и путем детонационного синтеза. Методами высокоразрешающей просвечивающей и растровой электронной микроскопии, малоуглового рентгеновского рассеяния показано, что в отличие от нанопорошка детонационного синтеза, состоящего из  близких по размеру и изометрических  первичных частиц, частицы природного нанопорошка, полученные измельчением, имеют более широкий разброс  по размерам и преимущественно пластинчатую форму. Рентгеноструктурным фазовым анализом и спектроскопией комбинационного рассеяния, использованными в дополнение к вышеупомянутым методам,  установлено, что структура частиц наноалмаза,  полученного из  природного алмаза, аналогична строению наноалмаза детонационного синтеза. Каждая частица природного нанопорошка, так же как и наноалмаз детонационного синтеза, состоит из алмазного ядра, имеющего кристаллическую решетку, относящуюся к кубической сингонии, и оболочки, содержащей в основном неалмазные формы углерода с sp2-гибридизацией, имеющие сложную структуру. Данные по оценке среднего размера частиц нанопорошков из природного алмаза и детонационного синтеза тремя методами, включая метод БЭТ, показали удовлетворительно согласующиеся между собой результаты. При этом средний размер  наночастиц порошка природного происхождения близок к 24  нм,  а наноалмазов детонационного синтеза марки УДА-С-ГО производства ФНПЦ «Алтай» – к 5,6 нм. Экспериментально выявлено незначительное увеличение межатомных расстояний в нанокристаллах алмаза по сравнению с массивным кристаллом алмаза. Изучением и анализом большого количества изображений нанокристаллов алмазов природного происхождения и детонационного синтеза, полученных высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопией, определено, что наиболее часто встречающимися дефектами в наноалмазах являются дислокации и точечные дефекты.

68-77 75
Аннотация

Проведены сравнительные исследования структурных характеристик и функциональных свойств покрытий Ti–Al–Mo–N и Ti–Al–Mo–Ni–N,  полученных методом ионно-плазменного вакуумно-дугового осаж дения, с целью изучения влияния наноструктурирующей добавки никеля. Покрытия характеризовались слоистой архитектурой с чередованием слоев нитридов  титана и молибдена. Концентрация молибдена составляла порядка 22 ат.%, никеля – 7 ат.%, что отвечает оптимальным количествам для наилучших прочностных и трибологических свойств. Показано, что при введении никеля происходит снижение периода модуляции покрытия с 60 до 30 нм с одновременным повышением твердости с 37 до 45 ГПа. При этом увеличивается вязкость разрушения покрытий, о которой судили по относительной работе пластического деформирования и параметрам H/E, H 3/E 2. Добавка пластичного никеля в структуру твердого нитридного покрытия способствовала уменьшению уровня сжимающих макронапряжений в материале от –2,25 до –0,58 ГПа, что, однако, не приводило к снижению твердости и трещиностойкости, как было  показано в ходе  испытаний по измерительному царапанию. Сделан вывод о том,  что фактором, определяющим физико-механические характеристики покрытия, является не  макронапряженное состояние, а измельчение зеренной структуры материала покрытия. Введение никеля положительно сказывается на жаростойкости покрытия, которое успешно защищает материал подложки от окисления при  температурах до  700°C, что может быть  обусловлено вероятностью образования Ni-содержащих оксидов NiMoO4 и NiTiO3 на поверхности. При этом их появление, разрушение и действие в качестве абразивных частиц могут быть причиной изменения механизма изнашивания при трении в условиях высоких температур.

Хроника

 
78 51
Аннотация

11 декабря 2019 г. исполнилось 85 лет профессору, доктору технических наук Сукясу Семеновичу Орданьяну – одному из крупнейших специалистов в России в области керамических материалов.