Эффективное использование материальных ресурсов заставляет активнее обращать внимание на отходы производства с целью не только простой их утилизации, но и их использования в качестве источника некоторых элементов и как компонентов порошковых материалов. Стальная стружка – сложный многокомпонентный материал на основе железа. Наличие примеси, например углерода, может оказывать влияние на диффузионное взаимодействие смеси стружки с порошком другого металла. В данной работе рассмотрен один из возможных вариантов диффузионного взаимодействия алюминия и стальной стружки в условиях вакуумного спекания с регулируемым нагревом. После спекания был проведен микроанализ структуры и определен фазовый состав продуктов взаимодействия. Выявлено, что в процессе спекания формируется многофазная структура, в которой не менее 30 % объема занимает алюминид железа FeAl. Несмотря на достаточно высокие температуры, фиксируются остатки алюминия и железа. Среди причин неполного превращения могут быть тугоплавкие продукты взаимодействия, тормозящие диффузию, а также примеси, влияющие на величину и направленность диффузионных потоков. Для подтверждения важной роли примесей в кинетике диффузионного взаимодействия рассмотрены модельные задачи роста интерметаллидной фазы между частицей плоской или сферической формы с окружающим ее алюминием. Учитывается появление перекрестных диффузионных потоков в области растущей фазы и, возможно, влияние примеси на концентрационный предел существования новой фазы. Найдены приближенные аналитические решения, которые позволяют проанализировать динамику роста области, занимаемой растущей фазой, в зависимости от параметров модели.

Обзор посвящен изучению состояния вопроса в области влияния легирования соединениями тантала на эволюцию структуры, жаростойкость и стойкость к абляции ультравысокотемпературных композиций на основе системы ZrB₂(HfB₂)–SiC. Проанализировано влияние содержания первичных фаз на структурно-морфологические особенности образующихся оксидных слоев и эффективность их защитного действия. Показано, что положительный эффект от легирования прежде всего связан с увеличением вязкости и термической устойчивости формирующейся стеклофазы, снижением анионной проводимости, частичной стабилизацией решетки ZrO₂(HfO₂) и образованием на поверхности температуроустойчивых комплексных оксидов типа Zr₁₁Ta₄O₃₂ или Hf₆Ta₂O₁₇. Установлено, что основными причинами отрицательного влияния легирования являются увеличение доли жидкой фазы, снижение сплошности структуры оксидной пленки в результате повреждения зерен ZrO₂(HfO₂ ) при окислении TaB₂ или образования значительного количества газов при окислении TaC, а также появление дополнительных каналов для диффузии кислорода при вертикализации плоских частиц Zr₁₁Ta₄O₃₂ или Hf₆Ta₂O₁₇. Отмечено, что характеристики стойкости к окислению и абляции, а также механизмы, определяющие поведение композиций, неодинаковы для разных легирующих добавок и условий испытаний.

Представлены результаты исследования процесса получения порошковых смесей B₄C–TiB₂ методом карбидоборного восстановления диоксида титана в присутствии восстановителя – нановолокнистого углерода, а также изучения некоторых свойств керамики, изготовленной с использованием синтезированного порошка. Синтез порошковых смесей проводили в индукционной тигельной печи в течение 20 мин в диапазоне температур 1200–1900 °С в среде инертного газа – аргона. Установлено, что оптимальная температура процесса синтеза независимо от состава шихты составляет 1650 °С. Изучены характеристики порошков, содержащих 10–30 мол. % фазы TiB₂ . Методом рентгеновской электронной микроскопии установлено, что частицы порошка преимущественно агрегированы. На гистограммах распределения частиц по размерам присутствуют два пика: первый (с меньшим размером частиц) в основном характеризует фазу B₄C, а второй (с крупными частицами) – фазу TiB₂ . Средний размер частиц фазы В₄С составляет 5,3–5,5 мкм, а фазы TiB₂ – 33,6–41,9 мкм. Средний размер 50 % частиц порошка для исследуемых составов не больше 13,4 мкм. Величина удельной поверхности образцов не превышает 5 м²/г. Окисление полученных смесей кислородом воздуха начинается при температуре около 500 °С. При этом при достижении температуры 1000 °С окисляется не более 45 мас. % исследуемых порошков. Керамика, изготовленная с использованием синтезированной порошковой смеси B₄C + 30 мол. % TiB₂ методом горячего прессования, продемонстрировала достаточно высокие значения относительной плотности (99,0±1,1 %) и трещиностойкости (5,0±0,2 МПа∙м0,5 ).

По результатам, полученным ранее в работах по безвольфрамовым твердым сплавам (БВТС) марок КНТ3 и КНТ7, проведен анализ влияния компонентов, составляющих их основу, на конечное формирование микроструктуры сплавов. Исследования проводились на керамико-металлических образцах (керметах) при дефиците связующей фазы из никеля с молибденом. Для анализа микроструктуры керметов были использованы изображения поверхности их шлифов, полученных с помощью растровой электронной микроскопии в режиме отраженных электронов. Показано, что особенностью микроструктуры сплавов серии КНТ является наличие у них структуры ядро/обод (Core/ Rim Structure – CRM). Анализ выявил, что с уменьшением в БВТС серии КНТ содержания связующей фазы из Ni–Mo заметно увеличился размер обода в спеченном сплаве вокруг ядра из Ti(C, N). Дополнительно рассмотрена роль пластификатора в процессе формирования микроструктуры ядро/обод БВТС серии КНТ при дефиците связующей фазы. По результатам исследования микроструктуры керметов сделаны выводы, которые позволяют предположить, что в отсутствие зон, обогащенных азотом, возрастает вероятность диффузии молибдена через межфазные границы тугоплавких фаз. Следствием этого является увеличение параметра удельной объемной доли оболочки в микроструктуре кермета.

Показано влияние температуры раствора на скорость осаждения композиционных никель-фосфорных покрытий, модифицированных нитридом бора и политетрафторэтиленом, на порошковые образцы из улучшаемых сталей марок П40, П40Х и П40ХН, полученных горячей штамповкой пористых спеченных заготовок. Экспериментально установлено, что в интервале температур 70–90 °С средняя скорость осаждения модифицированных BN и (C₂F₄)n-покрытий составляет 15–19 мкм/ч, а химический состав улучшаемых сталей и геометрия поверхности образцов практически не влияют на скорость их наращивания. Предложен механизм формирования структуры и свойств Ni–P-покрытий без добавок и модифицированных нитридом бора и политетрафторэтиленом в процессах осаждения, спекания и приработки. Установлено, что непосредственно после осаждения Ni–P-покрытие имеет аморфную структуру с включениями частиц никеля, а его микротвердость без добавки модификаторов не превышает 380–390 МПа. На стадии приработки в режиме сухого трения в модифицированных Ni–P-покрытиях образуются фазы Ni₁₂P₅ и Ni₂P, позволяющее повысить их трибологические характеристики, а при установившемся режиме в них протекает фазовое разупорядочивание. Экспериментально выявлено, что при введении в Ni–P-покрытие только (C₂F₄)n коэффициент трения и износ снижаются в 1,3 раза, при добавлении одного BN – в 1,6 раза, а при совместном введении BN и (C₂F₄)n – почти в 2 раза. Установлено, что при совместном (комплексном) модифицировании Ni–P покрытий BN и (C₂F₄)n после термообработки никель практически не окисляется, в процессе приработки в покрытии образуется борид никеля типа NiB, содержание которого при выходе на стационарный режим трения не уменьшается, что стабилизирует триботехнические характеристики покрытия. В процессе приработки коэффициент трения состава покрытия Ni–P + BN + (C₂F₄)n снижается с 0,28 до 0,19, а скорость изнашивания в режиме стационарного трения составляет 1,5 мг/ч. Теоретически и экспериментально обоснована эффективность нанесения антифрикционных никель-фосфорных покрытий, модифицированных BN + (C₂F₄)n, на изделия из конструкционных улучшаемых сталей, полученных различными методами.

Покрытия Ta–Zr–Si–B–C–N были нанесены методом магнетронного распыления с использованием композиционной мишени TaSi₂–Ta₃B₄–(Ta, Zr)B₂ . В качестве рабочего газа использовали Ar, а также смеси газов Ar + N₂ и Ar + C₂H₄ . Структуру и состав покрытий исследовали методами сканирующей электронной микроскопии, оптической эмиссионной спектроскопии тлеющего разряда и рентгенофазового анализа. Толщину и стойкость покрытий к абразивному воздействию оценивали по схеме «шарик–шлиф». Испытания на эрозионную стойкость проводили с использованием ультразвукового диспергатора УЗДН-2Т (Россия). Трибологические испытания в режиме трения–скольжения осуществляли на автоматизированной машине трения HT Tribometer («CSM Instruments», Швейцария). Зону износа после трибологических испытаний исследовали с помощью оптического профилометра Wyko 1100 («Veeco», США). Результаты показали, что покрытие Ta–Zr–Si–B характеризуется столбчатой структурой с размером кристаллитов h-TaSi₂ порядка 11 нм. Введение азота и углерода в состав покрытий привело к подавлению столбчатого роста и снижению размера кристаллитов h-TaSi₂ в 2–4 раза. Лучшую абразивную и эрозионную стойкость показали углеродсодержащие покрытия. Испытания на трение–скольжение показали, что покрытие Ta–Zr–Si–B характеризуется стабильным коэффициентом трения на уровне 0,3, начиная с 25 °С и до максимальной рабочей температуры 250 °С. Введение азота привело к росту коэффициента трения до значений 0,8–1,0 при t = 50÷110 °С. Покрытие с минимальной концентрацией углерода показало стабильный коэффициент трения ~0,3 до максимальной температуры 250 °С. Наилучший результат продемонстрировал образец, содержащий наибольшее количество углерода: его коэффициент трения сохранялся на уровне 0,25 до температуры 350 °С.

Замена традиционных материалов композиционными представляет собой важный вектор развития авиационной и аэрокосмической отраслей промышленности. В работе рассмотрены вопросы применения магнитного поля вращающихся диполей с целью получения композиционных материалов на основе порошкового железа с высокими прочностными и структурными характеристиками. Исследованы физико-механические свойства модифицированных эпоксидных композиционных материалов. С помощью средств электронной микроскопии исследованы микроструктура, элементный состав и получена карта распределения компонентов в получаемых образцах. Экспериментальным путем выявлено, что при наложении магнитного поля вращающихся диполей прочность при сжатии композитов увеличивается на 16,6 % относительно образцов, полученных без применения этой технологии. Это вызвано тем, что данный метод позволяет удалять возникающую в процессе механосинтеза газовую пористость и раковины во внутренней структуре материала. Серия экспериментов с добавлением увеличенного массового соотношения Al-частиц показала, что магнитное поле вращающихся диполей способствует вытеснению излишков алюминия в виде поверхностного слоя. Таким образом, можно заключить, что применение магнитного поля вращающихся диполей является перспективным направлением в области создания композиционных материалов с улучшенными физико-механическими характеристиками. Получаемые эпоксидные композиты могут быть использованы в качестве конструкционных материалов в авиационной и космической отраслях, а также в качестве материалов адсорберов в радиотехнической аппаратуре и микроэлектронике.