Применение механокомпозитов в качестве прекурсоров при проведении высокотемпературного синтеза увеличивает возможности протекания химических реакций в твердофазном режиме: расширяет концентрационные пределы горения, меняет температуру и скорость горения, температуру воспламенения и др. Вопросы, связанные с возможностью изменения структуры механокомпозитов как на макро-, так и на микроуровне могут иметь важное значение для последующего получения продукта синтеза требуемых состава, структуры и свойств. В данной работе проводился подбор оптимальных режимов предварительной механической активации (МА) для получения прекурсоров для реализации высокотемпературного синтеза. Основными управляющими параметрами активационного воздействия на порошковую смесь Ti + Al являлись продолжительность обработки и интенсивность силовой нагрузки. Одним из определяющих факторов для выбора оптимального режима МА является формирование максимально возможных микродеформаций без появления продуктов механического синтеза при заданных условиях размола. Из проведенного анализа структурных параметров следует, что для достижения этих условий при энергонапряженности мельницы 20 g требуется более 13 мин механоактивационного воздействия, однако это невозможно реализовать по причине налипания порошковой смеси на мелющие тела. При энергонапряженности 60 g обработка в течение 7 мин приводит к началу механохимического синтеза, что ограничивает интервал времени МА. Таким образом, для последующей реализации высокотемпературного синтеза следует выбрать режимы процесса, соответствующие продолжительности процесса МА 7 мин при величине энергонапряженности шаровой мельницы 40 g. Исследование морфологии механокомпозитов, полученных в указанных условиях, показали, что пластичная алюминиевая матрица создает условия для идеального контакта реагентов, и сформировавшийся материал можно рассматривать как элементарный реактор, в объеме которого создаются максимально благоприятные условия для твердофазной диффузии.

Предложено применение сельскохозяйственных отходов скорлупы ореха анакардиума (СОА) из Республики Кот-д’Ивуар (Западная Африка) для производства активированного угля, используемого в процессе очистки воды, методом парогазовой активации. Отмытая и измельченная СОА подвергалась карбонизации при температуре 800 °С. Полученный измельченный карбонизат СОА был активирован парогазовым методом в интервале температур от 400 до 700 °С. Проведены исследования удельной поверхности и пористой структуры полученных образцов активированного угля методами низкотемпературной адсорбции азота и рентгеноструктурного (рентгенофазового) анализа. Результаты показали, что увеличение температуры активации при фиксированном времени ведет к повышению удельной поверхности материала, развитию микропористой структуры и увеличению суммарного объема мезои микропор полученного активированного угля. По данным рентгенофазового анализа установлено, что степень графитизации, межплоскостное расстояние и размеры кристаллитов изменяются незначительно. Доказана возможность использования СОА для получения активированного угля, который по своим сорбционным свойствам не уступает аналогам, применяемым в настоящий момент для очистки воды.

Приведены результаты эллипсометрического исследования прессованных порошков двойных сплавов на основе алюминия, содержащих 1,5 мас.% редкоземельных элементов (Sc, La, Ce, Sm), и литейных силуминов состава, мас.%: Al–10Si– 0,5Mg–0,3Fe–0,1Ca и Al–12Si–0,6Mg–0,5Fe–0,5Ca–0,45Na. Иммерсионным методом определены оптические постоянные массивных поликристаллических сплавов, полученных переплавом указанных порошков в вакууме, а также их оксидных пленок для длины волны λ = 0,6328 мкм. C использованием оптических постоянных этих материалов рассчитаны зависимости их отражательной способности от толщины поверхностной оксидной пленки. Выявлено, что с увеличением количества легирующего компонента и интерметаллидных фаз в сплаве уменьшается его отражательная способность. Оптические постоянные использовались также при построении модифицированных Δ–ψ-номограмм, полученных на основе уравнения Максвелла–Гарнетта, позволяющих определять толщины оксидных пленок частиц и объемные доли металла в прессованных порошках, а также исследовать процессы их окисления на воздухе. Показано, что окисление порошков алюминия АСД-4 и двойных сплавов Al–1,5%РЗМ при температуре 600 °С описывается простой моделью, в которой уменьшение доли металла приводит к увеличению толщины оксидной пленки. Оказалось, что окисление силуминов идет значительно быстрее и не описывается указанной моделью, что может быть связано с появлением жидкой фазы в порошке. Образование большого числа металлических капель на поверхности частиц приводит к увеличению количества металла на исследуемой поверхности таблетки в целом. Высокая скорость окисления силуминов на воздухе может быть обусловлена поверхностной активностью магния по отношению к алюминию в жидком состоянии.

Изучено влияние различных методов получения сплавов системы Cu–Fe из несмешивающихся компонентов. Сплавы с ограниченной растворимостью в жидком и твердом состояниях долгое время было невозможно получать традиционными металлургическими методами. В связи с этим актуальной проблемой в настоящее время является разработка малозатратных и простых технологий по получению таких сплавов и материалов на их основе, позволяющих задавать необходимый уровень физико-механических свойств. В данной работе впервые использовался энергоэффективный метод СВС-металлургии для получения псевдосплава состава, мас.%: 70Cu–30Fe из оксидных материалов. Эта технология предлагает использование химической энергии, выделяемой в процессе взаимодействия высокоэкзотермических составов термитного типа (в режиме горения), что делает этот метод одним из самых энергоэффективных для получения литых материалов. Короткое время синтеза (десятки секунд) и защита верхней поверхности слитка оксидным расплавом (Al2O3) от окисления позволяют проводить процесс в условиях атмосферы. Для сравнительного анализа структурных составляющих образцов сплава были получены стержни аналогичного состава методом вакуумной индукционной плавки из чистых (беспримесных) компонентов Fe и Сu. Выявлено, что высокие температуры расплава СВС-сплава обеспечивают повышенную растворимость Cu в Fe. Затем при кристаллизации структурные составляющие выделяются в виде мелких диспергированных частиц по всему объему, образуя иерархическую структуру, характерную только для сплава СВС. Сплавы 70Cu–30Fe, полученные в режиме горения (СВС), имеют однородную, гомогенную структуру с равномерным распределением всех структурных составляющих по объему образца, что может иметь большой практический интерес, в частности при создании изотропных и анизотропных магнитожестких материалов с высоким значением магнитной энергии.

Результаты термодинамических расчетов коррелируют с экспериментальными данными. Установлено существенное влияние содержания добавки CaO2–Al на термодинамические параметры и фазовый состав конечного продукта. Показано, что синтез из указанных смесей протекает в стационарном режиме с формированием устойчивой волны горения. При увеличении содержания добавки скорость горения увеличивается от 6 до 12 мм/с, выход целевого продукта в слиток возрастает от 30 до 47 % (до 15 мас.% добавки), а затем падает. Варьируя состав исходных смесей, можно существенным образом влиять как на параметры синтеза, так и на фазовый состав целевых продуктов. Установлены оптимальные условия синтеза материала, обеспечивающие максимальный выход MAX-фазы Nb2AlC в составе слитка. Определяющим фактором, влияющим на содержание Nb2AlС в конечном продукте, является время существования жидкой фазы в условиях синтеза. Показано, что максимальное количество (67 мас.%) фазы Nb2AlC достигается при содержании 15 мас.% энергетической добавки в исходной шихте.

Приведены результаты экспериментального исследования свойств спрессованных и спеченных брикетов из смеси следующих порошков: высокопрочного сплава ВТ-22, изготовленного распылением плазмой отходов промышленного производства титана; титана марки ПТМ-1, полученного гидридно-кальциевым способом; никель-алюминиевого сплава ПВ-Н70Ю30. Показано, что выбор состава шихты для изготовления композитных заготовок связан с необходимостью решения задачи оптимизации нескольких конкурирующих целевых функций. В качестве критериев оптимизации выбраны относительная плотность и прочность брикетов при осевом сжатии после спекания, а также стоимость шихты. Поставлена задача и предложена методология выбора оптимального состава шихты, обеспечивающего необходимые значения плотности и прочности, а также относительно невысокую стоимость изделий. Задача многокритериальной оптимизации решена методом ≪идеальной точки≫. Результаты вычислений сопоставлены с ранее полученными решениями рассматриваемой задачи методами Парето, линейного программирования и обобщенного критерия. Показано, что различные методы многокритериальной оптимизации приводят к существенно отличающимся результатам. При этом метод идеальной точки дает наименьшее расхождение между экспериментальными и модельными значениями выбранных критериев оптимизации. Результаты работы использованы для создания экспертной системы многокритериальной оптимизации технологических процессов изготовления композитов. Состав шихты, полученный с использованием метода идеальной точки, передан на промышленное предприятие, где была изготовлена деталь осесимметричной формы, у которой предел прочности и относительная плотность материала соответствуют прогнозируемым значениям.

Статья посвящена созданию аморфных покрытий на поверхности стали 35 методом электроискровой обработки в смеси кристаллических гранул. Рассмотрена возможность управления составом покрытий путем изменения состава смеси гранул. С помощью микрорентгеноспектрального анализа выявлено, что полученные покрытия содержат W, Mo, Co и Ni в различных соотношениях. При этом за 6 ч обработки масса гранул разного состава уменьшилась на 11–16 мас.% в результате электрической эрозии. Коэффициент массопереноса варьировался в диапазоне от 33 до 54 %. Рентгеноструктурный анализ показал преобладание аморфной фазы (81–99 об.%) в структуре осажденных слоев. Отжиг покрытий при температуре 1150 °С привел к кристаллизации аморфной фазы в борокарбид типа M23(C,B)6, а также в α-Fe. Покрытия имели повышенную твердость 10–15 ГПа, а их износостойкость в режиме сухого скользящего износа при нагрузках 10 и 50 Н была в 3,3 и 1,6 раза выше, чем у стали 35. Набольшие ее значения при обеих нагрузках показали образцы без никеля, а самые низкие – без вольфрама. Коэффициент трения покрытий был ниже, чем у стали 35, на 13–30 % и составлял 0,27–0,31. Износостойкость покрытий в режиме сухого абразивного износа была в 3–5 раз выше по сравнению с непокрытой сталью 35. Наилучшие показатели были у образцов без никеля, а наихудшие – без кобальта. Таким образом, установлено, что вольфрам и кобальт повышают износостойкость аморфных сплавов на основе железа, тогда как никель и молибден, скорее, ухудшают их триботехническое поведение.

Интерметаллиды системы Ni–Al обладают высокой жаростойкостью, в связи с чем широко применяются в качестве покрытий для стальных деталей, работающих в условиях высоких температур. Для формирования таких покрытий предложен метод жидкофазного алюминирования предварительно никелированных стальных образцов с последующим диффузионным отжигом. Жидкофазное алюминирование позволяет сформировать на стали с никелевым покрытием второй алюминиевый слой, а диффузионный отжиг обеспечивает формирование покрытия на основе интерметаллидов Ni–Al. Диффузионный отжиг (t = 650÷850 °C, τ = 1, 2 и 5 ч) проводили на образцах, алюминированных при 750 °С. Установлено, что предлагаемая технология позволяет формировать поверхностные интерметаллидные слои, толщина которых определяется температурой и временем отжига: при t = 650÷800 °С и τ = 1÷5 ч формируется в основном слой Ni2Al3 толщиной до 50– 140 мкм, при t = 850 °С и τ = 5 ч образуются слои интерметаллидов NiAl и Ni3Al, обладающих наиболее высокой жаростойкостью. Исследования жаростойкости полученных покрытий показали, что за счет формирования на поверхности жаростойкого слоя NiAl образец не разрушается при температуре испытаний 750 °С в течение 300 ч. 

10–12 апреля 2019 г., г. Минск, Беларусь