Preview

Izvestiya vuzov. Poroshkovaya metallurgiya i funktsionalʹnye pokrytiya

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков
№ 1 (2018)
Скачать выпуск PDF

Процессы получения и свойства порошков

4-10 197
Аннотация

Представлены результаты исследования адсорбционно-структурных особенностей взаимодействия нанодисперсного порошка нитрида алюминия с водой, в частности  морфология и фазовый состав продуктов окисления. Рассчитаны удельная поверхность и  пористость порошков. Анализируются особенности изотерм адсорбции исследуемых  образцов до и после взаимодействия с водой с точки зрения соответствия их конкретному  типу согласно рекомендациям Международного союза по теоретической и прикладной химии (IUPAC), а также определенному виду пористости, что необходимо для понимания  области их дальнейшего применения. Обсуждается механизм взаимодействия порошка  нитрида алюминия с водой. Показано, что имеет место ионно-адсорбционный механизм с  формированием пористых агломератов, состоящих из нанопластин оксигидроксида  алюминия игольчато-пластинчатой формы, соединенных контактами, с диаметром пор 55 Å.  Удельная поверхность при этом возрастает с 48 до 115 м2/г. Установлено, что в результате  взаимодействия нанопорошка AlN с водной средой происходит изменение фазового состава  – продукты взаимодействия представлены фазами AlO(OH), Al(OH)3.

Теория и процессы формования и спекания порошковых материалов

11-17 161
Аннотация

Экспериментально обоснована эффективность методики автоматического дозированного заполнения пресс-форм тонкодисперсными порошками ферромагнитных материалов, не  имеющими естественной текучести. В рассматриваемом устройстве для обеспечения  устойчивой текучести порошков на дисперсную систему в бункере воздействуют  переменным (частотой 50 Гц) неоднородным магнитным полем, силовые линии которого  расположены вертикально с более высоким градиентом индукции в области образования  принудительной текучести, и постоянным магнитным полем с горизонтальными силовыми  линиями. При определенных параметрах магнитных полей дисперсная система переходит в  динамически устойчивое взвешенное состояние, т.е. образуется магнитоожиженный слой и  порошок перетекает в дозатор. Представлены результаты экспериментального исследования влияния индукции постоянного и градиента индукции переменного магнитных полей на  массовую скорость истечения порошков феррита бария (средний размер частиц dср = 1  мкм) и феррита стронция (dср = 1, 9 и 50 мкм) через отверстие диаметром 2 мм. Из  приведенных экспериментальных зависимостей следует, что для порошков ферритов бария  и стронция, имеющих dср = 1 мкм, массовая скорость транспортировки порошков в дозатор  достигает максимума при индукции постоянного магнитного поля 15,7 мТл и градиенте  индукции переменного магнитного поля 593 мТл/м и составляет 96,9 и 181,1 мг/с  соответственно. На основе анализа экспериментальных данных показано, что минимальная  относительная погрешность массы порошка феррита стронция с dср = 1 мкм,  просыпавшегося в дозатор, наблюдается при режимах электромагнитного воздействия,  обеспечивающих наибольшую текучесть дисперсного материала, и составляет 2,1–2,3 %.

Тугоплавкие, керамические и композиционные материалы

18-25 279
Аннотация

Представлены экспериментальные данные по получению методом СВС-компактирования композитов на основе системы ZrB2–CrB. С использованием термодинамических данных  рассчитаны адиабатические температуры горения системы Zr–Cr–B, составы равновесных  продуктов синтеза и определены оптимальные условия получения СВС-композитов. Показано, что равновесными продуктами синтеза являются тугоплавкие соединения ZrB2 и  CrB, обеспечивающие высокую термодинамическую стабильность СВС-композитов, которые  применяются в качестве дисперсной фазы (ZrB2) и керамической связки (CrB). С ростом  содержания связки от 25 до 64 мас.% адиабатическая температура горения уменьшается от  3320 до 2350 K. В этих условиях формируется твердая дисперсная фаза (ZrB2) и  расплавленная связка (СrВ). Выявлено, что образование расплавленной связки  обеспечивает получение СВС-композитов с остаточной пористостью менее 1 %. Изучено  влияние состава реакционной смеси на фазовый состав, микроструктуру и физико- механические характеристики СВС-композитов. Установлено, что при содержании CrB в  пределах 30–50 мас.% остаточная пористость СВС-композитов составляет <1 %. При этом  твердость по Виккерсу изменяется в интервале 31,3–42,6 ГПа, а предел прочности при  изгибе – в диапазоне 480–610 МПа. Показано, что физико-механические характеристики  зависят от остаточной пористости СВС-композитов. Из полученного СВС-композита ZrB2– 30CrB изготовлены режущие пластины и проведены тестовые испытания при обработке  высокотвердых закаленных сталей. Результаты свидетельствуют, что керамические резцы  из композита ZrB2–30CrB обладают высокой износостойкостью при обработке подшипниковой стали ШХ15 твердостью 61–65 HRC.

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

26-35 230
Аннотация

Проводилось исследование процесса in situ синтеза интерметаллидного сплава на основе соединения Ti2AlNb с помощью технологии селективного лазерного плавления порошковых  материалов. Объектом исследования служил сплав Ti–22Al– 25Nb (ат.%), основной фазой  которого является интерметаллидное соединении Ti2AlNb с упорядоченной орторомбической решеткой (O-фаза). Сплав Ti–22Al–25Nb обладает высокими механическими свойствами как при комнатной, так и при повышенной температурах, а  также низким удельным весом и считается перспективным материалом для использования в аэрокосмической отрасли. Для проведения экспериментов применялась механическая  смесь чистых порошков титана, алюминия и ниобия в соотношении, необходимом для  синтеза сплава Ti–22Al–25Nb. Селективное лазерное плавление, относящееся к аддитивным  технологиям, наиболее перспективно для изготовления изделий путем послойного  добавления материалов. Использование данной технологии позволяет изготавливать  сложнопрофильные изделия на основе данных компьютерной модели детали. Селективным лазерным плавлением были изготовлены компактные образцы для исследований. Изучены  микроструктура, плотность, фазовый состав и микротвердость этих образцов. Исследовано  также влияние термической обработки в виде гомогенизации при температуре 1250 °С в  течение 2,5 ч и последующего старения при 900 °С длительностью 24 ч на микроструктуру,  фазовый состав и химическую однородность образцов. Показано, что полученный  селективным лазерным плавлением компактный материал содержит нерасплавленные  частицы ниобия. Проведение гомогенизирующего отжига позволяет достичь полного  растворения этих частиц в материале, в результате чего микроструктура материала состоит  из зерен B2-фазы различного размера и игольчатых выделений орто-фазы.

Наноструктурированные материалы и функциональные покрытия

36-43 184
Аннотация

Для наноструктурирования поверхности использован один из простых методов модифицирования поверхности с одновременным нанесением покрытий – фрикционное  плакирование (ФП). При ФП интенсивная пластическая деформация осуществляется  вращающейся проволочной щеткой (ВПЩ), ворсинки которой оказывают на  обрабатываемую поверхность ударно-фрикционное воздействие и одновременно наносят  покрытие. Проведено исследование износостойкости стальных образцов (диаметром 45 мм,  шириной 10 мм) из стали марки 45, подвергнутых нормализации. Медьсодержащие покрытия наносили на круглошлифовальном станке. Испытания образцов,  обработанных по различным режимам, проводили на машине трения СМЦ-2 по схеме «диск  по диску». Установлено, что образцы с медным (М1) и латунным (Л63) покрытиями имели, в  зависимости от режима обработки, износостойкость выше эталонных в 2–10 раз.  Наибольшую износостойкость показали образцы с латунным покрытием толщиной 10–15  мкм, нанесенным за 6 проходов с натягом (подача ВПЩ на обрабатываемое изделие) 2 мм  при скорости скольжения 25 м/c. Для изучения влияния режимов процесса ФП на усталостную прочность проведены испытания гладких образцов (4 серии – 60 шт.) из  стали марки 20ХН в соответствии с ГОСТ 25502-82 «Методы испытаний на усталость».  Анализ результатов показал, что наиболее эффективным является поверхностное  пластическое деформирование с нанесением латунного покрытия. Коэффициент повышения  предела выносливости составлял Kυ = 1,41. Выявлено, что получение покрытий методом ФП не влияет на механические свойства стали (σв, σт, δ10). Нанесение медного покрытия на  штоки и плунжеры гидравлики позволило увеличить срок их службы в 1,4– 3,0 раза, на зубья колес волновых передач торцевого исполнения – в 6 раз.

44-50 176
Аннотация

Работа посвящена исследованию стабильности воспроизведения характеристик защитных покрытий, формируемых методом микродугового оксидирования (МДО) при групповой  обработке деталей. Керамикоподобные МДО-покрытия отличаются высокой стойкостью к  износу, коррозии, ударным термическим нагрузкам и при этом имеют высокую адгезионную прочность. Вместе с тем существенным показателем любого технологического  процесса является стабильность его результатов. В большинстве опубликованных  результатов научных исследований в области МДО, как правило, не уделяется достаточного  внимания анализу стабильности получаемых результатов и изучению влияния  технологических параметров на этот показатель. В данной работе впервые приведены  данные экспериментальной оценки стабильности воспроизведения основных характеристик  (толщина, сквозная пористость и микротвердость) формируемых МДО-покрытий при одновременной обработке группы образцов и влияния на величину этих характеристик  степени выработки электролита. В результате проведенных исследований было  установлено, что стабильность показателей указанных характеристик МДО-покрытий во многом зависит от выработки электролита и продолжительности технологического процесса микродугового оксидирования. Отмечено, что значения этих характеристик могут  существенно различаться у покрытий, одновременно сформированных на деталях в одной и  той же группе, и выявлено, что стабильность показателей толщины, сквозной пористости и  микротвердости покрытий повышается при увеличении продолжительности МДО-обработки.  Также обосновано предположение, что изменения характеристик покрытий, формируемых  при обработке группы деталей, связаны с неравномерным распределением плотности  электрического тока между этими деталями и, как следствие, неодинаковым количеством электричества, прошедшим в гальванической цепи, что и определяет формирование вещества покрытия.

51-58 188
Аннотация

Наноразмерный диоксид титана позволяет решать сложные инженерные задачи. Одной из них является создание материалов и покрытий, уменьшающих вероятность возникновения  нозокомиальных инфекций на поверхности ортопедических конструкций, в том числе и  имплантационных систем. В работе представлены результаты исследования методами спектроскопии комбинационного рассеяния света (КР-спектроскопии),  рентгеноструктурного анализа и сканирующей электронной микроскопии керамических  покрытий из анатаза, нанесенного по золь-гель-технологии на спеченный материал на  основе наноразмерного порошка диоксида титана (модификация рутил). Полученное  покрытие имеет сложную слоистую структуру, которая, по данным КР-спектроскопии, почти  полностью представлена диоксидом титана в фазе анатаза. Зафиксировано одновременное  существование в покрытии обеих фаз. Идентификация рутила на дифрактограммах, по- видимому, связана с тем, что на первых этапах нанесения покрытия на поверхность  поликристаллического рутила формируется преимущественно рутил с измененной  интенсивностью пиков. Наличие на дифрактограммах также нестехиометрических фаз позволяет предположить, что фазовый состав покрытия по толщине неодинаков и представлен постепенным послойным переходом от рутила к анатазу. Толщина покрытия  составляет 60 ± 15 мкм. Оно представлено ламеллярными блоками различного размера.  Толщина отдельной пластины в покрытии – в пределах 60–80 нм. Разработанная методика  позволяет наносить покрытие из анатаза не только на образцы из керамики на основе  диоксида титана, но также и на поверхность титановых имплантатов при предварительном  формировании слоя диоксида титана в форме рутила на поверхности металла.  Эксперименты по изучению антибактериальных свойств и морфологических характеристик  костной ткани, контактирующей с имплантатом, проведены на кафедре ортопедической стоматологии ПГМУ.

59-66 190
Аннотация

Исследована кинетика роста покрытия при плазменно-электролитическом оксидировании (ПЭО) сплава ВТ6 с заданной плотностью 10 А/дм2 в щелочном водном растворе,  содержащем 40 г/л алюмината натрия (NaAlO2). Изучена износостойкость покрытий  различной толщины (30 и 80 мкм), сформированных на сплаве ВТ6, методом «шарик–диск»  с использованием автоматической машины трения «High-temperature tribometer» и  оптического профилометра WYKO NT1100В. Установлены зависимости фазового состава  покрытий от длительности протекания процесса ПЭО, а также износостойкости покрытий от  этого состава. Предложены следующие механизмы роста толщины покрытий, которые  объясняют его кинетические особенности: 1) миграция и диффузия катионов металла к  внешней границе раздела фаз на участках, прилегающих к микроразрядам; 2)  термохимическое преобразование осажденных ионов или полианионов, в частности  тетрагидроксоалюмината; 3) высокотемпературное окисление металлической основы дна  сквозных пор, в которых реализовались плазменные анодные микроразряды. Рассмотренная эквивалентная схема протекания анодной составляющей переменного тока при ПЭО  титанового сплава позволяет понять причины существенного первоначального снижения  скорости роста покрытия при ПЭО сплава ВТ6 без уменьшения анодного напряжения.  Особенностью этой схемы является наличие реостатов, так как сопротивление протеканию  составляющих переменного тока в значительной степени зависит от длительности проведения процесса ПЭО. Показано, что присутствие высокотемпературной  модификации (α-Al2O3) в покрытии, основой которого является шпинель TiAl2O5, позволяет  увеличить износостойкость сплава ВТ6 практически в 6 раз, если толщина покрытия составляет ~80 мкм.

67-75 182
Аннотация

Исследована стойкость к окислению покрытий, полученных детонационным напылением композиционного порошка FeAlCr/Al2O3, изготовленного методом механоактивируемого  самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (MAСВС) с использованием  алюминотермических реакций восстановления оксидов. Порошок имеет достаточно однородную композиционную структуру, состоящую из легированного хромом  упорядоченного B2–FeAl и мелких включений α-Cr2O3 и α-Al2O3. У детонационных  покрытий, напыленных на основу из нержавеющей стали, наблюдалась типичная слоистая  структура без трещин и отслоений. Толщина покрытий составляла 250–300 мкм,  микротвердость находилась в пределах 5,9–6,1 ГПа. Покрытия из синтезированного  порошка в основном наследуют его структуру и фазовый состав, хотя в процессе напыления происходит некоторое окисление алюминия и хрома. Изучены особенности циклического и изотермического окисления полученных покрытий в воздушной атмосфере в диапазоне  температур 900–1000 °С. Установлено, что стойкость к окислению детонационных покрытий из синтезированного порошка в результате окисления на воздухе при температуре 950 °C в  течение 48 ч близка к стойкости к окислению покрытий, полученных из порошка FeAl– FexAly с содержанием алюминия 45 мас.%. В то же время коэффициент температурного  линейного расширения (КТЛР) покрытий FeAlCr/Al2O3 ближе к КТЛР материала основы, а их  сопротивление ползучести выше, чем у него, за счет присутствия тонких включений  тугоплавких оксидов. Предполагается, что α-Cr, Cr2O3 и множество мелких включений  оксида алюминия, присутствующих в синтезированном порошке и формирующихся в  процессе напыления, ускоряют образование защитной пленки, подавляя зарождение и рост  гематита на ранних стадиях окисления при температурах до 950 °С.

Хроника



ISSN 1997-308X (Print)
ISSN 2412-8767 (Online)