При изготовлении турбин применяются антифрикционные ленточные уплотнительные материалы (ЛУМ). Проведено изучение механизма роста толщины проката. Установлено, что внутренние оксиды частиц порошка, восстанавливающиеся при спекании и отжиге в водороде, вызывают изменение размеров лент и прессовок из плакированных порошков НПГ-80 и Нибон-20. Отличительной особенностью используемых в работе порошков является наличие вокруг частицы твердой смазки (графита или нитрида бора) оболочки из никеля. Показано, что повышение температуры спекания и времени нагрева до изотермической выдержки интенсифицирует рост лент и образцов. Проведенные исследования свидетельствуют о связи восстановительных процессов, протекающих в водороде при спекании и отжиге порошков НПГ-80 и Нибон-20, содержащих в своем составе твердую смазку, с ростом толщины ленты. Увеличение продолжительности нагрева до изотермической выдержки при температуре 1150 °С сопровождается ростом толщины проката. Спекание ЛУМ Нибон-20 по 1-му режиму (4 ч до 1150 °С) создает прирост толщины на 5-7 %, а по 2-му (9 ч до 1150 °С) - на 12-13 %. Для НПГ-80 увеличение толщины призошло на 3-7 и 8-11 % соответственно. Вследствие этого происходит снижение физико-механических свойств ЛУМ. Для спекания в атмосфере водорода листовых материалов из НПГ-80 и Нибон-20 предпочтительно использование более низких температур и более высоких скоростей нагрева. Возможно устранение роста толщины ЛУМ из плакированных порошков НПГ-80 и Нибон-20 применением спекания (нагрева) под давлением. Методом электропрокатки и последующей горячей прокатки получен ЛУМ из порошка Нибон-20 при отсутствии роста толщины материала.

Гистерезисные сплавы на основе системы Fe-Cr-Co широко применяют в приборостроении в качестве материала для синхронных двигателей навигационных систем, в электронной промышленности и других областях машиностроения. К сплавам Fe-Cr-Co предъявляется ряд требований: температурная стабильность магнитных характеристик во времени, технологичность изготовления, низкая пористость и концентрационная неоднородность, - позволяющих добиваться сочетания высоких магнитных и механических свойств. Материалы на основе традиционных систем легирования, такие как Fe-Cr-Co, исчерпывают себя. Актуальным направлением при разработке новых материалов и повышении свойств существующих является легирование редкоземельными металлами. Эффект, производимый добавкой Sm на порошковые аналоги системы Fe-Cr-Co, остается неизученным. В работе исследован магнитотвердый порошковый сплав 22Х15К4МС, легированный самарием в количестве 0,5 мас. %. Заготовки получены методом холодного прессования при давлении 600 МПа и последующим спеканием в вакууме. Определена концентрационная неоднородность Cr, Co, Mo, Sm после 12 различных режимов спекания. Построена модель диффузионной гомогенизации гребневых сплавов, позволяющая численно оценивать влияние режимов спекания на концентрационную неоднородность. Распределения хрома, кобальта и молибдена соответствуют асимптотически логарифмически нормальному закону, самарий распределен в структуре неравномерно. Показано влияние добавок самария на магнитные характеристики сплава. Легирование сплава 22Х15К4МС самарием в количестве 0,5 мас. %. позволяет получать порошковые гистерезисные магниты с коэрцитивной силой 3,9-33,0 кА/м и остаточной магнитной индукцией 0,44-0,95 Тл.

Методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС), совмещенного с прессованием, впервые получен металло-карбидно-интерметаллидный материал на основе продуктов горения слоевой системы (Ti-Al-Si)/(Ti-C)/Ti. Экзотермический синтез из элементарных порошков осуществляли при давлении 10 МПа, а прессование горячего продукта синтеза - при давлении 100 МПа. В работе продемонстрировано, что в результате СВС-прессования формируется неразъемное соединение слоев «метал/карбид/интерметаллид». Исследованы основные особенности формирования микроструктуры, фазовый состав и прочностные свойства переходных зон на границе между реагирующими СВС-составами Ti-C и Ti-Al-Si и Ti-металлической подложкой. Показано, что в процессе СВС-реакции формируется однородная микроструктура слоев Ti-C и Ti-Al-Si с незначительным содержанием трещин и пор. Толщина переходной зоны между слоями составила не менее 15 мкм. Основной фазой, формирующейся в продукте горения слоя на основе Ti-Al-Si, является, по результатам рентгенофазового анализа, тройная фаза Ti₂₀Al₃Si₉, содержание которой, посчитанное по методу Ритвельда, составило не менее 87 мас.%. Кроме того, в продукте горения присутствует вторичная фаза Ti₃Al в количестве 13 мас.%. Результаты энергодисперсионного анализа показали, что наблюдается диффузия алюминия сквозь слой карбида титана в титановую подложку на глубину ~30 мкм. Значение микротвердости продукта горения слоя на основе Ti-Al-Si составило около 10 ГПа. Прямолинейный характер распространения трещин в синтезированном продукте горения слоя Ti-Al-Si, а также варьирующийся в пределах 5,1-5,7 МПa·м^1/2 коэффициент трещиностойкости по Палмквисту говорят о хрупкости материала.

Исследована зависимость температуры воспламенения, скорости горения и состава формирующихся продуктов от концентрации Ti + C в смесях с порошком высокоэнтропийного сплава (ВЭС) FeNiCoCrCu и исходной смесью образующих его металлов (MIX). ВЭС получали методом механической активации (МА) смеси порошков металлов в среде аргона. При температуре плавления высокоэнтропийный сплав FeNiCoCrCu распадается на несколько фаз, но основу этого ВЭС, а также сплава, полученного при плавлении и кристаллизации MIX, составляет 5-компонентная фаза с усредненной формулой Cu_1,2Fe_1,4Ni_1,4Co_1,4Cr. Кроме того, в небольших количествах в связке присутствуют 5-, 4- и 3-компонентные фазы с усредненными формулами Cu₂Ni₂Co₂Fe₂Cr, Cu₃Ni₃Co_2,9Fe_2,5Cr, Cu_4,8Ni_4,5Co_4,6Fe_4,2Cr, Cu₄₀Fe₂Ni₄Co₂C, Cr_12,5Fe_3,2Co_2,6Ni и Co_3,2Fe_3,5Cr. Эксперименты по воспламенению и горению смесей MIX и ВЭС с Ti + C проводили в аргоне при атмосферном давлении. Скорость горения, температура воспламенения и максимальная температура, достигаемая при тепловом взрыве смесей MIX и ВЭС с Ti + C, растут с увеличением концентрации Ti + C. Из-за малой экзотермичности смесей эксперименты проводили при начальной температуре 500 °С - в этом случае предел горения образцов наступает при концентрации Ti + C в смесях ВЭС и MIX <30 %. По результатам сканирующей электронной микроскопии рассчитана объемная концентрация частиц карбида титана (TiC) в расплавленных образцах. В сплаве со связкой из ВЭС количество частиц TiC в единице объема в 1,5-3,0 раза больше, чем в сплаве со связкой из MIX, а их размер соответственно меньше. С повышением концентрации Ti + C от 30 до 40 % в смеси с ВЭС количество числа частиц TiC в единице объема уменьшается. В смеси с MIX объемная концентрация частиц TiC проходит через минимум. Это связано с двумя противоположными процессами -с одной стороны, увеличивается вероятность зарождения частиц TiC, а с другой - происходит их коагуляция.

Материалы на основе соединений молибдена с алюминием и углеродом обладают большим потенциалом для использования в условиях интенсивного износа при повышенных температурах. В настоящей работе представлены экспериментальные результаты самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) соединений в системе Mo-Al-C. При совмещении двух процессов - СВС из элементов и СВС-металлургии -получены литые материалы, содержащие фазы Mo₃Al₂C, Mo₂C, Mo₃Al и Mo₃Al₈ . В экспериментах использовали смеси с составами, рассчитанными согласно соотношению (1 - α)(3МоО3-8А1-С)/α(3Мо-2А1-С), где значение а меняли в интервале от 0 до 1. Синтез проводили в лабораторном реакторе объемом 3 л при начальном давлении аргона 5 МПа. Масса исходных смесей во всех экспериментах составляла 20 г. Процесс горения инициировали спиралью из молибденовой проволоки диаметром 0,5 мм путем подачи на нее напряжения 28 В. Полученные конечные продукты исследованы методами рентгенофазового и локального микроструктурного анализов. Установлено существенное влияние соотношения исходных реагентов на параметры синтеза, фазовый состав и микроструктуру целевых продуктов. Введение в высокоэкзотермическую смесь 3MoO₃-8Al-C инертной «холодной» смеси 3Mo-2Al-C приводит к увеличению содержания карбидных фаз в слитках. Показана возможность получения литых материалов на основе тройной фазы Mo₃Al₂C, максимальное содержание которой составляет 87 мас. %, при количестве «холодной» смеси в шихте, соответствующей α = 0,4. Присутствие в конечных продуктах вторичных фаз карбида молибдена (Mo₂C) и алюминидов молибдена (Mo₃Al₈ , Mo₃Al) изменением состава исходной смеси вследствие выброса компонентов при горении и недостаточным временем существования расплава, формирующегося в волне горения.

Большая удельная поверхность нанопорошка WC обусловливает его высокую химическую активность и делает его очень чувствительным к различным примесям, среди которых кислород является наиболее вредной и неизбежной. При нагреве кислород взаимодействует с углеродом WC, удаляясь в виде CO/CO₂, что в конечном итоге приводит к образованию в твердом сплаве охрупчивающих η-фаз, аномальному росту зерен WC и формированию пористой микроструктуры. Для предотвращения сильного обезуглероживания WC при вакуумном спекании твердого сплава из нанокристаллической порошковой смеси WC–6мас.%Co в данной работе сравнивались три способа: добавление избыточного углерода для компенсации потерь в результате обезуглероживания; введение в порошковую смесь алюминия для связывания примесного кислорода в Al₂O₃ до взаимодействия его с углеродом WC; использование добавки ZrC для компенсации потери углерода и связывания примесного кислорода в ZrO₂. Нанокристаллические порошковые смеси на основе WC–6мас.%Co с добавками C, Al, ZrC и без них готовились из микрокристаллических порошков WC, Co, Al, ZrC и сажи с помощью высокоэнергетического размола, затем компактировались в цилиндрической пресс-форме путем одноосного прессования при давлении ~460 МПа и спекались в графитовых тиглях в течение 15 мин при температуре 1380 °C в вакууме ~10^–2 Па. Скорость нагрева до температуры спекания составляла 10 °C/мин. Аттестация исходных порошков, приготовленных из них порошковых смесей, а также спеченных твердых сплавов осуществлялась с помощью рентгеновской дифракции, химического анализа, сканирующей электронной микроскопии, адсорбционного метода БЭТ, гелиевой пикнометрии и метода Виккерса. Исследования показали, что средний размер частиц во всех приготовленных порошковых смесях не превышает 100 нм, а содержание примесного кислорода в них варьируется от 3,3 до 4,3 мас. % в зависимости от добавок. Установлено, что лишь часть содержащегося в порошковых смесях кислорода находится в хемосорбированном состоянии и принимает участие в обезуглероживании WC при вакуумном спекании. Добавка Al при размоле порошковой смеси полностью окисляется и превращается в нанокристаллический оксид Al₂O₃, что только усугубляет потерю углерода при спекании и приводит к формированию многофазной и относительно пористой микроструктуры твердого сплава. Наоборот, с помощью добавок углерода и ZrC удается предотвратить обезуглероживание WC при спекании твердого сплава и сформировать в нем наименее пористую микроструктуру. Показано, что наличие оксидных включений ZrO₂ не препятствует интенсивному росту зерен WC при спекании, а скорее, наоборот, способствует этому. Дефицит углерода немного сдерживает интенсивный рост зерен WC при спекании твердого сплава, приводя к образованию η-фаз и повышению плотности и микротвердости, но присутствие оксидных включений Al₂O₃ и ZrO₂ в микроструктуре снижает величины этих свойств.

Исследовано влияние никеля на структуру и свойства ионно-плазменных покрытий Ti-Cr-N, полученных методом arc-PVD. При содержании никеля до 11,9 ат. % покрытие состоит из Cr₂N, Ti_{1 - x}Cr_xN и металлического Ni. При дальнейшем увеличении концентрации Ni в покрытии образуется интерметаллид Ni₃Ti. Методом просвечивающей электронной микроскопии изучена структура покрытий. Для покрытий системы Ti-Cr-N характерно столбчатое строение структуры, в столбцах которой, вследствие полной растворимости TiN и Cr₂N и планетарного вращения подложек, приводящего к послойной укладке компонентов испаряемых катодов, образуются субслои Ti_{1 - x}Cr_xN и Ti_{1 - y}CryN (x > y) толщиной несколько нанометров с переменной концентрацией титана и хрома и субслои Cr₂N порядка 25 нм. Данная структура сохраняется и для покрытий системы Ti-Cr-N-Ni с малой концентрацией никеля (порядка десятых долей ат. %). Однако при этом наблюдаются измельчение размера столбцов и рост двуосных сжимающих напряжений с 6,7 до 9,7 ГПа, что приводит к повышению твердости от 30 до 42 ГПа. Для покрытий с высоким содержанием никеля характерна многослойная архитектура с равноосной поликристаллической структурой нанозерен в слоях. По мере увеличения концентрации Ni твердость покрытия снижается до 16,7 ГПа, что связано с возрастанием доли относительно мягкого никеля в покрытии и уменьшением величины макронапряжений до -0,6 ГПа. При этом интенсивность изнашивания увеличивается с 3·10^-15 до 5·10^-15 м³/(Н·м). Исследуемые покрытия систем Ti-Cr-N и Ti-Cr-N-Ni обладают стойкостью к адгезионному и когезионному разрушению. С ростом содержания никеля при измерительном царапании разрушение покрытий происходит исключительно вследствие пластического деформирования.

Проведены сравнительные исследования микроструктуры, механических характеристик и эксплуатационной стойкости режущей пластины из субмикронного твердого сплава WC-10Co, полученного в результате переработки отходов твердого сплава ВК10 электроэрозионным диспергированием (ЭЭД) в масле. Удельные затраты энергии непосредственно на формирование импульсов в процессе ЭЭД составили относительно небольшую величину (5,7 кВт·ч/кг). Избыток углерода, образованный в результате пиролиза масла при ЭЭД, был удален путем термообработки. Изучены гранулометрический состав полученного порошка и микроструктура его частиц. Показано, что частицы порошка состоят из вытянутых зерен WC (d_ср = 0,46 мкм) и прослоек кобальта. Пластина WC-10Co для резца, полученная спеканием этого порошка в вакууме, была использована для сравнительного анализа эксплуатационной стойкости при чистовом точении алюминиевого сплава Д16Т. В качестве объектов для сравнительного анализа применяли резцы, оснащенные пластинами из промышленных сплавов ВК8 и ВК6ОМ аналогичной конструкции. Изучены микроструктура и механические характеристики экспериментального сплава и представленных аналогов. На основе исследований микроструктуры и химического состава задней поверхности режущих пластин был проанализирован механизм износа резцов. Показано, что твердость сплавов оказывает основное влияние на их износостойкость при резании алюминиевого сплава сравниваемыми резцами. Также исследовано влияние твердости резцов на шероховатость поверхности обрабатываемой детали. Полученный субмикронный твердый сплав WC-10Co обладает наивысшей твердостью (1590 HV) и лучшей износостойкостью из изученных образцов за счет наименьшего диаметра зерен WC (0,59 мкм).