Методом механохимического синтеза получены наноразмерные порошки кобальтовой феррошпинели со средним размером частиц в интервале 3–15 нм. Элементный состав нанопорошков, исследованный методом рентгеновского флуоресцентного анализа, нестехиометрический и соответствует формуле Co_0,7±0,05Fe_2,3±0,05O₄. При времени механохимического синтеза 25 мин и выше содержание шпинельной фазы достигает 90 об. %, в образцах также присутствуют фазы гематита, бета-модификации гидроксида железа и рентгеноаморфной фазы. В результате естественного старения при комнатной температуре фазовый состав нанопорошков существенно меняется: увеличивается содержание шпинельной фазы, а гематита и аморфной фазы уменьшается в несколько раз. Также заметно возрастают намагниченность насыщения и эффективное поле анизотропии нанопорошков кобальтовой феррошпинели. Таким образом, термостимулированное старение порошков существенно ускоряет процессы изменения фазового состава, структурных параметров и магнитных свойств и увеличивает степень превращения при образовании феррошпинели кобальта.

В работе исследованы закономерности воспламенения и теплового взрыва механически активированных смесей (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta) + 5C. Их готовили в 2 этапа – вначале проводили механическую активацию смесей порошков металлов для получения композитных частиц Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, затем добавляли углерод и проводили дополнительную активацию. При активации в течение 120 мин при скорости вращения барабанов 347 об/мин формировались твердые растворы на основе входящих в состав металлов и оставались крупные частицы тантала. Из полученных смесей прессовали таблетки, которые нагревали в атмосфере аргона до воспламенения. Процесс воспламенения включает в себя несколько стадий. На первой стадии происходит инертный нагрев. При t = 420÷450 ºC начинается прогрессивный разогрев образца до температур 750–770 °C, при которых происходит фазовый переход, сопровождающийся эндотермическим эффектом. После фазового перехода температура резко повышается, и происходит тепловой взрыв, в результате чего формируются сложные карбиды и остается непрореагировавший тантал. Активированная смесь и высокоэнтропийный твердый раствор (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta) C₅ нестабильны, и при нагреве выше 1300 °C из них выделяются карбиды. При этом изменяется состав твердого раствора (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta)C₅. С использованием последнего для разбавления активированной смеси на 25 % и 50 % для реакции (Ti, Zr, Hf, Nb, Ta) + 5C в интервале температур 1100–1580 °C была определена эффективная энергия активации E_а = 34 кДж/моль.

Исследованы аспекты формирования структуры дисперсно-армированного металлического композиционного материала (МКМ) на основе алюминиевого сплава в зависимости от различных режимов деформационно-термической обработки. Замена традиционных конструкционных материалов на МКМ позволит производителям перейти на качественно более высокий технический уровень. Подбор состава, изменение соотношения исходных компонентов и применение различных методов изготовления МКМ позволяют направленно регулировать прочность, жесткость, диапазон рабочих температур и другие физико-механические характеристики материала. Существуют две наиболее распространенные технологии получения дисперсно-армированных МКМ на основе алюминиевых сплавов – жидкофазная и порошковая. Первая предполагает размешивание армирующего компонента в расплаве матричного сплава с последующей кристаллизацией, которая обеспечивает распределение и фиксацию армирующих частиц в объеме матрицы, а вторая представляет собой совместную обработку порошков исходных компонентов в высокоэнергетических мельницах с последующим объединением полученных композиционных гранул методами обработки давлением. Основной целью деформационно-термической обработки является получение заготовок с формой, максимально приближенной к геометрии конечных изделий, а также изменение структуры деформируемого материала, приводящее к повышению уровня прочностных свойств. В работе с использованием порошковой технологии были изготовлены образцы монолитного композиционного материала, исследована их структура и проведены испытания с целью определения плотности и прочностных характеристик МКМ при комнатной температуре. В результате получены дисперсно-армированные МКМ на основе алюминиевого сплава с однородной структурой, плотностью более 99,0 % от теоретической и повышенными механическими свойствами: σ_в = 300÷305 МПа и Е = 87÷95 ГПа.

Исследовано влияние добавки La₂O₃ на окисление керамики состава, об. %: 80ZrB₂–20SiC. В качестве исходных материалов использовали диборид циркония (ООО ДПТП «Вега», Россия), карбид кремния марки 63С (ОАО «Волжский абразивный завод», Россия) и концентрат гидроксида лантана (ОАО «Соликамский магниевый завод», Россия), содержание элементов в котором составляло, мас. %: La – 54,2, Nd – 4,3, Pr – 2,8, остальные – менее 0,1. Содержание La₂O₃­ в шихте варьировалось: 0, 2 и 5 об. %. Смешивание порошков проводили с использованием планетарной мельницы в течение 2 ч в этиловом спирте, соотношение мелющих тел и порошка составляло 3:1. Консолидацию порошков осуществляли методом искрового плазменного спекания при температуре 1700 °С и давлении прессования 30 МПа со скоростью нагрева 50 °С/мин и изотермической выдержкой 5 мин. Окисление проводили на воздухе при температуре 1200 °С, общее время окисления составило 20 ч. Наиболее интенсивное увеличение массы отмечено в течение первых 2–4 ч испытаний. По истечении 20 ч наименьшее увеличение массы наблюдалось у образцов с добавкой 5 об. % La₂O₃. Установлено, что вне зависимости от наличия La₂O₃ карбид кремния первым подвергается окислению. В образцах без добавки La₂O₃ окисленный слой состоит преимущественно из моно- и диоксида кремния, тогда как в образцах с La₂O₃ большую часть окисленного слоя составляют ZrSiO₄ и ZrO₂. Таким образом, установлено, что введение La₂O₃ интенсифицирует процесс формирования циркона, что способствует замедлению процессов окисления.

Проведенные с помощью программного комплекса «TERRA» термодинамические расчеты системы B–Cl–N–H показали, что введение водорода в систему B–Cl резко снижает термодинамическую устойчивость BCl₃ с возможностью образования бора в конденсированной фазе, а добавка аммика, который содержит водород, приводит к образованию нитрида бора в широком интервале температур. Анализ кинетических зависимостей показывает наличие трех областей процесса осаждения нитрида бора: К – кинетическая область (от 1400 К и ниже), Д – диффузионная область (от 1800 К и выше) и П – переходная область. Для кинетической области определена энергия активации процесса E_а = 134 кДж/моль. В диапазоне температур 1023–1123 К получены линейные зависимости. Для расчетов глубины проникновения процесса осаждения нитрида бора в пористое тело было принято, что газовая смесь состоит из трихлорида бора, аммиака и аргона (BCl₃ + NH₃ + 30Ar). Результаты расчетов показали, что реагентом, лимитирующим глубину проникновения, является трихлорид бора. Были определены глубины проникновения процесса химического осаждения нитрида бора из газовой фазы (CVI-BN – chemical vapor infiltration boron nitride) при давлении 0,1 кПа в температурном интервале 1100–1400 К при диаметрах пор 1, 10, 30, 100, 200 и 300 мкм. При наличии результатов порометрии конкретной преформы полученные зависимости глубины проникновения процесса CVI-BN в пористое тело от температуры при определенных условиях позволяют оценить необходимые параметры процессов формирования интерфазы из пиролитического нитрида бора.

Исследованы траектории движения частиц порошка в плазменном потоке, который используется для процессов нанесения функциональных покрытий и получения порошков. Выполнен обзор современных научных исследований, посвященных моделированию рассматриваемых процессов. Цель работы заключалась в определении влияния размера частиц порошка, используемого в качестве сырья, на траекторию движения частиц в плазменном потоке, направленном вертикально вверх. Исследовали три фракции титанового порошка: 1, 50 и 100 мкм, выбранные исходя из производственной практики ведения рассмотренных процессов и результатов гранулометрического состава порошкового материала, использованного в натурном эксперименте, при помощи специализированного оборудования CAMSIZER-XT. В работе продемонстрированно, каким образом размер частиц порошка влияет на угол раскрытия, длину и ширину светящейся фракции плазменного факела, а также удаленность увлеченных плазменным потоком частиц от плазменной головки. Исследование выполнено с помощью компьютерного эксперимента с последующей верификацией путем проведения натурного эксперимента для каждого из рассматриваемых случаев. При этом использовалась лабораторная плазменная установка МАК-10 (ИМЕТ УрО РАН), применяемая для получения порошков и нанесения функциональных покрытий. С целью надежного получения итогов измерений была проведена статистическая обработка результатов натурного эксперимента методом точечных диаграмм размахов и определения их средних значений. Результаты сравнительного анализа итогов натурного и компьютерного экспериментов показали удовлетворительную сходимость. Сравнительный анализ применения трех фракций порошка позволил разработать прак­тические рекомендации по совершенствованию оборудования и технологии ведения рассматриваемых процессов. В статье описана компьютерная модель, позволяющая прогнозировать размеры реактора (камеры приема порошкового материала), рациональную форму составных частей плазменной установки и положение подложки, на которую наносится функциональное покрытие. Представленную модель можно использовать для решения задач, подобных поставленной в рамках данного исследования, с целью управления процессами нанесения покрытий и получения порошка.

Исследовано влияние свойств поверхности и приповерхностного слоя твердого сплава на физико-механические и трибологические характеристики arc-PVD-покрытий Mo–Ti–Ni–Si–Al–N, нанесенных на твердосплавные пластины ВК10 и Т14К8. В обоих случаях покрытия характеризовались примерно одинаковым составом, многослойной архитектурой и нанозеренной структурой с размером кристаллитов 6–10 нм. При этом твердость, модуль упругости и относительная работа пластической деформации покрытий существенно отличались и составляли 27,6 ГПа, 647 ГПа, 38,2 % и 34,2 ГПа, 481 ГПа, 46,2 % соответственно на подложках ВК10 и Т14К8. Одновременно минимальный износ и повышенная адгезионная прочность также были свойственны покрытиям, сформированным на твердом сплаве Т14К8. Обнаруженный эффект объясняется с позиции повышенных значений сжимающих макронапряжений, возникающих в покрытии. Значения данной характеристики для исследованного покрытия имели максимальное значение ~5,2 ГПа при нанесении на твердый сплав Т14К8 против ~3,2 ГПа для покрытия, нанесенного на ВК10. При этом наиболее протяженная диффузионная зона между компонентами подложки и покрытия и связанная с ней структурно-фазовая неоднородность формируются на границе покрытие–подложка при нанесении на подложку Т14К8.

Покрытия Ta–Zr–Si–B–C осаждались методом магнетронного распыления (МР) многокомпонентной мишени TaSi₂–Ta₃B₄–(Ta, Zr)B₂ в среде Ar + C₂H₄. Покрытия на основе TaC–Fe–Cr–Mo–Ni были получены путем электроискрового легирования (ЭИЛ) с использованием электрода TaC–Cr–Mo–Ni. Состав и структура покрытий исследовались с помощью сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионной спектроскопии, оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда и рентгенофазового анализа. Механические характеристики определялись методом наноиндентирования. Трибологические свойства исследовались на машине трения в режиме возвратно-поступательного движения. Выявлено, что покрытия обладают однородной бездефектной структурой и основной структурной составляющей является ГЦК-фаза TaC. Ее концентрация в МР-покрытии на 30 % выше, чем в ЭИЛ- покрытии. Размеры кристаллитов TaC для МР- и ЭИЛ-покрытий составляли 3 и 30 нм соответственно. Высокая доля карбидной фазы и малый размер кристаллитов обеспечили более высокую твердость МР-покрытия (Н = 28 ГПа) по сравнению с ЭИЛ-образцом (Н = 10 ГПа). Покрытия характеризовались близкими значениями коэффициента трения (около 0,15) и приведенного износа (<10^–7 мм³/(Н·м)). Осаждение на стальную подложку привело к снижению коэффициента трения в 5 раз и приведенного износа на 4 порядка. Проведены опытно-промышленные испытания покрытий, осажденных на клиновые задвижки запорной арматуры для перекачки жидкости, используемые в нефтегазовой промышленности. Результаты испытаний показали, что ресурс работы стальной клиновой задвижки возрос на 25 и 70 % при осаждении МР- и ЭИЛ-покрытий соответственно.