Оксид алюминия широко применяется в промышленности, в том числе в составе трехмаршрутных катализаторов в качестве материала-носителя благородных металлов на своей поверхности. В связи с этим данный материал должен обладать развитой поверхностью, быть высокопористым и оставаться работоспособным при температуре эксплуатации трехмаршрутного катализатора (вплоть до 1100 °С), т.е. характеризоваться термостабильностью. Эффективным способом повышения этих свойств является введение модифицирующей добавки в виде оксида лантана. Проведено сравнение поверхности и термостабильности образцов оксида алюминия, содержащих 3 мас. % оксида лантана в пересчете на смешанный конечный оксид, полученных различными методами: механическим смешением оксидов алюминия и лантана; прямым, обратным и так называемым «быстрым» совместным осаждением гидроксидов алюминия и лантана; способами пропитки гидроксида алюминия нитратом лантана (по влагоемкости и в избытке растворителя), а также совместным контролируемым двухструйным осаждением гидроксидов алюминия и лантана. Описано влияние метода синтеза на характеристики получаемого материала. Уже на стадии синтеза полученные ксерогели отличались по форме и размерам частиц, что в итоге привело к формированию различных показателей поверхности и пористости оксида алюминия. Наиболее высокие значения удельной поверхности имеет образец, полученный методом контролируемого двухструйного осаждения. Такой материал может быть использован в составе трехмаршрутных катализаторов.

Приведены результаты исследования влияния температуры и продолжительности ступенчатой термической обработки (ТО) на модификацию медно-цинкового покрытия типа «латуни», нанесенного методом холодного газодинами­ческого напыления, с фазовым составом на основе меди, твердого раствора электронного типа на базе Cu₅Zn₈ (γ-фазы) и неупорядоченного твердого раствора на базе CuZn₃ (ε-фазы) с их содержанием 35,6, 41,3 и 14,6 мас. % соответственно. Процесс ТО (t = 430 °С, τ = 10 мин) сопровождается структурно-фазовыми превращениями до состава на основе двух твердых растворов цинка в меди (содержание меди 94,9 и 59,8 ат. %) и твердого раствора электронного типа на базе CuZn (βʹ-фазы), составляющих 8,6, 44,1 и 34,6 мас. %. Повышение температуры на 100 °С в течение 20 мин до 530 °С (V ≈ 5 °С/мин) приводит к формированию структуры покрытия на основе твердого раствора цинка в меди (доля меди 60,2 ат. %) и твердого раствора электронного типа на базе CuZn (βʹ-фазы) в соотношении 84,7 и 10,4 мас. % соответственно, что по химическому и фазовому составам соответствует двойной латуни типа Л59. При увеличении общей продолжительности выдержки в печи до максимальной (60 мин) содержание меди в α-фазе повышается до 62,8 ат. %, что связано с изменением химического состава покрытия (Zn = 39,9 ат. % → 38,2 ат. %), и покрытие по химическому и фазовому составам соответствует двойной латуни типа Л63. В ходе ТО в течение 40 и 50 мин происходит формирование покрытия с составом «двойной латуни» на основе α-фазы (Cu = 61,1 ат. %) и γ-фазы, а также твердого раствора цинка в меди (Cu = 65,9 ат. %) и неупорядоченного твердого раствора на базе CuZn₃, что обусловлено нарушением термодинамического равновесия между фазовым и химическим составами и изменением характера процесса диффузии. Ступенчатая ТО позволяет существенно (до 6 раз) сократить время модификации медно-цинкового покрытия типа «латуни» до двойной латуни типа Л59.

С помощью различных пластификаторов и добавок свободного углерода можно не только повышать формуемость и прессуемость заготовок твердосплавных изделий, но и управлять концентрацией углерода. В работе исследовано влияние концентрации (1, 2, 4 %) пластификаторов (каучук, ПЭГ-4000, парафин) и добавок графита и сажи на фазовый состав, плотность, пористость, твердость и вязкость разрушения изделий, полученных из порошковой смеси WC–6%Co, содержа­щей недостаточное количество углерода. Установлено, что при увеличении концентрации каучука на 1 % содержание углерода повышается на 0,2 %. Добавление сажи и графита приводит к эквивалентному росту доли углерода. Использование графита для увеличения концентрации углерода нецелесообразно, так как он неравномерно распределяется по объему образца, что снижает его характеристики. Применение парафина и полиэтиленгликоля в качестве пластификаторов не вызывает заметных изменений концентрации углерода, фазового и химического составов получаемых твердосплавных изделий. Разработаны эмпирические зависимости, которые позволяют прогнозировать содержание углерода, фазовый состав, плотность, твердость и вязкость разрушения получаемых твердосплавных изделий в зависимости от исходной доли углерода и концентрации пластификаторов или добавляемой сажи. Разработаны закономерности, описывающие рост твердости при увеличении концентрации η-фазы и снижение твердости при повышении содержания свободного углерода. Применение 1 % каучука в роли пластификатора и 0,1 % сажи в качестве добавки восполняет недостаток углерода (0,39 %) в заготовках среднезернистого сплава WC–6Co и повышает вязкость разрушения с 8,4 (сплав без пластификатора) до 12,2 МПа·м^1/2 (для каучука) и 12,7 МПа·м^1/2 (при использовании сажи). При этом сохраняется высокая твердость образцов (HV = 1420 и 1410 соответственно).

При получении высокоэнтропийной керамики для использования в термобарьерных покрытиях ставится цель улучшения их эксплуатационных свойств, в частности увеличение температуры эксплуатации. Синтез высокоэнтропийной керамики является длительным процессом. В настоящей работе задача уменьшения временных затрат на синтез решается за счет применения нетрадиционного метода обработки керамических материалов мощным пучком высокоэнергетических электронов (быстрых электронов). Нагрев порошковой смеси исходных реагентов (Y₂O₃, Yb₂O₃, Lu₂O₃, Eu₂O₃, Er₂O₃, Al₂O₃) быстрыми электронами с энергией 1,4 МэВ проводили на воздухе при различных значениях тока электронного пучка. Скорость перемещения кюветы с порошковой смесью под пучком составляла 1 см/с. Сам пучок сканировали по ширине внутреннего объема кюветы. Общее время нахождения кюветы под пучком – 10 с. Установлено, что при токе ≥4 мА в облучаемой порошковой массе образуются капли расплава. Их доля по отношению к нерасплавленному порошку возрастает по мере повышения величины тока. В каплях расплава во время охлаждения происходят процессы кристаллизации. Синтезированный каплевидный керамический продукт имеет высокую пористость вследствие активного газовыделения адсорбированных газов в расплаве. СЭМ-изображения и ЭДС-карты показали равномерное распределение исходных элементов по объему каплевидного керамического продукта. Согласно РФА, материал синтезированной керамики представляет из себя высокоэнтропийную керамику (Y_0,2Yb_0,2Lu_0,2Eu_0,2Er_0,2)₃Al₅O₁₂. Порошок, не участвовавший в образовании каплевидного продукта, является промежуточным продуктом, содержащим гранаты Er₃Al₅O₁₂, Y₃Al₅O₁₂ и оксиды Er₂O₃, Yb₂O₃, Y₂O₃, Eu₂O₃, Lu₂O₃, Al₂O₃.

Исследовано влияние дисперсных добавок гексагонального нитрида бора, восстановленного оксида графена и однослойных углеродных нанотрубок на структуру, физические, механические и трибологические свойства нано­модифицированной керамики TaN–Si₃N₄–SiAlON. Образцы керамики в виде дисков получены методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) с последующим горячим прессованием (ГП) при температуре 1600 °C и давлении 35 МПа. Структура и фазовый состав исследованы методами рентгеноструктурного анализа, растровой и просвечиваю­щей электрон­ной микроскопии и рамановской спектроскопии. Показано, что в условиях ГП химического взаимодействия дисперсных добавок с компонентами СВС-реакционных смесей TaN–Si₃N₄–Ta₅Si₃–YAG не происходит. Керамики характеризуются бимодальной микроструктурой, которая состоит из полиэдрических зерен h-TaN/c-TaN с размером около 3 мкм, окруженных субмикронными зернами Si₃N₄. Введение дисперсных добавок приводит росту твердости до 18,8 ГПа и трещиностойкости до 9,4 МПа·м^1/2 при сохранении предела прочности при изгибе (на уровне 430–484 МПа) и теплопроводности (13,2–13,5 Вт/(м·К)). Трибологичес­кие испытания в условиях сухого трения показали снижение приведенного износа при введении углеродных нанотрубок до 7,08·10^–6 мм³/(Н·м), что связано с ограничением роста зерен при ГП и образованием окисленных продуктов износа на основе на основе Ta₂O₅.

Исследовано влияние соотношения порошков карбида кремния и титана, вносимых в электрод, на характер электроискрового осаждения и свойства металлокерамических Ti–Si–C-покрытий на титановом сплаве Ti6Al4V. Показано монотонное снижение привеса катода с ростом концентрации SiC в электроде. Толщина приготовленных покрытий находилась в диапазоне от 44,7 до 54,6 мкм. Установлено, что карбид кремния взаимодействует с расплавом титана в условиях низковольтного электрического разряда с образованием фаз карбида титана (TiC) и силицида титана (Ti₅Si₃). В структуре покрытий наблюдаются кристаллиты TiC и Ti₅Si₃, а также небольшое количество включений исходного SiC. Показано, что включения SiC обладают слабой адгезией к α-Ti. С ростом концентрации SiC в электроде содержание углерода и кремния в покрытиях монотонно повышалось. Все покрытия обладали высокой гидрофобностью с углами смачивания водой >120°. Микротвердость покрытий находилась в диапазоне от 9,2 до 12,2 ГПа. Коэффициент трения приготовленных Ti–Si–C-покрытий был ниже по сравнению с титановым сплавом. Наибольшей твердостью и износостойкостью обладало покрытие, осажденное при содержаниях порошков карбида кремния и титана соответственно 40 и 60 об. %. Его использование позволяет повысить износостойкость деталей из сплава Ti6Al4V в 30 раз.

Представлены результаты синтеза алюмоматричных композитов (АМК) на основе сплава AlSi10Mg с добавками Cu, CuNi и многокомпонентного сплава CuNiFeCo. Добавки получали методом горения растворов, а для формирования композиций применяли механическую обработку в планетарно-шаровой мельнице. Исследованы морфология порошков, фазовый состав, характеристики компактных образцов, изготовленных методом селективного лазерного плавления. Оценены теплофизические и электрические свойства материалов. Показано, что добавки Cu-содержащих сплавов существенно улучшают функциональные характеристики материалов: теплопроводность увеличивается до 55 %, а теплоемкость – до 15 % по сравнению с исходным AlSi10Mg. При этом наблюдается снижение электропроводности на 65 %, наиболее выраженное в случае использования многокомпонентной добавки. Разработанные АМК обладают улучшенными теплофизическими свойствами и могут быть использованы в качестве теплоотводящих и термостойких элементов в электронике и аэрокосмической технике. Важно отметить, что уменьшение электропроводности представляет преимущество для ряда приложений – таких, как радиочастотные модули, индуктивные компоненты, а также экранированные электронные системы, где снижение паразитных токов и вихревых потерь является важным фактором. Благодаря совместимости с селективным лазерным плавлением, такие материалы перспективны для аддитивного производства функциональных изделий сложной формы – например, теплоотводящих корпусов, радиаторов и деталей с управляемым весом.

Представлены результаты синтеза алюмоматричных композитов (АМК) на основе сплава AlSi10Mg с добавками Cu, CuNi и многокомпонентного сплава CuNiFeCo. Добавки получали методом горения растворов, а для формирования композиций применяли механическую обработку в планетарно-шаровой мельнице. Исследованы морфология порошков, фазовый состав, характеристики компактных образцов, изготовленных методом селективного лазерного плавления. Оценены теплофизические и электрические свойства материалов. Показано, что добавки Cu-содержащих сплавов существенно улучшают функциональные характеристики материалов: теплопроводность увеличивается до 55 %, а теплоемкость – до 15 % по сравнению с исходным AlSi10Mg. При этом наблюдается снижение электропроводности на 65 %, наиболее выраженное в случае использования многокомпонентной добавки. Разработанные АМК обладают улучшенными теплофизическими свойствами и могут быть использованы в качестве теплоотводящих и термостойких элементов в электронике и аэрокосмической технике. Важно отметить, что уменьшение электропроводности представляет преимущество для ряда приложений – таких, как радиочастотные модули, индуктивные компоненты, а также экранированные электронные системы, где снижение паразитных токов и вихревых потерь является важным фактором. Благодаря совместимости с селективным лазерным плавлением, такие материалы перспективны для аддитивного производства функциональных изделий сложной формы – например, теплоотводящих корпусов, радиаторов и деталей с управляемым весом.

Metal Binder Jetting (MBJ) – технология послойной 3D-печати изделий с использованием металлических порошков и связующих веществ – один из новых и перспективных аддитивных методов. К его основным преимуществам, по сравнению с другими методами аддитивного производства (такими, как селективное лазерное спекание и стереолитография), относится высокая экономическая эффективность за счет высокой скорости печати и пригодности широкого спектра порошковых материалов. Более быстрому внедрению MBJ в промышленность препятствует недостаточная изученность нового процесса, поэтому исследование влияния параметров MBJ-технологии на структуру и свойства порошковых материалов является актуальной проблемой. Объектом изучения были образцы материалов из порошков нержавеющих сталей AISI 316L и AISI 304L, полученные методами MBJ. Было исследовано влияние характеристик порошков, толщины слоя, параметров печати и спекания на структуру и физико-механические свойства порошковых материалов. Печать образцов из порошков с размерами 25–45 мкм выполняли на 3D-принтере «Easy MFG 500 Max» (Китай), далее удаляли влагу в вакуум­ном сушильном шкафу в диапазоне температур 100–160 °С и окончательно спекали в вакууме или в восстановительной атмосфере при t = 1350÷1400 °С. Исследования включали лазерную дифракцию частиц, сканирующую электронную микроскопию с энерго­дисперсионным анализом, рентгеновскую томографию и стандартные методы определения плотности и прочностных свойств порошковых материалов. Показано, что для оценки текучести дисперсных порошков может быть использован расчетный метод Хауснера. Установлено, что напечатанные материалы из порошков со средним размером 25 мкм не содержат пор, а из порошков со средним размером частиц 45 мкм – имеют пористость 6–7 % и более низкие (на 10 %) физико-механические свойства. Определено, что уменьшение толщины слоя от 60 до 40 мкм и одновременное снижение скорости печати приводят к уменьшению строчной пористости и размеров пор. Показано, что предложенные параметры технологического процесса MBJ позволяют получить из порошка стали AISI 316L изделия электроцентробежного насоса «Рабочее колесо» и «Направляющий аппарат» с заданными геометрией и размерами, со структурой и физико-механичес­кими свойствами, не уступающими литой стали этой же марки.

Представлены результаты экспериментального и математического исследований влияния технологических параметров процесса селективного лазерного сплавления (СЛС) на формирование шероховатости поверхности изделий из алюминиевого сплава AlSi10Mg. Проведен полный факторный эксперимент, включающий 60 комбинаций основных факторов: мощность лазера, скорость сканирования и шаг штриховки. На основе полученных данных по шероховатости поверхности построена многопараметрическая модель поверхности отклика 3-го порядка, отражающая нелинейные зависимости и взаимодействия факторов. Полученная модель объясняет ~86 % вариаций экспериментальных данных и имеет среднюю погрешность прогнозирования порядка ±0,9 мкм по параметру S_a и ±0,2 мкм по параметру R_a. Определены параметры процесса, обеспечивающие минимальное значение средней арифметической шероховатости S_a ≈ 5 мкм (R_a ≈ 2 мкм): мощность лазера 400 Вт, скорость сканирования 938 мм/с, шаг между треками 80 мкм. Установлено, что наибольшее влияние на формирование шероховатости поверхности оказывают мощность лазера, шаг штриховки и их суперпозиция. Разработанная многопараметрическая модель может быть использована для прогнозирования качества поверхности и выбора оптимальных технологических режимов при СЛС-производстве изделий из алюминиевых сплавов.